Dissertations / Theses: 'Biomimétisme'

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Beuvelot, Johanne. "Biomimétisme, Cytocompatibilité et Cytodynamique." Phd thesis, Université d'Angers, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00542399.

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Abstract:

L'influence d'un revêtement de type RGD sur du Ticp sur l'adhésion, l'étalement et la minéralisation des ostéoblastes a été étudié. Ce revêtement accélérait la vitesse de minéralisation et augmentait la surface des zones de minéralisation. Des CNTs fonctionnalisés ont été utilisés pour induire la calcification dans le but de mimer in vitro la minéralisation des fibres de collagène dans le tissu osseux. Après 14 jours d'incubation dans un liquide biosynthétique, les CNTs fonctionnalisés ont induit la formation de calcosphérites, similaires à ceux formés dans le woven bone. Ce modèle de calcification in vitro biomimétique, mis au point sur des polymères dans notre laboratoire, a permis d'étudier l'incorporation du Sr2+ dans le minéral osseux et sa désorption. Sr2+ a été incorporé dans le minéral lors de la calcification sans induire de changement des paramètres du cristal ou de la cristallinité quelque soit la concentration initiale en Sr2+. La désorption du Sr2+ a été rapide initialement avec libération de 20 à 25 % en 16 jours, puis plus lente pour atteindre 30 % après 61 jours. Enfin, les observations en cytodynamique ont permis de voir les premières étapes d'adhésion cellulaire et de colonisation du β-TCP. Les séquences vidéo réalisées sur 8 jours de culture, ont permis d'observer la prolifération des ostéoblastes (SaOs-2) qui sembla se produire en direction des particules de β-TCP pour venir en contact direct avec les particules. Les macrophages (J774-2 et macrophages péritonéaux de souris) ne proliféraient pas mais venaient au contact direct des particules pour les dégrader. Les observations MEB ont permis de constater que les cellules émettaient des prolongements cytoplasmiques et s'étiraient pour venir se fixer et ensuite s'étaler à la surface du biomatériau. Les données obtenues grâce aux observations faites avec la vidéomicroscopie sur long terme nous ont permis de confirmer la cytocompatibilité et la biodégradabilité du β-TCP.

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Silva, Sergio Junio da. "Le biomimétisme au-delà de l'inspiration formelle : recommandations aux designers de produits pour une intégration du biomimétisme dans le processus de développement de produits." Master's thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/67959.

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Abstract:

Le designer de produits est un acteur incontournable de l’opérationnalisation du développement durable (Ahmad et al., 2018a). De par son activité de conception et de fabrication, il a dorénavant une responsabilité éthique de mettre sur le marché des produits à moindre impact environnemental, social et éthique. Néanmoins, les approches dont il dispose actuellement pour concevoir des produits à moindre impact sur l’environnement présentent certaines limites et ne permettent pas de répondre, de manière globale et systémique, aux enjeux du développement durable (Van Den Abeele, 2011; Cucuzzella, 2011). L’écoconception, la principale approche enseignée et utilisée en design de produits, qui vise la diminution des impacts environnementaux des produits tout au long de leur cycle de vie, propose des solutions fonctionnant généralement sur le court et moyen termes (Cucuzzella, 2011), en tenant moins compte des enjeux sociaux, éthiques et économiques, pourtant intrinsèques au développement durable. Le biomimétisme, qui s’inspire de la nature pour résoudre des problèmes humains (Benyus, 2019), représente une démarche pertinente à explorer afin d’aider le designer de produits à répondre de façon plus systémique aux enjeux du développement durable. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif principal d’analyser le potentiel d’intégration du biomimétisme dans le processus de développement d’un produit. La recherche descriptive qualitative fut le devis de recherche utilisé dans cette étude pour répondre à l’objectif de l’étude. Dans un premier temps, trois entrevues semi-dirigées menées auprès d’experts réputés en biomimétisme, une en France, une au Brésil et une au Canada ont été réalisées afin de comprendre leur vision de l’utilisation du biomimétisme et les limites qu’ils perçoivent. Dans un deuxième temps, une analyse critique des termes biomimétisme, biomimétique, bionique et conception bioinspirée, principaux termes utilisés dans la littérature pour qualifier une démarche d’inspiration de la nature, a été réalisée afin de proposer des pistes de recommandations menant à une nouvelle définition plus complète et complexe du biomimétisme. Dans un troisième temps, à partir des données issues des entrevues combinées à une brève analyse des principales méthodes en biomimétisme dans la conception de produits, des pistes menant à l’identification d’étapes exploratoires pour une nouvelle démarche méthodologique conceptuelle baptisée Bio-ADN sont présentées.
The product designer is a key player in the operationalization of sustainable development (Ahmad et al., 2018a). Through its design and manufacturing activities, it now has an ethical responsibility to put on the market products with a lower environmental, social and ethical impact. Nevertheless, the approaches currently available to it to create products with a lower environmental impact have certain limitations and it doesn't allow it to respond, in a global and systemic way, to the challenges of sustainable development (Van Den Abeele, 2011; Cucuzzella, 2011). Ecodesign, the main approach taught and used in product design, which aims to reduce the environmental impacts of products throughout their life cycle offers solutions that generally work in the short and medium-term (Cucuzzella, 2011), taking less account of social, ethical and economic issues, which are intrinsic to sustainable development. Biomimicry, which draws its inspiration from nature to solve human problems (Benyus, 2019), represents a relevant approach to be explored in order to help product designers respond more systemically to the challenges of sustainable development. In this context, the main objective of this study is to analyze the potential of integrating biomimicry in the product design process. A qualitative descriptive research design was used in this study to meet the objective of the study. Initially, three semi-directed interviews with renowned experts in biomimicry, one in France, one in Brazil and one in Canada were conducted in order to understand their vision of the use of biomimicry and the limits they perceive. In a second step, a critical analysis of the terms biomimicry, biomimetics, bionics and bio-inspired design, the main terms used in the literature to qualify an approach inspired by nature was carried out in order to propose recommendations leading to a new, more complete and complex definition of biomimicry. In a third step, based on the data from the interviews combined with a brief analysis of the main biomimicry methods used in product design, several avenues leading to the identification of exploratory steps for a new conceptual methodological approach called Bio-DNA are presented.

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da, Silva Sérgio Junio. "Le biomimétisme au-delà de l'inspiration formelle : recommandations aux designers de produits pour une intégration du biomimétisme dans le processus de développement de produits." Master's thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/67959.

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Abstract:

Le designer de produits est un acteur incontournable de l’opérationnalisation du développement durable (Ahmad et al., 2018a). De par son activité de conception et de fabrication, il a dorénavant une responsabilité éthique de mettre sur le marché des produits à moindre impact environnemental, social et éthique. Néanmoins, les approches dont il dispose actuellement pour concevoir des produits à moindre impact sur l’environnement présentent certaines limites et ne permettent pas de répondre, de manière globale et systémique, aux enjeux du développement durable (Van Den Abeele, 2011; Cucuzzella, 2011). L’écoconception, la principale approche enseignée et utilisée en design de produits, qui vise la diminution des impacts environnementaux des produits tout au long de leur cycle de vie, propose des solutions fonctionnant généralement sur le court et moyen termes (Cucuzzella, 2011), en tenant moins compte des enjeux sociaux, éthiques et économiques, pourtant intrinsèques au développement durable. Le biomimétisme, qui s’inspire de la nature pour résoudre des problèmes humains (Benyus, 2019), représente une démarche pertinente à explorer afin d’aider le designer de produits à répondre de façon plus systémique aux enjeux du développement durable. Dans ce contexte, cette étude a pour objectif principal d’analyser le potentiel d’intégration du biomimétisme dans le processus de développement d’un produit. La recherche descriptive qualitative fut le devis de recherche utilisé dans cette étude pour répondre à l’objectif de l’étude. Dans un premier temps, trois entrevues semi-dirigées menées auprès d’experts réputés en biomimétisme, une en France, une au Brésil et une au Canada ont été réalisées afin de comprendre leur vision de l’utilisation du biomimétisme et les limites qu’ils perçoivent. Dans un deuxième temps, une analyse critique des termes biomimétisme, biomimétique, bionique et conception bioinspirée, principaux termes utilisés dans la littérature pour qualifier une démarche d’inspiration de la nature, a été réalisée afin de proposer des pistes de recommandations menant à une nouvelle définition plus complète et complexe du biomimétisme. Dans un troisième temps, à partir des données issues des entrevues combinées à une brève analyse des principales méthodes en biomimétisme dans la conception de produits, des pistes menant à l’identification d’étapes exploratoires pour une nouvelle démarche méthodologique conceptuelle baptisée Bio-ADN sont présentées.
The product designer is a key player in the operationalization of sustainable development (Ahmad et al., 2018a). Through its design and manufacturing activities, it now has an ethical responsibility to put on the market products with a lower environmental, social and ethical impact. Nevertheless, the approaches currently available to it to create products with a lower environmental impact have certain limitations and it doesn't allow it to respond, in a global and systemic way, to the challenges of sustainable development (Van Den Abeele, 2011; Cucuzzella, 2011). Ecodesign, the main approach taught and used in product design, which aims to reduce the environmental impacts of products throughout their life cycle offers solutions that generally work in the short and medium-term (Cucuzzella, 2011), taking less account of social, ethical and economic issues, which are intrinsic to sustainable development. Biomimicry, which draws its inspiration from nature to solve human problems (Benyus, 2019), represents a relevant approach to be explored in order to help product designers respond more systemically to the challenges of sustainable development. In this context, the main objective of this study is to analyze the potential of integrating biomimicry in the product design process. A qualitative descriptive research design was used in this study to meet the objective of the study. Initially, three semi-directed interviews with renowned experts in biomimicry, one in France, one in Brazil and one in Canada were conducted in order to understand their vision of the use of biomimicry and the limits they perceive. In a second step, a critical analysis of the terms biomimicry, biomimetics, bionics and bio-inspired design, the main terms used in the literature to qualify an approach inspired by nature was carried out in order to propose recommendations leading to a new, more complete and complex definition of biomimicry. In a third step, based on the data from the interviews combined with a brief analysis of the main biomimicry methods used in product design, several avenues leading to the identification of exploratory steps for a new conceptual methodological approach called Bio-DNA are presented.

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Meunier, Antoine. "Les foldamères comme mimes de la seconde sphère de coordination des hydrogénases [Fe-Fe]." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0826/document.

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Abstract:

La possibilité de reproduire une activité enzymatique de manière artificielle est l’un des objectifs de la chimie moderne mais reste un grand défi, même dans le cas de l’activation de petites molécules. Dans le cas du dihydrogène, certaines bactéries s’en servent comme vecteur d’énergie par l’intermédiaire d’enzymes appelées hydrogénases qui peuvent former ou consommer le dihydrogène grâce à des complexes à base de métaux non nobles. Le dihydrogène pouvant être également utilisé comme vecteur d’énergie dans nos sociétés, les hydrogénases font l’objet de nombreuses recherches. Jusqu’à présent, la plupart des complexes modèles d’hydrogénases se sont employés à modifier la première sphère de coordination pour reproduire au mieux ses propriétés électroniques. Néanmoins, l’étude de mutations ciblées des hydrogénases indique que plusieurs résidus d’acides aminés présents dans le site actif sont indispensables à la stabilité du complexe et à son efficacité catalytique, montrant ainsi comment le mime d’une deuxième sphère de coordination pourrait améliorer les propriétés des catalyseurs artificiels. Notre approche a consisté en l’utilisation de foldamères de type oligoamide aromatique, formant un cône autour d’un complexe modèle d’hydrogénase. La synthèse convergente du composé final, son étude structurale à l’état solide (diffraction des rayons X), en solution (RMN, IR) ainsi que sa dynamique ont été étudiées. La modification de la première sphère de coordination du complexe modèle en présence du foldamère est également décrite et montrant notamment leur interaction
The ability to replicate enzymatic activity with a synthetic molecule is a highly sought after goal in modern chemistry. However, it remains a big challenge even in case of activation of small molecules. In the case of hydrogen, some bacteria can use it as energy carrier by means of enzymes called hydrogenases that can reversely make or break the bond of hydrogen molecules and are made of earth abundant metals. As hydrogen could be used for the same purpose of energy storage in our society, hydrogenases caught interest of scientific community. To date, most biomimetic hydrogenase models mainly focus on first coordination sphere modifications to fine-tune structure and physical properties. However, point mutation studies indicate that several of the amino acid residues surrounding the enzyme active site are required for structural stability or high turnover frequencies. It shows how mimicking second coordination sphere could improve the capabilities of synthetic catalysts. Our approach used aromatic oligoamide foldamers as helical scaffolds around an inspired 2Fe2S4cluster. Convergent synthesis of the final molecule and structural studies in the solid state (x-ray) and in solution (NMR, IR) as well as the dynamic behaviour are reported. Modifications of the first coordination sphere of the model complex in presence of the foldamer are also described, showing interactions between them

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Peyret, Ariane. "Vésicules polymères biomimétiques : vers un biomimétisme cellulaire structurel et fonctionnel." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0712/document.

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Abstract:

Les copolymères à blocs amphiphiles peuvent s’auto-assembler sous forme de vésicules,appelées polymersomes. Ces vésicules ont été développées et étudiées depuis de nombreusesannées notamment pour l’encapsulation et la délivrance contrôlée de médicaments. Depuisquelques temps, elles connaissent des applications dans le domaine du biomimétisme cellulaire.Plus robustes que leurs analogues lipidiques (liposomes), les avantages à utiliser lespolymersomes comme mimes synthétiques de cellules biologiques ne sont plus à démontrer.Ainsi, des structures compartimentées à base de polymères ont été développés comme mimesstructurels de cellules. Ces systèmes ont été utilisés comme bioréacteurs, avec la réalisation deréactions chimiques ou enzymatiques en cascade en milieu confiné. Toutefois, l’un desobstacles qu’il reste à franchir est de trouver des moyens simples et efficaces pour déclencherla réaction au sein de ces systèmes. C’est dans ce contexte que s’inscrivent les travaux de cettethèse. Une membrane synthétique asymétrique à base de lipide et polymère a été développée etla méthode d’émulsion-centrifugation a été utilisée pour produire des systèmes compartimentésbiomimétiques. De plus, deux approches différentes ont été suivies pour provoquer la libérationcontrôlée d’espèces encapsulées, l’une utilisant la température et l’autre la lumière. Enfin, desétudes de co-encapsulation de cellules synthétiques (polymersomes) et biologiques au sein demilieux 3D ont été réalisées dans le but d’évaluer leur compatibilité et la possibilité de les cocultiver
Amphiphilic block copolymers can self-assemble into vesicles, also called polymersomes.These vesicles have been developed and studied for many years especially in the field of drugloading and controlled release. More recently, their use as cell mimics have attracted a lot ofattention, mainly because polymersomes exhibit many advantages in contrast to their lipidicanalogues (liposomes). In such, compartmentalized polymer systems have especially beendeveloped as structural mimics of cells. These systems have found applications as bioreactorsthat can confine cascade chemical or enzymatic reactions. However, a major goal that stillremains to achieve is to find ways to trigger the beginning of these chemical reactions insidethe compartmentalized structures. The work carried out during this PhD thesis was actually totackle this challenge. A synthetic asymmetric lipid – polymer membrane, that mimics themembrane of biological cells was developed and the emulsion-centrifugation protocol wasfollowed to prepare biomimetic compartmentalized structures. In addition, two different waysto control the independent release of multiple species from individual compartments weredeveloped, based on temperature or light activation. Lastly, co-encapsulation of synthetic cells(polymersomes) and biological cells were performed in 3D media with the aim to study theircompatibility for co-culture experiments

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Peyroux, Eugénie. "Complexes dinucléaires de cuivre : biomimétisme et réactivité vis-à-vis de l'oxygène." Aix-Marseille 3, 2008. http://www.theses.fr/2008AIX30064.

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Abstract:

La tyrosinase, enzyme à cuivre de type 3 a des activités catéchol oxydase et phénol oxydase. Les mécanismes catalytiques impliquent un intermédiaire de bicuivre-[mu]-[êta]²-[êta]²-peroxo. Des complexes biomimétiques dinucléaires de cuivre avec des ligands hexadentes aminés et un espaceur diphényle furent synthétisés et caractérisés. Les structures RX des complexes de cuivres (II) ont été résolues. Puis, la réactivité des complexes avec l’oxygène fut étudiée par oxygénation de complexes de cuivre (I) et par peroxide shunt des complexes de cuivre (II). La spectroscopie UV-Vis révèle la formation rapide d’adduit complexe-oxygène pouvant être de types [mu]-[êta]²-[êta]²-peroxo ou 2-hydroxy-2-hydroperoxypropane. Des études en spectroscopie Raman seront réalisées pour préciser la nature exacte de l’adduit complexe-oxygène. De plus, l’étude biomimétique de l’inhibition de la tyrosinase par l’hydroxypyridine-N-oxyde permit de proposer un mécanisme d’inhibition de l’enzyme par chélation des cuivres du site actif
Tyrosinase, a type 3 copper-containing enzyme, shows catechol oxidase and phenol oxidase activities with reduction of dioxygen into water. The catalytic species is thought to involve a dicopper-[mu]-[êta]²-[êta]²-peroxo intermediate. Biomimetic dinuclear copper complexes with hexadentate amino-ligands with a flexible diphenyl spacer was designed, synthesized and characterized. The crystallographic structures of the copper (II) complexes were solved. The reactivity of theses compounds with oxygen was studied by oxygenation of copper (I) complexes or by peroxide shunt on copper (II) complexes. For these complexes the UV-Vis spectroscopy experiments pointed out the rapid formation of complex-oxygen adducts that can be: [mu]-[êta]²-[êta]²-peroxo or 2-hydroxy-2-hydroperoxypropane. Eventually, an inhibition study of tyrosinase was realized with the hydroxypyridin-N-oxide. We propose a mechanism for tyrosinase inhibition which takes into account the inhibitor binding to active site copper atoms

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Boutin, Luc. "Biomimétisme, génération de trajectoires pour la robotique humanoïde à partir de mouvements humains." Poitiers, 2009. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2009/Boutin-Luc/2009-Boutin-Luc-These.pdf.

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Abstract:

La reproduction fidèle de la locomotion humaine est une problématique d'actualité concernant les robots humanoïdes. Les travaux présentés dans ce mémoire ont pour objectif de définir une procédure permettant l'imitation par les robots humanoïdes du mouvement humain. Dans un premier temps les techniques de l'analyse du mouvement humain sont présentées. Le protocole de mesure adopté est exposé, ainsi que le calcul des angles articulaires. La problématique de la détection des évènements de contact est abordée en proposant l'adaptation des méthodes existantes pour des mouvements complexes. Les algorithmes sont validés par une série de mesures effectuées sur une trentaine de sujets sains. La deuxième partie traite de la transposition du mouvement humain aux robots. Une fois la problématique générale et le processus de transposition définis, le critère d'équilibre des robots marcheurs est présenté. A partir des données du mouvement humain capturé, les trajectoires de référence des pieds et du ZMP sont définies. Une modification de ces trajectoires est ensuite effectuée dans le cas de risque de collision entre les pieds notamment dans le cas de l'exécution d’un slalom. Finallement un algorithme de cinématique inverse, développé pour cette problématique est utilisé pour déterminer les angles articulaires du robot associés aux trajectoires de référence des pieds et du ZMP. Plusieurs applications sur les robots HOAP-3 et HPR-2 sont présentées. Les trajectoires sont validées vis-à-vis du maintien de l'équilibre grâce à des simulations dynamiques du mouvement ainsi que vis-à-vis des limites des actionneurs
The true reproduction of human locomotion is a topical issue on humanoid robots. The goal of this work is to define a process to imitate the human motion with humanoid robots. In the first part, the motion capture techniques are presented. The measurement protocol adopted is exposed and the calculation of joint angles. An adaptation of three existing algorithms is proposed to detect the contact events during complex movements. The method is valided by measurements on thirty healthy subjects. The second part deals with the generation of humanoid trajectories imitating the human motion. Once the problem and the imitation process are defined, the balance criterion of walking robots is presented. Using data from human motion capture, the reference trajectories of the feet and ZMP are defined. These paths are modified to avoid collision between feet, particularly in the case of executing a slalom. Finally an inverse kinematics algorithm developed for this problem is used to determine the joint angles associated with the robot reference trajectories of the feet and ZMP. Several applications on robots HOAP-3 and HRP-2 are presented. The trajectories are validated according to the robot balance through dynamic simulations of the computed motion, and respecting the limits of actuators

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Pontani, Léa-Laetitia. "Etude biomimétique du cortex cellulaire et ses applications." Paris 6, 2009. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00922820.

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Abstract:

Le cytosquelette des cellules est une structure composite et versatile qui leur confère des propriétés mécaniques extrêmement complexes. En particulier, le cortex d’actine qui s'assemble de manière dynamique sous la membrane cellulaire fournit la force nécessaire aux déformations et au mouvement de la cellule : la polymérisation de l'actine permet aux filaments en formation de pousser la membrane et les moteurs moléculaires génèrent des forces contractiles. L’utilisation de systèmes biomimétiques permet d’isoler des modules particuliers du cytosquelette pour les étudier indépendamment de façon simplifiée. Une expérience de reconstitution du cortex d’actine in vitro a été mise au point dans ce but. Les protéines et métabolites nécessaires pour la polymérisation de l’actine sont ainsi introduits dans un liposome et la réaction est localisée à la membrane, en y greffant l'activateur de la polymérisation de l'actine, sur le modèle du cortex cellulaire. Une fois la polymérisation déclenchée, nous sommes arrivés à reproduire un gel d’actine à la membrane, formant une coque. Les propriétés mécaniques de ce système simplifié sont alors étudiées par des expériences qui caractérisent leur dynamique d’étalement sur des surfaces. Les résultats sont comparés à ceux obtenus sur des cellules, et reproduisent une bonne partie des comportements cellulaires. On utilise également ces liposomes dans une situation physiologique: l’internalisation de la toxine de Shiga dans les cellules et nous montrons que la toxine est internalisée dans un système aussi épuré que des liposomes comportant un cortex reconstitué, prouvant le rôle important de l'actine dans ce processus.

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Trichet, Léa. "Biomimétisme du mouvement cellulaire : cytosquelette d'actine, de MSP (Major Sperm protéin) et de ParM." Paris 7, 2007. http://www.theses.fr/2007PA077103.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse à trois types différents de cytosquelette impliqués dans la locomotion et la division cellulaires : les cytosquelettes d'actine, de MSP (Major Sperm Protein) et de ParM, dont l'organisation des éléments constitutifs en assemblées macromoléculaires génère des mouvements à grande échelle. L'approche développée repose sur l'utilisation de systèmes minimaux afin de comprendre les paramètres biochimiques et physiques mis enjeu. L'utilisation de ces systèmes expérimentaux dits biomimétiques, et la comparaison du résultat des expériences aux modèles théoriques, permet de discriminer les paramètres les plus pertinents pour décrire ces mouvements. La première partie s'intéresse au cytosquelette d'actine des cellules eucaryotes dans un système biomimétique fait de gouttes d'huile reconstituant la fluidité de la membrane cellulaire. Nous montrons que l'effet global de VASP, molécule présente au niveau du front de migration et des adhésions cellulaires, est d'affaiblir l'attachement entre le réseau d'actine et les activateurs de la polymérisation. Ceci souligne l'importance, dans le contrôle de la motilité par polymérisation de l'actine, de la dynamique de l'attachement du cytosquelette à la membrane cellulaire et du mouvement des activateurs de polymérisation. La seconde partie présente les premières étapes de caractérisation de la machinerie de polymérisation du cytosquelette non conventionnel de MSP, qui assure la migration des spermatozoïdes du ver nématode C. Elegans. La création de la simulation du cytosquelette de ParM, responsable chez Escherichia colide la ségrégation des plasmides R1 avant la division, est exposée dans la dernière partie
This thesis is a study of three different types of cytoskeleton involved in cell migration and division: actin, MSP (Major Sperm Protein) and ParM cytoskeletons. In all three cases, the organization of molecular components into macromolecular assemblies generates large scale movements. The approach used in this thesis involves simplified in vitro Systems, which allow for the controlled study of the biochemical and physical parameters involved in cytoskeleton-based processes. The results obtained with these biomimetic Systems, in conjunction with the comparison with theoretical predictions, enable us to determine which parameters are most relevant. In the first part of this manuscript, we study the eukaryotic actin cytoskeleton using an oil-water interface as a substrate to mimic the fluid properties of the cell membrane. We show that the effect of VASP, a molecule présent at the leading edge of the cell and at adhesion sites, is to decrease the anchoring of the actin cytoskeleton to the cell membrane. This study shows that the dynamics of attachment of the cytoskeleton and the movement of actin polymerization activators on the membrane are key elements controlling actin based movement. The second part presents preliminary results concerning the identification of molecules involved in the polymerization of the non conventional MSP cytoskeleton, which drives the migration of the C. Elegans sperm cells. The third part of this thesis deals with the creation of a simulation of the ParM cytoskeleton, required for R1 plasmid segregation in Escherichia coli before the division of the bacterium

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Michel, Aurélie. "Objets-environnements, des interfaces biomimétiques entre arts plastiques et design, en France, de 1993 à nos jours." Thesis, Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0420.

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Abstract:

L’observation des productions actuelles fait apparaitre une tendance à l’hybridation des disciplines. Ce constat touche en particulier un type de pratique design, qui s’oriente de plus en plus vers la conception d’objets en petites séries ou en pièces uniques, interrogeant le rapport de l’usager aux espaces familiers et plus spécifiquement à la sphère intime. Bien que la plupart des designers refusent le rapprochement de leur travail avec les Arts Plastiques, il n’en demeure pas moins que certains d’entre eux adoptent des démarches analogues à celles des plasticiens. La formulation de cette hypothèse interroge la validité des catégories en vigueur et la légitimité des lois qui président à leur constitution. Par ailleurs, la production des designers qui intègrent une démarche similaire à celles des artistes se construit sur un mode évolutif, faisant croître l’objet vers l’installation, une forme de pénétrable que peut expérimenter le spectateur/usager. Il suffit d’examiner les variations d’échelles et la répétition modulaire créant une architecture mouvante chez Ronan et Erwan Bouroullec pour comprendre les glissements opérés entre l’unité et l’environnement qu’elle construit. La manipulation des échelles questionne, au cœur de l’espace même (qu’il s’agisse du cadre institutionnel de l’exposition ou de la sphère personnelle de chaque individu), la classification des objets, ainsi que leur hiérarchisation. Ces problématiques sont propres à un type de pratique, dont la poïétique use du détournement des produits de la nature et, notamment, des trois règnes animal, végétal et minéral. La transposition de pratiques naturalistes visant à établir un dépaysement par l’objet (au sens d’un déplacement hors d’un contexte habituel) découle d’une réflexion autour des modalités de l’hybridation. Ainsi, lorsqu’on se penche sur les textes jalonnant l’histoire naturelle et, en particulier sur ceux traitant des problématiques de classification, d’Aristote à Pline l’Ancien, en passant par la nomenclature de Carl von Linné, on remarque la récurrence (ou « survivance » pour reprendre la formule initiée par Georges Didi-Huberman), d’éléments situés dans l’entre-deux. Ces « types », que nous pouvons qualifier d’« aléatoires » révèlent un déplacement constant de la norme et questionnent la détermination du monstre. À partir de quel moment pouvons-nous juger du caractère anormal de tel élément ? N’existe-t’il pas des objets, qui, tout en présentant tous les « symptômes » du monstre coïncident malgré tout avec les modèles établis ? L’analyse des pratiques actuelles convoquant des démarches de création à la croisée des Arts Plastiques et du design révèle une influence profonde de ce type de fabrique pour un imaginaire scientifique, qui prend sa source dans le theatrum mundi des cabinets de curiosités. D’ailleurs, on observe, depuis le début des années 1990 (et surtout suite à la constitution de la collection d’art contemporain Curios & Mirabilia par Jean-Hubert Martin en 1993, visant à confronter un lieu chargé d’histoire, le château d’Oiron à la production d’artistes divers) une recrudescence des expositions empruntant la forme des cabinets de curiosités, afin de susciter un intérêt renouvelé pour l’objet d’art et en particulier les échos foisonnants entre les artefacts (œuvres et objets d’art, même s’ils prennent l’apparence d’installation) et l’univers poétique de la nature, manifestation viscérale d’un retour aux origines. Ainsi, l’emprunt symbolique de la figure des « zoophytes » ou plantes-animaux, mentionnés dans les traités d’histoire naturelle les plus anciens nous permet d’interroger la transversalité des pratiques artistiques qui cherchent à provoquer un décloisonnement des disciplines, en faisant de l’objet une entité située à la croisée des démarches de création
The observation of the actual artistic productions shows a trend towards a hybridization of disciplines. This statement concerns particularly a type of design practices which is increasingly shifting towards objects manufactured in small quantity, even in unique pieces questioning the relations between the users and their familiar spaces and more specifically their intimate sphere. Even though most designers reject the comparison of their production with plastic arts, we can see that some of them have adopted approaches similar to those of plasticians. The formulation of this hypothesis brings up the questions of the validity of classifications and the legitimacy of the laws presiding to their constitution. Furthermore, the production of designers who integrate similar approaches to those of artists is built on an evolutive mode, the object being developed towards art installation, a form of penetrability a spectator/user can experience. By examining the scales variations and the modular repetition creating a fluid architecture in Ronan and Erwan Bouroullec design, we can understand the shifts operated between the piece and the environment it builds. Scales manipulation questions at the heart of the space itself the established objects classifications as well as their hierarchization (in domestic space and in exhibitions too).These issues are specific to a type of practice, which the poetic uses, of diverted natural products and especially the three systems : vegetal, animal and mineral. The transposition of naturalistic practices aiming at bringing a change through the object ( in the sense of placing it out of the usual context ) derives from considerations around the processes of hybridization. Thus, when one looks at natural history writings, and, in particular, those of Aristotle, Pliny the Elder or the nomenclature of Carl von Linné, we notice the recurrence ( or” survivance” to use the expression initiated by Georges Didi- Huberman) of elements located in an in-between space. Those types that we can describe as “random practices” reveal a constant displacement of the norms and question the determination of the monster. At which moment, can we designate an element as being abnormal? Aren’t there objects which, while presenting all the characteristics of the monster, coincide nonetheless with established models ? The analysis of actual practices standing at a crossroad between plastic arts and design reveals a profound influence from this type of process for a scientific imaginary inspired by the theatrum mundi of the curiosities cabinets. Moreover, we can observe since the beginning of the 1990ies (in particular, following the constitution of the contemporary art collection “Curios & Mirabilia” by Hubert Martin, aiming at confronting a place charged with history , Oiron Castle, to the production of various artists) a resurgence of exhibitions using curio cabinets forms. The aim is to renew the interest in artifacts and especially the relations of those manufactured objects and the poetic universe of nature, a manifestation of visceral attachment to primitive origins. Thus, the symbolic use of the figure of “zoophytes” or animal-plants, mentioned in the most ancient natural history treaties helps to show the transversality of artistic practices trying to dismantle the partitions between disciplines by placing the object as an entity at the crossroad between the creation processes. Through artists, designers and actors of institutions interviews, we can identify too major types of practices inscribed in a fertile prolongation of nature : a type of art which uses the formal aspects of flora and fauna to create a common vocabulary for art and design, alongside with a type of production transposing natural mechanisms which become creation protocols applied to the conception of objects

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Lachaud, Fabien. "Vers la photoxydation de l'eau. Systèmes biomimétiques de la paire His190/TyrZ du photosystème II. Complexes à base de ruthénium et de métaux de transition." Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112151.

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Abstract:

Le photosytème II est le siège de la photooxydation de l'eau en dioxygène et protons. L'intérêt porté à ce système naturel vient de l'utilité possible de celui-ci, ou d'un modèle efficace de son fonctionnement, en partenariat avec un composé catalyseur de la réduction des protons. Cette photoproduction possible de dihydrogène permettrait d'obtenir une source d'énergie propre, solution possible aux problèmes causés par l'utilisation des carburants fossiles Dans l'optique de réaliser des modèles des transferts électroniques photoinduits ayant lieu au sein du photosystème II, nous avons synthétiser et caractériser un complexe du ruthénium (+II) au sein d'une cavité de type tris-bipyridine. Ce complexe a présenté la faculté de générer en milieu neutre et basique après une excitation lumineuse et en présence d'un accepteur électronique réversible d'effectuer deux transferts électroniques successifs. En milieu acide seul l'interaction entre ruthénium et accepteur est observée. Le ligand ainsi caractérisé a ensuite été modifié et les deux complexes du ruthénium (+II) résultant de ces modifications ont été étudiés. Ils ont présenté tous deux la possibilité de photogénérer en présence d'un accepteur électronique un radical de type phénoxyle, en milieu neutre et acide. Enfin, nous avons synthétiser et caractériser des édifices polynucléaires de ruthénium(+II) et de manganèse (+II) ou de cuivre (+II). Les premières caractérisations de ces composés permettent d'espérer que ceux-ci pourrait effectuer l'accumulation de plusieurs équivalents oxydants
The use of fossil energy is one of the nowadays important problems. Hydrogen is one of the possible answer of that problem. To produce hydrogen, one can imagine a system that oxydise water like in photosynthesis, and reduce proton like in hydrogenase. To mimic the electrons transfer that occur in photosystem II, we've synthesised and studied a ruthenium(+II) complex. That complex shows two photoinduced electron transfer in presence of an electron acceptor, in neutral and basic pH. In acidic pH, only one transfer has been observed. We've modified that complex to add a phenol fonction. The two new ruthenium complexs have been studied. They've shown two photoinduced electron transfer, and the resulting radical has been caracterised by EPR. We've also synthesised two plynuclear complexs, with one ruthenium(+II) moity and a dimer of manganese (+II) or copper(+II) ions. The preliminary studies of those two complexs make us hope they could accumulate more than one oxydative equivalent

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Cadelis, François. "Etude de biomimétisme et interactions moléculaires par l'utilisation des techniques séparatives : Interrelations colorants-chélates de métaux." Compiègne, 1990. http://www.theses.fr/1990COMPD265.

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Abstract:

Le nombre des applications des colorants réactifs dans les technologies préparatives et analytiques ayant fortement augmenté, il est apparu nécessaire d'effectuer des études sur le fondement des interactions biospécifiques entre les colorants et les protéines. Le but de ce travail est de mieux comprendre les interactions de la lactate déshydrogénase avec les colorants azoïques, Procion Rouge HE-3B et ses analogues structuraux afin d'étudier le rôle des noyaux terminaux de ces colorants dans ces interactions. Les colorants employés appartiennent à la classe des ligands pseudo-biospécifiques (ou biomimétiques). Des méthodes analytiques simples telles que la chromatographie d'affinité, le partage de phase par affinité, la spectroscopie différentielle et la cinétique enzymatique ont été employées pour étudier les aspects physico-chimiques complexes de ces interactions. De plus, l'influence d'une autre classe de ligands biomimétiques - les métaux - a été employée pour étudier les interactions colorants-protéines. Le groupement SO3- sur les noyaux terminaux du Procion Rouge HE-3B augmente d'une façon significative l'affinité de celui-ci pour la LDH. La suppression de ce groupe diminue l'affinité pour la LDH et améliore l'effet compétitif du NAD+. Cette étude, réalisée grâce à des méthodes extrêmement simples, apporte une contribution indéniable au domaine des études des interactions moléculaires entre colorants et protéines. Dans le futur, il serait intéressant d'étudier, par ces mêmes techniques, d'autres enzymes à cofacteurs, ceci pouvant permettre éventuellement de dégager un mécanisme général d'interactions entre les protéines et les colorants triaziniques
The growing number of applications of reactive dyes in preparative and analytical biotechnology has prompted a number of studies designed to establish the underlying basis for the biospecific interactions observed between dyes and proteins. The aim of the present work is to better understand the interaction of rabbit muscle lactate dehydrogenase with an azo dye Procion Red HE-3B and its structural variants in order to follow the significance of the terminal rings of Procion Red HE-3B for the interaction. The dyes employed belong to the class of pseudo-biospecific (or biomimetic) ligands. Simple analytical techniques like affinity chromatography, affinity partitioning, enzyme kinetics and difference spectroscopy were employed to study the complex physico-chemical aspects of these interactions. Moreover, the influence of another class of biomimetic ligands namely metals was also employed in studying the dye-protein interactions. The negatively charged sulfonic acid group at the terminal rings of Procion Red HE-3B enhances the affinity of the ligand for LDH significantly. The removal of this sulfonic acid group from the terminal rings decreases the affinity to LDH and improves the competitive effect of NAD+. This approach, using very simple analytical techniques, presents a considerable contribution in the field of molecular interactions between dyes and proteins. Ln the future, using the same techniques, it would be interesting to study other cofactor dependant enzymes. This would eventually allow proposing a general mechanism for the interactions between proteins and triazine dyes

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Thomé, Magali. "Réplication de structures naturelles multi-échelles et multifonctionnelles." Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066206.

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Abstract:

L’étude présentée dans ce manuscrit porte sur la réplication de structures naturelles multi-échelles et multifonctionnelles, que sont les ailes des papillons Morpho rhetenor, Morpho menelaus et Papilio ulysse, ou celles de la cigale Cicada orni. De telles structures sont en effet constituées de sous-structures à différentes échelles, du centimètre au nanomètre, et à chacune de ces échelles est associée une propriété ou fonction. On parle alors de multifonctionnalité. Cet atout, très recherché actuellement pour nos futurs objets et matériaux, est accessible par deux voies de complexification : celle de la composition chimique du ou des matériaux constituant l’objet (matériaux composites, hybrides organique-inorganique) et/ou celle de leur géométrie (structuration). Or, si nos connaissances en chimie nous permettent de mettre en œuvre la première voie, l’élaboration de structures multi-échelles est encore difficile par nos techniques actuelles de structuration (lithographie par exemple). Ainsi, pour augmenter les propriétés d’un système possédant une géométrie multi-échelles existante dans la nature, nous avons réalisé des répliques des structures naturelles précédemment évoquées dans des matériaux inorganiques (TiO2 et SiO2), soit des matériaux très différents du complexe chitino-protéique qui constituent les ailes organiques. A cette fin, trois méthodes ont été utilisées : un dépôt de matière dans les structures naturelles par voie sol-gel, un dépôt par pulvérisation cathodique et une minéralisation directe de la structure des ailes, s’inspirant de processus de biominéralisation
The present study deals with the replication of multiscale and multifunctional natural structures. These natural structures are wings of Morpho rhetenor, Morpho menelaus and Papilio ulysse butterflies, and those of Cicada orni cicada. Such structures are composed of smaller structures at different scales, from centimetre to nanometre, and to each of these scales is associated a property or a function. This we call multifunctionality. This multifunctionality is expected to become a property of our future objects or materials, and can be achieved by two different ways: to make the material(s) chemical composition of the object more complex (composite, hybrid organic-inorganic materials) and/or to make its architecture more complex (structuration). Although it is possible to achieve the first (chemical composition), we have so far been unable to successfully make multiscale structures with our current structuration techniques (lithography for example). Therefore, to increase the properties of a system characterised by a multiscale structure seen in nature, we have made replicas of the natural structures previously presented in inorganic materials (TiO2 and SiO2). That is to say, very different materials in comparison with the natural chitin-protein complex. To do this, three methods were used: a sol-gel solution deposition in the natural structures, a physical vapor deposition and a direct mineralization of the wings structure, which is inspired by natural biomineralization processes

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Orain, Pierre-Yves. "Contribution du précurseur 1,10-phénanthroline à l’élaboration de modèles de l’hydrogénase à fer seul." Brest, 2009. http://www.theses.fr/2009BRES2036.

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Abstract:

Les hydrogénases à fer seul sont des métalloenzymes qui catalysent la réduction des protons en hydrogène moléculaire avec une activité comparable à celle du platine et dans des conditions douces. La résolution structurale du site actif de l’hydrogénase à fer seul à la fin des années 1990 a permis un regain d’intérêt pour la chimie des complexes fer carbonyle thiolatopontés initialement explorée dans les années 1930. En effet, ces dix dernières années un important travail de synthèse a été engagé afin de mieux comprendre et reproduire, à long terme, les excellentes propriétés catalytiques de ce système naturel. Les travaux décrits dans ce mémoire différents s’intéressent à différents aspects liés à la compréhension des mécanismes impliqués dans le fonctionnement de la métalloenzyme
[FeFe]-hydrogenases are enzymes that catalyze proton reduction into hydrogen at high rates in relatively mild conditions. The report of the structure of the active site in 1990’s renewed the chemistry of iron carbonyl thiolale compounds, initially explored in 1930’s. In fact, in the last few years, a huge work devoted to the development of biomimetic models in order to better understand and reproduce, in a long term, the excellent catalytic properties of this biological system. The work reported in this dissertation is based on the exploration of different aspects of the reactivity of the enzyme

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Gautier, Clémentine. "Approches biologiques et physico-chimiques des interactions silice/organismes vivants." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066028.

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Abstract:

Pour l’étude de l’interaction entre la silice et les organismes vivants, nous nous sommes intéressés aux diatomées, algues unicellulaires, fascinantes de part la complexité de leur coquille de silice. D’abord nous avons étudié les propriétés mécaniques et la porosité des gels de silice. Puis, nous avons montré qu’une fois encapsulées dans les gels de silice, les diatomées conservent une activité photosynthétique sur une plus longue période que lorsqu’elles sont en milieu de culture et qu’elles possèdent la capacité de dissoudre la silice autour d’elles. Enfin, comme les diatomées contrôlent la silice au sein d’un espace confiné, nous avons étudié l’effet du confinement sur la formation de la silice en présence de molécules biomimétiques. L’ensemble de ces travaux contribuent à une meilleure compréhension de l’interface entre les diatomées et la silice sous différentes formes et démontrent l’intérêt de la chimie sol-gel de la silice dans un cadre biologique.

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Avenier, Frédéric. "Etude mécanistique des réactions de transfert d'oxygène et d'amine catalysées par des complexes dinucléaires de fer : biomimétisme et catalyse." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2003. http://www.theses.fr/2003GRE10087.

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Pontani, Lea-Laetitia. "Etude Biomimétique du cortex cellulaire et ses applications." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00922820.

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Abstract:

Le cytosquelette des cellules est une structure composite et versatile qui leur confère des propriétés mécaniques extrêmement complexes. En particulier, le cortex d'actine qui s'assemble de manière dynamique sous la membrane cellulaire fournit la force nécessaire aux déformations et au mouvement de la cellule : la polymérisation de l'actine permet aux filaments en formation de pousser la membrane et les moteurs moléculaires génèrent des forces contractiles. L'utilisation de systèmes biomimétiques permet d'isoler des modules particuliers du cytosquelette pour les étudier indépendamment de façon simplifiée. Une expérience de reconstitution du cortex d'actine in vitro a été mise au point dans ce but. Les protéines et métabolites nécessaires pour la polymérisation de l'actine sont ainsi introduits dans un liposome et la réaction est localisée à la membrane, en y greffant l'activateur de la polymérisation de l'actine, sur le modèle du cortex cellulaire. Une fois la polymérisation déclenchée, nous sommes arrivés à reproduire un gel d'actine à la membrane, formant une coque. Les propriétés mécaniques de ce système simplifié sont alors étudiées par des expériences qui caractérisent leur dynamique d'étalement sur des surfaces. Les résultats sont comparés à ceux obtenus sur des cellules, et reproduisent une bonne partie des comportements cellulaires. On utilise également ces liposomes dans une situation physiologique: l'internalisation de la toxine de Shiga dans les cellules et nous montrons que la toxine est internalisée dans un système aussi épuré que des liposomes comportant un cortex reconstitué, prouvant le rôle important de l'actine dans ce processus.

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Kergourlay, Emmanuelle. "Apatites nanocristallines biomimétiques carbonatées pour applications médicales : de la synthèse des poudres aux revêtements par projection dynamique à froid (Cold Spray)." Thesis, Toulouse, INPT, 2016. http://www.theses.fr/2016INPT0005.

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Abstract:

Les dépôts d’hydroxyapatite (HA) obtenus par projection plasma (APS) sont à ce jour considérés comme des revêtements standards dans le domaine des implants orthopédiques. Certaines études ont pourtant montré que ces dépôts comportaient des phases secondaires, issues de la décomposition de l’HA lors de la projection, qui limiteraient potentiellement la durée de vie des implants. Des infections nosocomiales peuvent, d’autre part, survenir, parfois des années après l’opération. Bien qu’ayant des propriétés ostéoconductrices, l’HA possède une composition chimique et une cristallinité différentes de celles du minéral osseux (non stoechiométrique ; carbonaté et mal cristallisé). Les apatites nanocristallines biomimétiques offrent l’avantage, par rapport à l’HA, de posséder une surface hydratée réactive analogue à celle identifiée dans le minéral osseux, que l’on peut fonctionnaliser. Une apatite nanocristalline et carbonatée « BNAc » ainsi qu’une apatite biomimétique dopée en ions argent « AgBNAc » ont été synthétisées pour cette étude. Elles permettraient potentiellement d’accélérer l’ostéointégration des implants (BNAc et AgBNAc) et de prévenir les infections nosocomiales (AgBNAc). Afin de préserver les caractéristiques physico-chimiques de ces poudres thermiquement instables et très réactives, un procédé de dépôt à la fois basse température et industriel a été sélectionné : la projection dynamique à froid ou Cold Spray. Contrairement aux autres procédés de projection, il présente l’avantage de projeter des particules non fondues grâce à un jet gazeux supersonique. Des dépôts d’apatites biomimétiques présentant une très forte similitude physico-chimique avec les poudres ont été obtenus. Des essais préliminaires de biocompatibilité et d’adhérence ont également été réalisés sur les dépôts obtenus : le procédé Cold Spray se révèle être un procédé prometteur, préservant les caractéristiques des apatites nanocristallines biomimétiques et offrant la possibilité d’obtenir industriellement des implants ayant un meilleur potentiel d’ostéointégration et une meilleure résistance aux infections
Atmospheric plasma sprayed (APS) coatings of hydroxyapatite (HA) are considered as standard coatings in the field of orthopedic implants. However, some studies have shown that these coatings contained secondary phases resulting from the decomposition of HA during the spraying process, which could potentially limit the lifetime of implants. Moreover, nosocomial infections have been reported a few years after surgery. Although HA has osteoconductive properties, it has a different chemical composition and crystal characteristics from those of bone mineral (non-stoichiometric; carbonated and poorly crystallized). Biomimetic nanocrystralline apatites, on the contrary, offer the advantage to possess a surface hydrated layer analogous to that identified in bone mineral which can be functionalized. A carbonated nanocrystalline apatite similar to bone mineral "BNAc" and a silver doped biomimetic apatite "AgBNAc" were synthesized for this study, which could potentially accelerate osseointegration of implants (BNAc and AgBNAc) and prevent nosocomial infections (AgBNAc). In order to preserve the physicochemical characteristics of these powders, thermically unstable and very reactive, an industrial low temperature deposition process was selected: the Cold Spray. In contrast with other thermal spray processes, it has the advantage of spraying unmelted particles through a supersonic gas jet. Biomimetic apatite coatings with physicochemical properties similar to the powders were obtained by Cold Spray. Preliminary tests of biocompatibility and adhesion were also carried out on these coatings : the Cold Spray process seems to be a promising method preserving the characteristics of biomimetic nanocrystalline apatites and offering the possibility to produce industrial coatings with a potential to improve implants osseointegration and resistance to infections

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El, Daou Hadi. "Une approche biométrique pour la modélisation et la commande d'un quadrupède." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066041.

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Abstract:

Les recherches présentées dans ce mémoire portent sur l’amélioration de la création d’un modèle virtuel d’un quadrupède bio-mimétiquement inspiré des mammifères. Ce travail s’inscrit dans la suite d’une collaboration entre l’équipe "diversité fonctionnelle et adaptation" de l’UMR 7179 et le Laboratoire de Robotique de Paris devenu l’Institut des Systèmes Intelligents et de Robotique. Plusieurs études ont été faites ces dix dernières années sur la locomotion des mammifères. Deux animaux ont été étudiés : le hérisson et la tortue terrestre de Herman et deux modèles virtuels ont été créés sous le logiciel de simulation dynamique ADAMS-View. Ce travail s’inscrit dans la suite de ces travaux ; dans cette étude nous visons à modéliser et à commander un nouveau modèle virtuel de la tortue Geochelone graeca et à comparer sa locomotion à celle de la tortue réelle par l’intermédiaire des interactions pattes/sol et de l’avancée du centre de masse durant un cycle de locomotion. L’objectif de cette étude est de répondre à une double question : en quoi l’étude de la locomotion animale peut-elle apporter une réponse pour la locomotion des robots, et les méthodes d’analyse propres au roboticien sont-elles utiles pour décrire et comprendre les fondements de la locomotion animale ?

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Claverie, Laure Nayélie. "Une approche biomimétique de la perception tactile chez les rongeurs." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066114/document.

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Abstract:

Les rongeurs utilisent leurs vibrisses pour sonder tactilement leur environnement. Tout contact induit des contraintes mécaniques lentes quasi-statiques et rapides vibratoires, qui se propagent jusqu'en base de vibrisse où des mécanorécepteurs dédiés les détectent. C'est cette étape de transduction mécanique de l'information tactile opérée par les vibrisses, avant tout codage neuronal,que nous avons étudiée.En combinant expériences biomimétiques et modélisations, nous avons cherché à isoler les contributions relatives des composantes lentes et rapides pour la détection etlocalisation d'objets, et la perception de textures. Un des enjeuxétait de comprendre ce qui d'un point de vue mécanique confère aux rongeurs leur rapidité et acuité remarquables. Pour cela, nous avons d’abord étudié la dynamique de choc vibrisse-objet, et montré que la position radiale de l’objet pouvait être encodée à la fois dans le taux de variation de la composante quasi-statique du moment en base et dans l’amplitude et la fréquence des vibrations induites. En mimant le mouvement de whisking, nous avons de plus montré qu’utiliser la composante vibratoire permet aux rongeurs une détection des contacts plus rapide et plus robuste. Nous avons ensuite étudié la perception de textures élémentaires, et montré que la variation maximale du moment en base dépendait de manière univoque de leur taille. Des expériences sur rats anesthésiés combinant suivi des vibrisses et mesures d’activité neuronale dans le cortex nous ont enfin permis de proposer un mécanisme d’encodage des textures où la topographie de la surface est modulée par les propriétés de vibrations de la vibrisse et démodulée au niveau neuronal
Rodents use their facial whiskers to probe their environment by touch. Any contact induces both slow quasi-static and fast vibratory mechanical stresses that propagate down to the base of vibrissae where dedicated mechanoreceptors detect them. It is this phase of mechanical transduction of the tactile information operated by the whiskers, prior to any neural coding, that we have studied here. By combining biomimetic experiments and theoretical modeling, we have sought to separate the relative contributions of both slow and fast components, for the detection and localization of objects, as well as the perception of textures. One of the challenges of this work was to understand what determines from a mechanical point of view, rodents remarkable temporal and spatial precision.For this, we have first studied the shock dynamic between a whisker and an object and shown that the radial position of the object could be encoded both in the rate of change of the quasi-static component of the base torque as well as in the amplitude and frequency of the induced vibrations. In addition, by mimicking the whisking mode adopted by rodents, we have shown that using the vibratory component allows rodents to detect contacts faster and more robustly.We then studied the perception of elementary textures and showed that the maximum variation of the base torque depends univocally on their size. Experiments on anesthetized rats, combining whisker optical tracking and cortical neural activity measurements, led us to propose an encoding mechanism of texture perception where the surface topography is modulated by the vibration properties of the whiskers and demodulation occurs at a neuronal level

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Michel, Aurélie. "Objets-environnements, des interfaces biomimétiques entre arts plastiques et design, en France, de 1993 à nos jours." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2012. http://www.theses.fr/2012LORR0420.

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Abstract:

L’observation des productions actuelles fait apparaitre une tendance à l’hybridation des disciplines. Ce constat touche en particulier un type de pratique design, qui s’oriente de plus en plus vers la conception d’objets en petites séries ou en pièces uniques, interrogeant le rapport de l’usager aux espaces familiers et plus spécifiquement à la sphère intime. Bien que la plupart des designers refusent le rapprochement de leur travail avec les Arts Plastiques, il n’en demeure pas moins que certains d’entre eux adoptent des démarches analogues à celles des plasticiens. La formulation de cette hypothèse interroge la validité des catégories en vigueur et la légitimité des lois qui président à leur constitution. Par ailleurs, la production des designers qui intègrent une démarche similaire à celles des artistes se construit sur un mode évolutif, faisant croître l’objet vers l’installation, une forme de pénétrable que peut expérimenter le spectateur/usager. Il suffit d’examiner les variations d’échelles et la répétition modulaire créant une architecture mouvante chez Ronan et Erwan Bouroullec pour comprendre les glissements opérés entre l’unité et l’environnement qu’elle construit. La manipulation des échelles questionne, au cœur de l’espace même (qu’il s’agisse du cadre institutionnel de l’exposition ou de la sphère personnelle de chaque individu), la classification des objets, ainsi que leur hiérarchisation. Ces problématiques sont propres à un type de pratique, dont la poïétique use du détournement des produits de la nature et, notamment, des trois règnes animal, végétal et minéral. La transposition de pratiques naturalistes visant à établir un dépaysement par l’objet (au sens d’un déplacement hors d’un contexte habituel) découle d’une réflexion autour des modalités de l’hybridation. Ainsi, lorsqu’on se penche sur les textes jalonnant l’histoire naturelle et, en particulier sur ceux traitant des problématiques de classification, d’Aristote à Pline l’Ancien, en passant par la nomenclature de Carl von Linné, on remarque la récurrence (ou « survivance » pour reprendre la formule initiée par Georges Didi-Huberman), d’éléments situés dans l’entre-deux. Ces « types », que nous pouvons qualifier d’« aléatoires » révèlent un déplacement constant de la norme et questionnent la détermination du monstre. À partir de quel moment pouvons-nous juger du caractère anormal de tel élément ? N’existe-t’il pas des objets, qui, tout en présentant tous les « symptômes » du monstre coïncident malgré tout avec les modèles établis ? L’analyse des pratiques actuelles convoquant des démarches de création à la croisée des Arts Plastiques et du design révèle une influence profonde de ce type de fabrique pour un imaginaire scientifique, qui prend sa source dans le theatrum mundi des cabinets de curiosités. D’ailleurs, on observe, depuis le début des années 1990 (et surtout suite à la constitution de la collection d’art contemporain Curios & Mirabilia par Jean-Hubert Martin en 1993, visant à confronter un lieu chargé d’histoire, le château d’Oiron à la production d’artistes divers) une recrudescence des expositions empruntant la forme des cabinets de curiosités, afin de susciter un intérêt renouvelé pour l’objet d’art et en particulier les échos foisonnants entre les artefacts (œuvres et objets d’art, même s’ils prennent l’apparence d’installation) et l’univers poétique de la nature, manifestation viscérale d’un retour aux origines. Ainsi, l’emprunt symbolique de la figure des « zoophytes » ou plantes-animaux, mentionnés dans les traités d’histoire naturelle les plus anciens nous permet d’interroger la transversalité des pratiques artistiques qui cherchent à provoquer un décloisonnement des disciplines, en faisant de l’objet une entité située à la croisée des démarches de création
The observation of the actual artistic productions shows a trend towards a hybridization of disciplines. This statement concerns particularly a type of design practices which is increasingly shifting towards objects manufactured in small quantity, even in unique pieces questioning the relations between the users and their familiar spaces and more specifically their intimate sphere. Even though most designers reject the comparison of their production with plastic arts, we can see that some of them have adopted approaches similar to those of plasticians. The formulation of this hypothesis brings up the questions of the validity of classifications and the legitimacy of the laws presiding to their constitution. Furthermore, the production of designers who integrate similar approaches to those of artists is built on an evolutive mode, the object being developed towards art installation, a form of penetrability a spectator/user can experience. By examining the scales variations and the modular repetition creating a fluid architecture in Ronan and Erwan Bouroullec design, we can understand the shifts operated between the piece and the environment it builds. Scales manipulation questions at the heart of the space itself the established objects classifications as well as their hierarchization (in domestic space and in exhibitions too).These issues are specific to a type of practice, which the poetic uses, of diverted natural products and especially the three systems : vegetal, animal and mineral. The transposition of naturalistic practices aiming at bringing a change through the object ( in the sense of placing it out of the usual context ) derives from considerations around the processes of hybridization. Thus, when one looks at natural history writings, and, in particular, those of Aristotle, Pliny the Elder or the nomenclature of Carl von Linné, we notice the recurrence ( or” survivance” to use the expression initiated by Georges Didi- Huberman) of elements located in an in-between space. Those types that we can describe as “random practices” reveal a constant displacement of the norms and question the determination of the monster. At which moment, can we designate an element as being abnormal? Aren’t there objects which, while presenting all the characteristics of the monster, coincide nonetheless with established models ? The analysis of actual practices standing at a crossroad between plastic arts and design reveals a profound influence from this type of process for a scientific imaginary inspired by the theatrum mundi of the curiosities cabinets. Moreover, we can observe since the beginning of the 1990ies (in particular, following the constitution of the contemporary art collection “Curios & Mirabilia” by Hubert Martin, aiming at confronting a place charged with history , Oiron Castle, to the production of various artists) a resurgence of exhibitions using curio cabinets forms. The aim is to renew the interest in artifacts and especially the relations of those manufactured objects and the poetic universe of nature, a manifestation of visceral attachment to primitive origins. Thus, the symbolic use of the figure of “zoophytes” or animal-plants, mentioned in the most ancient natural history treaties helps to show the transversality of artistic practices trying to dismantle the partitions between disciplines by placing the object as an entity at the crossroad between the creation processes. Through artists, designers and actors of institutions interviews, we can identify too major types of practices inscribed in a fertile prolongation of nature : a type of art which uses the formal aspects of flora and fauna to create a common vocabulary for art and design, alongside with a type of production transposing natural mechanisms which become creation protocols applied to the conception of objects

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Pascaud, Patricia. "Apatites nanocristallines biomimétiques comme modèles de la réactivité osseuse : étude des propriétés d'adsorption et de l'activité cellulaire d'un bisphosphonate, le tiludronate." Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1921/.

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Abstract:

Ce mémoire porte sur l'étude de l'interaction entre un bisphosphonate, le tiludronate et des phosphates de calcium apatitiques nanocristallins comme modèles du minéral osseux. Les bisphosphonates sont principalement utilisés dans le traitement de maladies impliquant un désordre osseux telles que l'ostéoporose et la maladie de Paget. Cependant peu d'études existent sur le mécanisme d'interaction entre les bisphosphonates et le tissu osseux et les phénomènes présents à l'interface bisphosphonate/minéral osseux restent mal connus. Notre travail a donc consisté à étudier l'interaction entre un bisphosphonate, le tiludronate, et des apatites nanocristallines comme modèle du minéral osseux afin de mieux comprendre les propriétés physico-chimiques et l'activité cellulaire de ce type d'associations. Dans un premier temps, des apatites nanocristallines à différents stades de maturation et à différentes teneurs en carbonates correspondant à des compositions d'os jeune et mature ont été synthétisées et caractérisées. L'adsorption du tiludronate sur ces apatites nanocristallines, la caractérisation des supports après adsorption et les cinétiques de libération du tiludronate ont ensuite été examinées. L'adsorption du tiludronate correspond à un isotherme de type Langmuir. Le processus d'adsorption s'explique globalement par un échange ionique entre les molécules de tiludronate en solution et les ions phosphates présents à la surface de l'apatite. Toutefois la proportion d'ions phosphates libérés par molécule de tiludronate varie suivant les supports. Une modélisation de l'interaction entre le tiludronate et la surface des nanocristaux a été proposée en nous basant sur la littérature et en considérant différents modèle de la surface des nanocristaux. Elle suggère une interaction en deux temps : l'interaction entre les groupements phosphonates de la molécule et deux calcium de la surface suivie d'une déprotonation de la molécule et de l'exclusion d'un nombre variable d'ions phosphate. Dans un deuxième temps, des supports apatitiques avec et sans tiludronate ont été élaborés par pressage uniaxial et caractérisés. L'activité biologique des cellules osseuses de la lignée ostéoblastique (HOP et HBMSC) et ostéoclastique (ostéoclastes murins) au contact des supports a été étudiée. Les résultats montrent que le tiludronate adsorbé stimule la prolifération des ostéoblastes tandis qu'il inhibe la création de lacunes de résorption. La caractérisation des modèles tout au long des tests in vitro montre une évolution physico-chimique des supports semblable à celle du minéral osseux. Ce travail permet de préciser les mécanismes mis en jeu lors des traitements utilisant des bisphosphonates et de tester la validité d'études in vitro pour le criblage de molécules actives sur le tissu osseux
Bisphosphonates (BPs) are currently administrated to treat diseases involving bone disorders such as osteoporosis or Paget's disease. However, the interactions between bisphosphonate molecules and apatite nanocrystals of bone are not well understood. The aim of this work was to study the interactions between one bisphosphonate, tiludronate and nanocrystalline apatites with different compositions as bone mineral models in order to clarify the adsorption and release of BPs on/from bone mineral analogues and to evaluate the effect of such associations on osteoblast and osteoclast cells cultures. Several nanocrystalline apatites (NCA) corresponding to young and mature bone mineral models were synthesized and characterized. The adsorption of tiludronate onto NCA, corresponded to a Langmuir type isotherm. Only a very small fraction of the adsorbed molecules was released in water. The uptake of tiludronate molecules was associated with a linear increase of phosphate ions in the adsorbing solution, indicating that the main reaction was an ion exchange process involving surface anions. The proportion of ions involved in this exchange reaction depended on the nature of the bone mineral models. Based on these results a modification of the adsorption reaction including the ion exchange with phosphate ions was proposed. A model of the adsorption process is proposed, based on the literature and several nanocrystals surface models, suggesting an interaction in two steps: a binding of phosphonates groups with calcium ions on the apatite surface associated with the loss of protons from the adsorbing molecules and the release of surface phosphate ions to maintain some surface charge equilibrium. In order to study the effects of apatite nanocrystals with different compositions and with or without adsorbed tiludronate on cells cultures, apatite pellets were obtained by uniaxial compression. Human osteoprogenitor cells (HOP), human bone marrow stromal cells (HBMSC) and murine osteoclasts were cultured on these apatitic substrates. The results indicated that osteoblasts proliferation was stimulated by adsorbed tiludronate molecules whereas creation of resorption pits by osteoclasts was inhibited. No difference in cell behaviour was noticed on the different bone analogues. Moreover, an evolution of the physico-chemical characteristics of the apatitic substrate during cell culture was observed, highlighting the existence of dynamic interactions possibly similar to bone mineral evolution. This work contributes to clarify the reaction mechanisms between bisphosphonates and biomimetic apatites and to evaluate in vitro conditions for drug delivery system

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Sauvage, Pascal. "Étude de la locomotion de C. elegans et perturbations mécaniques du mouvement." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00178366.

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Abstract:

Cette étude sur la locomotion de C. elegans vise à mieux comprendre le fonctionnement de son système nerveux et à apporter des éléments nouveaux de réflexion pour la conception de modèles ou d'objet biomimétiques. Ce travail débute par une description du ver, de sa physiologie ainsi que des principaux modes de locomotion connus : la nage (en milieu liquide) et la reptation (sur gel aqueux). Puis dans le cas de la nage, nous mettons en évidence une dissymétrie du mouvement, nécessaire pour la progression en milieu visqueux. L'analyse des vitesses des déplacements locaux permet de faire un bilan des forces exercées sur le ver, en admettant que celles-ci sont visqueuses. On montre ainsi que les coefficients de friction transverse et longitudinale peuvent être assimilés à ceux d'un ellipsoïde allongé. Dans le cas du mode reptation, on observe une diminution de l'amplitude de la tête vers la queue. L'interaction ver-substrat est abordée d'abord théoriquement (hypothèse de lubrification). Il en résulte des prédictions pour les coefficients de friction en désaccord avec les résultats expérimentaux. Ce désaccord est expliqué par la mise en évidence de seuils de friction statique. On mesure aussi la rigidité passive d'un ver. Un confinement vertical du ver en milieu liquide permet d'observer une transition continue de la nage vers la reptation. On montre que la période du mouvement ainsi que le déphasage entre les mouvements de la tête et la queue augmentent avec le placage. Un confinement horizontal du ver sur substrat permet de contraindre l'amplitude. On montre que la longueur d'onde diminue avec l'amplitude.

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Simon, Camille. "Des cellules biomimétiques pour étudier les déformations de membrane induites par l'actine." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-02863923.

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Abstract:

Une cellule vivante est un système dynamique et complexe et sa membrane joue le rôle de barrière sélective avec l'environnement extérieur. Cette membrane doit se déformer en permanence pour assurer des fonctions vitales telles que la migration, la division, le transport intracellulaire ou encore la transmission de signaux neuronaux. Ces déformations sont aussi bien des invaginations, pour permettre à la cellule d'absorber des composants de l'extérieur, des excroissances, pour sonder son environnement, ou encore des changements de forme globale lors de la division cellulaire notamment. De manière étonnante, ces différentes déformations de la membrane dépendent de l’activité d'un même élément : le cytosquelette, et plus particulièrement d'une protéine appelée actine, un biopolymère qui forme un réseau dynamique. Le rôle précis de l'actine et son implication dans les différents mécanismes à l'œuvre lors des changements de forme cellulaire restent à élucider. Pour s'affranchir de la complexité de la cellule, j'utilise un système reconsitué pour mimer les déformations de la membrane à partir d'un nombre minimal d'ingrédients: des lipides et des protéines purifiées. Je reconstitue un réseau branché d'actine à la surface de liposomes, des vésicules unilamellaires géantes, mimant la membrane cellulaire. L’intérêt de ce système est le contrôle des propriétés physiques et mécaniques de la membrane (tension) et du réseau d’actine (longueur des filaments, taille de la maille). Dans la première partie de mon travail, le réseau d'actine est reconstitué à la surface externe du liposome et j'obtiens une grande variété de déformations de membrane, allant des changements de forme globale des liposomes à des déformations plus localisées, à l'échelle du micron, qui rappellent les déformations observées dans les cellules. En combinant expérience et modélisation théorique, nos résultats révèlent les mécanismes des déformations de membrane induits par l'actine, et plus précisément le rôle de la tension de membrane et de l'architecture du réseau d'actine. Dans la deuxième partie, le réseau d'actine est encapsulé dans un liposome pour tenter de mimer l'invasion de la bactérie Shigella flexneri. Enfin, pour approfondir notre compréhension des déformations de membrane et mieux comprendre les détails de leur initiation, je présente, dans la troisième partie, l'élaboration d'un dispositif microfluidique, encore en développement, pour suivre précisément en temps réel toutes les étapes de polymérisation de l'actine et des déformations membranaires. Une fois optimisé, ce dispositif sera un outil utile pour étudier la dynamique d'objets de taille micrométrique qui nécessitent d'être isolés
Cell membrane deformations are essential to ensure cellular processes such as motility, division, intracellular transport and signalling. These deformations range from global shape changes such as cell rounding or elongation during cell division, to protrusions and invaginations, which allow the cell to probe its environment and uptake external components, respectively. Strikingly, membrane deformations rely on the activity of the cytoskeleton, and in particular actin, a biopolymer that forms a dynamical network. The precise role of actin and its implication in the different mechanisms at work during cell shape changes still need to be elucidated. To address this, I take an alternative approach to the complexity of cells and I use an in vitro reconstituted system to mimic shape changes with a minimal set of components: lipids and purified proteins. A branched actin network is grown at the surface of giant unilamellar vesicles, thereafter called liposomes. With this biomimetic system, I control experimental parameters such as membrane tension, varied by applying an osmotic shock, and actin network architecture, varied by modifying the protein composition. In the first part of my work, actin dynamics occur at the outer surface of the liposome and I obtain a wide variety of cell-like membrane deformations, from global shape changes of liposomes to micron scale deformations that are reminiscent of dendritic filopodia and endocytic intermediates in cells. Combining experiments and theoretical modelling, our results unveil the mechanisms of actin-driven membrane deformations, and more precisely the role of tension and network architecture. In the second part, I encapsulate the actin machinery in a liposome in an attempt to reproduce the invasion of the bacteria Shigella flexneri. To push further in the knowledge of the details of the initiation of membrane deformations, I present, in the third part, a microfluidic device, still in development, to follow precisely in real time all the steps of actin polymerization and cell-like shape changes. Once optimized, this device will provide a useful tool for other dynamical studies where micron-size objects need to be isolated

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Sun, Quan. "Actionneurs flexibles biomimétiques sensibles à de multiples stimuli." Electronic Thesis or Diss., Bordeaux, 2023. http://www.theses.fr/2023BORD0459.

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Abstract:

La nature utilise divers mécanismes dans les organismes vivants pour créerdes déformations (action) et, inversement, les convertir en informations(détection). Inspirés par ces organismes naturels, nous avons développé descapteurs et actionneurs biomimétiques. Initialement, des micro-cantilevers ontété conçus et simulés à partir d'une analyse FEM Multiphysique pour obtenirune forme et un mouvement spécifiques. Sur la base des résultats de cessimulations, des MEMS organiques capables de formes complexes ont étéfabriqués en utilisant un élastomère PDMS joint à un substrat polymérique(résine époxy SU-8) usiné par photolithographie. Cette approche permetd'induire des déformations tridimensionnelles (torsion, courbure, pliage) demanière contrôlée selon leur conception. L'ensemble des mouvements desactionneurs 3D a été caractérisé via un traitement d'image Python-OpenCVpour analyser leur cinétique de mouvement. Afin d'obtenir une meilleurecompréhension de la cinétique de l'actionnement induit par le gonflement duPDMS, des ajustements analytiques basés sur un processus de diffusion àdeux taux ont été utilisés pour décrire la cinétique de torsion de l'actionneurlorsqu'il est placé dans des vapeurs saturées de composés organiquesvolatils (COVs). Enfin, des mouvements 3D supplémentaires ont été réalisésen utilisant une approche d'origami en ajoutant des plis qui agissent commedes charnières dans des structures souples, offrant ainsi une plus grandeflexibilité et un nouveau mouvement contrôlé dans des directions spécifiquesau sein de structures en continuum
Nature uses various mechanisms in living organisms to create deformations(actuation) and conversely to convert them into information (detection).Inspired by these natural organisms, we have developed biomimetic sensorsand actuators. Initially, micro-cantilevers have been designed and simulatedfrom Multiphysics FEM analysis to achieve specific shape and movement.Based on these simulations results, organic MEMS capable of complexshapes have been manufactured using PDMS elastomer joined to a polymericsubstrate (SU-8 epoxy resin) micromachined by photolithography. Thisapproach makes it possible to induce three-dimensional deformations(twisting, curling, bending) in a controlled manner according to their design.The entire 3D actuators movements were characterized via Python-Open CVimage treatment to analyze their movement kinetic. In order to get furtherinsight into the kinetics of actuation driven by the swelling of PDMS, analyticalfits based on a two-rate diffusion process was used to describe the twistingkinetics of the actuator when placed in VOCs saturated vapors. Finally,additional 3D motions were achieved using an origami approach by addingcreases that behave as hinges in soft structures providing further flexibilityand novel controlled motion in specific directions in continuum structures

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Lalanne-Jacquet, Muriel. "Développement de prodrogues glycérolipidiques en vue de l'amélioration de la biodisponibilité orale de la didanosine." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA114839.

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Abstract:

La didanosine est un analogue nucléosidique largement utilisé dans le traitement de l’infection par le VIH. Elle a une faible biodisponibilité per os en raison de son faible passage de la membrane intestinale et un fort effet de premier passage hépatique. Deux prodrogues glycérolipidiques de la didanosine ont été conçues afin d’améliorer la diffusion à travers la membrane des entérocytes, et d’éviter l’effet de premier passage hépatique de la didanosine en favorisant son passage lymphatique. Au final, la biodisponibilité orale doit être fortement améliorée. Après la synthèse des deux prodrogues, leur caractérisation physico-chimique a révélé une organisation similaire à celle des triglycérides, un caractère amphiphile et une faible solubilité dans l’eau et les huiles. Ces prodrogues ont pu être incorporées au sein de liposomes. Le biomimétisme des prodrogues a été établi après incubation dans de la pancréatine de porc et analyse des métabolites par spectrométrie de masse couplée à l’HPLC
Didanosine is a nucleoside analogue largely used for the HIV treatment. Because of its poor membrane absorption and high hepatic first pass metabolism, it suffers from a poor bioavailability. Two didanosine glycerolipidic prodrugs were synthesized to increase diffusion through enterocytes and avoid hepatic first pass metabolism, in order to enhance didanosine bioavailability. After the synthesis of these 2 prodrugs, their physico-chemical characterization revealed a typical triglycerides organization, an amphiphilic character and a low solubility in water, or oil. They could be efficiently incorporated in liposomes. Their biomimetism was established after incubation with porc pancreatin and metabolism evaluation with HPLC tandem mass spectrometry

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Amouroux, Mathilde. "Synthèse catalytique des hydroxyacides en C3 par oxydation chimio-enzymatique du glycérol et du carbonate de glycérol sous atmosphère enrichie en oxygène ou sous air ambiant en milieu aqueux." Thesis, Toulouse, INPT, 2017. http://www.theses.fr/2017INPT0047.

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Abstract:

Les besoins actuels en produits de fertilisation et notamment pour le traitement des carences chez le végétal sont en constante augmentation. Cependant, de plus en plus soucieuse de l’environnement, les industries productrices de ces compléments alimentaires souhaitent proposées des solutions de traitements plus durables tant au niveau de leur production que de leur devenir une fois épandue dans la parcelle. Par ailleurs, il a été établi que les cellules végétales peuvent être considérées comme de vraies usines à molécules. Les hydroxyacides en C3 fabriqués par la machinerie cellulaire présentent par exemple de nombreuses propriétés de chélation et de transport. La présence de fonction hydroxyles et carboxyliques leur confèrent en effet la capacité de pouvoir enserrer des métaux et de permettre leur déplacement entre tous les compartiments des cellules, mais aussi entre les différents organes de la plante. Par ailleurs, la présence de ces mêmes molécules au sein des réactions biologiques (respiration, photosynthèse) font d’elles des métabolites assimilables et donc potentiellement dégradables. Les travaux de cette thèse ont donc eu pour objectif de mettre en place une catalyse chimio-enzymatique afin de produire les molécules les plus semblables aux hydroxyacides en C3 végétaux. Dans cette démarche de biomimétisme, nous avons mis au point un protocole de fabrication d’hydroxyacides à partir de glycérol et de carbonate de glycérol dans des conditions similaires au milieu vivant : dans l’eau, à des températures faibles et à pression atmosphérique. Nous avons ainsi réussi à synthétiser des hydroxyacides tel que l’acide glycérique, le 2-oxo1,3-dioxolan-4-carboxylique et l’hémiacétal du carbonate de glycérol. Les travaux de thèse ont également permis de mettre au point une méthode analytique complète pour la visualisation et la quantification de la majorité des hydroxyacides en C3 élaborés selon ce protocole opératoire. Cette méthode regroupe des techniques de caractérisations globales telles que l’Infra-rouge, l’HPLC, l’HPIC, et des analyses plus fines comme la LCMS de haute résolution et la RMN 1D et 2D. Nous avons par ailleurs optimisé la synthèse des hydroxyacides en C3 à partir du glycérol et du carbonate de glycérol grâce à la mise en place d’un plan d’expérience. Les molécules fabriquées présenteraient des propriétés de complexants susceptibles d’être utilisés en agronomie dans le but de remplacer les chélatants actuels issues de réactions plus polluantes de la pétrochimie et générant des substances nocives pour la santé des sols agricoles une fois appliqués
The current need for fertilization products, and particulary for the treatment of plant deficiencies, is constantly increasing. However, more and more environmentally concerned, industries producing these food complements aim at finding more sustainable treatment solutions both in preparing these substances and in controlling their degradation once on crops. Moreover, it is established that plant cells can be considered as true molecular factories. For example, the C3 hydroxy acids produced by the cellular machinery have many chelating and transport properties. The presence of hydroxyl and carboxylic functions give them the ability to enclose the metals and to allow their displacement through all the compartments of the cells and also through the different organs of the plant. Moreover, as they are involved in biological reactions (respiration, photosynthesis), these molecules can potentially be used in cellular metabolism or degraded. The work presented herein has been designed with the aim of producing the most similar hydroxy C 3 –acids’s plant molecules by establishing a chemo-enzymatic catalysis. Inspired by biological and chemical natural processes, we have developed a protocol for manufacturing hydroxy acids from glycerol and glycerol carbonate under natural conditions ie in water, at low temperature and at atmospheric pressure. We have also produced hydroxy acids such as glyceric acid, 2-oxo1,3-dioxolan-4-carboxylic acid and glycerol carbonate hemiacetal. The thesis also allowed us to develop a complete analytical method for the observation and the quantification of the majority of C3 hydroxy acids, produced according to our operating protocol. This method combines global characterization techniques such as HPLC, HPIC and more complex analyses such as HR-LCMS and 1D and 2D NMR. We have also optimized the synthesis of C3 hydroxyacids from glycerol and glycerol carbonate through the implementation of an experimental design. Our bioinspired molecules are potential complexing agents that could be used in agronomy, in order to replace the current chelating molecules obtained from petrochemistry, known for having harmful impact on agricultural soils

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Piotrowski, Violaine. "Protéines de soie de Bombyx ou d’araignée, naturelles ou modifiées, et fibres de cellulose comme renfort in situ de composites bioinspirés." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1R033.

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Abstract:

Les composites synthétiques sont constitués d’une résine et d’un renfort par des fibres industrielles courtes ou longues. Les fibres longues tissées ou stratifiées permettent d’obtenir le meilleur renforcement possible, mais nécessitent un processus industriel long et complexe pour la mise en oeuvre des composites. Les fibres courtes peuvent, elles, être mélangées directement dans la résine et permettent de former un composite en une seule étape par photopolymérisation ou polymérisation thermique. Cependant les propriétés mécaniques de tels composites sont de loin inférieures à celles obtenues par renforcement à fibres longues. L'alternative étudiée dans cette thèse est le renforcement de composites par biomimétisme c’est-à-dire par des fibres longues naturelles introduites sous forme d’un liquide homogène et qui redeviennent des fibres lors de la mise en œuvre du composite. Ce procédé pourrait permettre la conception de composites avec un renforcement macroscopique avec la facilité de production des composites à fibres courtes. Dans ce projet de thèse, deux types de biopolymères ont été étudiés : la cellulose (et son dérivé l’acétate de cellulose), un polysaccharide très souvent utilisé pour le renforcement de composite et les protéines de soie (fibroïne H, MaSp1) qui sont parmi les fibres naturelles les plus résistantes. La fibroïne H a été extraite de cocons frais du vers à soie Bombyx mori et la protéine de soie d'araignée MaSp1 de Nephila clavipes a été produite par génie biologique dans E. coli. Des liquides ioniques polymérisables et un tensioactif photoclivable, permettant de solubiliser de manière réversible les biomolécules, ont été synthétisés. Des films renforcés à partir de liquide ionique et de biomolécules ont été synthétisés et caractérisés. Enfin des composites renforcés par des microfibres industrielles ou des fibres biologiques ont été produits. La mesure des propriétés mécaniques a démontrée un renforcement supérieur par les fibres biologiques
Synthetic composites consist on a resin and a reinforcement by short or long industrial fibers. Laminated or woven long fibers provide the best possible reinforcement but require a long and complex industrial process for the processing of the composites. Short fibers can be mixed directly into the resin and can form a composite in a single step by photopolymerization or by thermal polymerization. However, the mechanical properties of such composites are considerably lower compared to those obtained by long-fiber reinforcement. The alternative studied in this thesis is the reinforcement of composites by biomimicry, i.e. by natural long fibers introduced as a homogeneous liquid, which become fibers at a solid state during the composites manufacturing process This process could provide the design of composites with macroscopic reinforcement using the ease of production for short fibers composites. In this thesis project, two types of biopolymers were studied: cellulose (and its derivative cellulose acetate), a polysaccharide often used for composite reinforcement, and silk proteins (fibroin H, MaSp1) which are one of the most resistant natural fibers. Fibroin H was extracted from fresh cocoons of the Bombyx mori silkworm and the spider silk protein MaSp1 from Nephila clavipes was produced by bioengineering in E. coli. Polymerizable ionic liquids and a photocleavable surfactant, able to reversible solubilize of biomolecules, were synthesized. Reinforced films from ionic liquids and biomolecules were synthesized and characterized. Finally, composites reinforced with industrial microfibers or biological fibers have been manufactured. The measurement of mechanical properties demonstrated superior reinforcement by biological fibers

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Piotrowski, Violaine. "Protéines de soie de Bombyx ou d’araignée, naturelles ou modifiées, et fibres de cellulose comme renfort in situ de composites bioinspirés." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2018-2021), 2020. http://www.theses.fr/2020LILUR033.

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Abstract:

Les composites synthétiques sont constitués d’une résine et d’un renfort par des fibres industrielles courtes ou longues. Les fibres longues tissées ou stratifiées permettent d’obtenir le meilleur renforcement possible, mais nécessitent un processus industriel long et complexe pour la mise en oeuvre des composites. Les fibres courtes peuvent, elles, être mélangées directement dans la résine et permettent de former un composite en une seule étape par photopolymérisation ou polymérisation thermique. Cependant les propriétés mécaniques de tels composites sont de loin inférieures à celles obtenues par renforcement à fibres longues. L'alternative étudiée dans cette thèse est le renforcement de composites par biomimétisme c’est-à-dire par des fibres longues naturelles introduites sous forme d’un liquide homogène et qui redeviennent des fibres lors de la mise en œuvre du composite. Ce procédé pourrait permettre la conception de composites avec un renforcement macroscopique avec la facilité de production des composites à fibres courtes. Dans ce projet de thèse, deux types de biopolymères ont été étudiés : la cellulose (et son dérivé l’acétate de cellulose), un polysaccharide très souvent utilisé pour le renforcement de composite et les protéines de soie (fibroïne H, MaSp1) qui sont parmi les fibres naturelles les plus résistantes. La fibroïne H a été extraite de cocons frais du vers à soie Bombyx mori et la protéine de soie d'araignée MaSp1 de Nephila clavipes a été produite par génie biologique dans E. coli. Des liquides ioniques polymérisables et un tensioactif photoclivable, permettant de solubiliser de manière réversible les biomolécules, ont été synthétisés. Des films renforcés à partir de liquide ionique et de biomolécules ont été synthétisés et caractérisés. Enfin des composites renforcés par des microfibres industrielles ou des fibres biologiques ont été produits. La mesure des propriétés mécaniques a démontrée un renforcement supérieur par les fibres biologiques
Synthetic composites consist on a resin and a reinforcement by short or long industrial fibers. Laminated or woven long fibers provide the best possible reinforcement but require a long and complex industrial process for the processing of the composites. Short fibers can be mixed directly into the resin and can form a composite in a single step by photopolymerization or by thermal polymerization. However, the mechanical properties of such composites are considerably lower compared to those obtained by long-fiber reinforcement. The alternative studied in this thesis is the reinforcement of composites by biomimicry, i.e. by natural long fibers introduced as a homogeneous liquid, which become fibers at a solid state during the composites manufacturing process This process could provide the design of composites with macroscopic reinforcement using the ease of production for short fibers composites. In this thesis project, two types of biopolymers were studied: cellulose (and its derivative cellulose acetate), a polysaccharide often used for composite reinforcement, and silk proteins (fibroin H, MaSp1) which are one of the most resistant natural fibers. Fibroin H was extracted from fresh cocoons of the Bombyx mori silkworm and the spider silk protein MaSp1 from Nephila clavipes was produced by bioengineering in E. coli. Polymerizable ionic liquids and a photocleavable surfactant, able to reversible solubilize of biomolecules, were synthesized. Reinforced films from ionic liquids and biomolecules were synthesized and characterized. Finally, composites reinforced with industrial microfibers or biological fibers have been manufactured. The measurement of mechanical properties demonstrated superior reinforcement by biological fibers

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Pinck, Stéphane. "Conception de biofilms bactériens artificiels électroactifs en vue d’optimiser les réactions de transferts extracellulaires d’électrons." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0344/document.

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Abstract:

Nous avons cherché dans ce travail à élaborer un biofilm artificiel électroactif dans le but de promouvoir les réactions de transfert extracellulaire d’électrons (EET) en reconstituant artificiellement un biofilm en présence de matériaux exogènes. Un matériau composite auto-assemblé constitué de cellules bactériennes (Shewanella oneidensis), de nanotubes de carbone et de cytochromes c exogènes (issue de cellules de cœur de bœuf) a été tout d’abord proposé. Le processus d’auto-assemblage a été étudié par diffusion de lumière dynamique, microscopie électronique à balayage et spectroscopie Raman. Ces analyses ont mis en évidence l’importance du cytochrome exogène dans l’assemblage et l’organisation du matériau. La viabilité bactérienne a été étudiée et l’activité métabolique a été caractérisée par électrochimie. Les courants à l’anode étaient 10 et 4 fois plus importants avec ce biofilm artificiel (0,027 A m-2) qu’avec les électrodes modifiées par les bactéries seules (0,003 A m-2) ou associées au cytochrome c (0,007 A m-2). Le biofilm artificiel a été testé en substituant S. oneidensis par Pseudomonas fluorescens, produisant un courant d’oxydation lors de l’ajout de 1,5 mM de glucose. Le cytochrome c possède, outre son rôle structurant, une activité de navette à électrons. Son potentiel redox, 254 mV (vs NHE), était adapté à l’oxydation du formiate mais inadapté à la réduction du fumarate. Pour cette raison, il a été substitué par d’autres cytochromes (c3DvH, c7Da, c553DvH, c3DdN ou c3Dg) possédant des potentiels redox plus bas, de 20 mV à -400 mV. Ces cytochromes variaient aussi au niveau de leur charge à pH neutre, permettant de valider l’importance des forces électrostatiques dans l’assemblage du biocomposite. Les résultats optimaux obtenus avec c3DvH et c7Da ont montré l’importance du potentiel redox des éléments exogènes pour l’EET. Nous avons ensuite remplacé le cytochrome c par la protamine. Cette protéine non électroactive a permis l’assemblage du biocomposite tout en maintenant les transferts directs d’électrons entre les bactéries et les différents nanomatériaux testés. Les optimisations ont permis d’atteindre des courants cathodiques de plus de 12 A m-2 en présence de 50 mM de fumarate. Les expériences de stabilité ont montré la présence d’un courant biotique de 1,75 A m-2 après 24 h de réduction de 50 mM de fumarate
The aim of this PhD work was to design an artificial electroactive biofilm in order to optimize extracellular electron transfers (EET) by artificially reconstituting the biofilm in the presence of exogenous materials. A biocomposite material was proposed from the self-assembly of the bacteria Shewanella oneidensis with carbon nanotubes and cytochrome c (extract from bovine heart). The self-assembly was first studied by diffusion light scattering, scanning electron microscopy and Raman spectroscopy. These analyzes showed the importance of the cytochrome c in the assembly and organization of the biocomposite. Bacterial viability was studied and metabolic activity was characterized with the help of electrochemistry. The current at the anode was 10 and 4 times higher with the artificial biofilm (0.027 A m2) than with film composed with bacteria alone (0.003 A m2) or associated with cytochrome c (0.007 A m2). Artificial biofilm was also tested with Pseudomonas fluorescens instead of S. oneidensis, producing an oxidative current upon the addition of 1.5 mM glucose. That indicates cytochrome c has, in addition to its structuring role, an electron shuttle activity. Its redox potential, +254 mV (vs. NHE), was adapted to the oxidation of formate but was unsuitable for the reduction of fumarate. For this reason, it has been substituted by other cytochromes, c3DvH, c7Da, c553DvH, c3DdN, and c3Dg, possessing lower redox potentials, in the range of 20 mV to -400 mV. These cytochromes also varied at the level of their charge at neutral pH and allowed to validate the importance of the electrostatic forces in the assembly of the biocomposite. The optimal results obtained with c3DvH and c7Da showed the importance of the redox potential of the exogenous elements for the EET. We then replaced the cytochrome c with protamine. This non-electroactive protein allowed the assembly of the biocomposite by promoting direct electrons transfer between the bacteria and the different nanomaterials tested. The optimizations made it possible to reach cathodic currents of more than 12 A m2 in the presence of 50 mM of fumarate. The stability experiments showed the presence of a biotic current of 1.75 A m2 after 24 h of reduction of 50 mM of fumarate

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Bailly, Antoine. "Elaboration et déformation de systèmes biomimétiques innovants." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00870354.

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Abstract:

La déformation des cellules végétales durant leur croissance génère des formes anisotropes variées. L'enveloppe des cellules en croissance, appelée paroi primaire végétales, est une couche fine, flexible et extensible, faite d'un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicellulose qui ont une extension directionnelle. Le but de ce travail est d'élaborer des microcapsules biomimétiques possédant une structure similaire à la paroi primaire et d'étudier leur déformation sous une contrainte mécanique. Pour cela, nous avons utilisé les fortes interactions entre les nanocristaux de cellulose (sous-unités des microfibrilles) et les xyloglucanes (hémicellulose la plus répandue) déjà utilisée pour construire des multicouches plan [1]. Pour reproduire la géométrie des cellules, nous avons fabriqué des microcapsules multicouches à partir de nanocristaux de cellulose et de xyloglucanes, en combinant une émulsion d'huile dans l'eau, de dimension de 20µm environ, avec un dépôt couche par couche conduisant à des capsules biomimétiques. La régularité du dépôt de couche a été suivit par un marquage fluorescent sélectif, l'épaisseur et l'organisation de la paroi ont été caractérisées en microscopie électronique. Par séchage et évaporation du coeur d'huile, les capsules ainsi dégonflées présentent diverses formes révélées par des reconstructions 3D à partir de coupes de microscopie confocale. La relation entre les formes obtenus, les dimensions caractéristiques et les propriétés mécaniques de la paroi a été étudiée [2]. Le contrôle de la taille et de l'épaisseur de la capsule permet d'explorer diverses situations de déformations. [1] B. Jean*, L. Heux, F. Dubreuil, G. Chambat & F. Cousin, Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers, Langmuir, 25(7), 3920-3923 (2009) [2] C. Quilliet, C. Zoldesi, C. Riera, A. van Blaaderen, and A. Imhof Anisotropic colloids through non-trivial buckling Eur. Phys. J. E, 27, 13{20} (2008)

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Faux, Damien. "Couplage modal pour la reproduction de la cinématique d'une aile d'insecte et la génération de portance d'un nano-drone bio-inspiré." Thesis, Valenciennes, 2018. http://www.theses.fr/2018VALE0007/document.

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Abstract:

Cette recherche dans le domaine des nano-drones a pour ambition de concevoir un objet volant de taille réduite s’inspirant directement de la nature.Dans ce but, un état de l’art a été fait sur les mécanismes de vol des insectes ainsi que sur l’ensemble des solutions à ailes battantes artificielles développées à ce jour. Il ressort de cette analyse d’une part, que les insectes ont une cinématique des ailes singulière reposant sur un mouvement de battement et de torsion en quadrature de phase et d’autre part, que les nano-drones actuels ne s’appuient pas ou très peu sur le comportement dynamique de leurs ailes artificielles pour générer de la portance. Le concept proposé dans le cadre de ce travail se veut en rupture avec ces approches. Il consiste en un couplage vibratoire en quadrature de phase de modes de battement et de torsion appliqué sur des ailes artificielles flexibles afin de reproduire une cinématique proche de celles des insectes avec un unique actionneur. La méthodologie employée s’est traduite par l’élaboration d’un modèle analytique négligeant les efforts aérodynamiques afin de calculer le comportement dynamique et de dimensionner la structure du nano-drone. Les simulations ont mis en évidence l’existence de modes propres de la structure des ailes dont les déformées correspondent aux mouvements de battement et de torsion recherchés. Fait remarquable, une optimisation a permis de rapprocher les fréquences de ces modes tout en conservant une amplitude suffisante de façon à réaliser leur couplage et donc à reproduire la cinématique souhaitée. La portance produite a été ensuite estimée à l’aide d’un modèle aéroélastique qui a montré que le maximum de portance était obtenu pour deux fréquences coïncidant avec une quadrature de phase entre les deux modes. Ces résultats ont par la suite été confirmés à l’aide de mesures expérimentales effectuées sur un banc de mesure spécifique répondant aux contraintes imposées par les prototypes en termes de sensibilité et de comportement dynamique. Les différentes générations de prototypes testées ont été fabriquées au moyen des procédés de microfabrication, ce qui a permis l’intégration d’une membrane d’aile en parylène d’une épaisseur tout à fait comparable à celle existant chez les insectes. La conclusion de cette étude est que nous disposons dorénavant d’un prototype capable de compenser son poids
This work in the Nano-Air Vehicle field aims to design a small flying object directly inspired by the nature. For this purpose, a state of the art has been performed on insects flight mecanisms and has reviewed the overall artificial flapping wings solutions developped until today. The result of this analysis is on one hand, that insects use a specific wing kinematics which relies on a flapping motion and a twisting motion coupled in a quadrature phase shift and on the other hand, that the existing Nano-Air Vehicles do not exploit the dynamic behavior of their artificial wings to produce lift. The proposed concept in this research is a departure from those other works. It consists of a vibratory coupling in a quadrature phase shift of a flapping and a twisting mode applied on flexible artificial wings in order to reproduce a kinematics close to the insects ones with a single actuator. The used methodology resulted in the development of an analytic modeling which neglects the aerodynamic forces to calculate the dynamic behavior and dimension the prototype structure. Simulations highlighted the existence of eigen modes of the wings structure whose modal shapes match with the wanted flapping and twisting motion. Noteworthy fact, an optimization allowed to get those modes close in frequency while keeping a non-neglectible amplitude in such a way as to couple them and obtain the expected kinematics. The produced lift force is then estimated with an aeroelastic modeling which has shown that the maximum lift is obtained for two frequencies which provide a quadrature phase shift between the two modes. Those results are then validated by experimental measurements performed on a specific bench made according to the constraints due to the prototype in terms of sensitivity and dynamic behavior. The different generations of prototypes tested are produced with microfabrication process, allowing to integrate a wing membrane in parylene with a thickness comparable to the one existing in insects. The conclusion of this study is that we now have a prototype able to compensate its weight

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Carboni, Michael. "Synthèse de modèles pour l'étude d'une nouvelle famille d'enzyme à fer et à manganèse." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00632024.

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Abstract:

Les métaux sont impliqués dans de nombreux processus biologiques essentiels pour le vivant. Ils interviennent au sein de métallo-enzymes sélectives et efficaces, qui catalysent des réactions chimiques dans des conditions douces. Les plus illustres sont les RiboNucléotide Réductases (RNR), essentiels à la synthèse de l'ADN, ou bien encore la Méthane MonoOxygènase (MMO) capable à partir du méthane de former le méthanol, molécule à fort potentiel énergétique. Ces métallo-enzymes fonctionnent au travers d'un site actif contenant deux fers. Récemment, un nouveau membre de cette famille a été isolé et présente un nouveau site actif hétérodinucléaire à fer et manganèse. Le potentiel chimique de ces enzymes commence juste a être caractérisé, mais les premières études suggèrent une réactivité semblable aux enzymes homodinucléaires à fer. Puisque le comportement de l'ion métallique dans les protéines n'est pas très différent de la chimie fondamentale du métal, l'étude de petits analogues synthétiques de site actif est particulièrement utile. Nous proposons la synthèse de complexes dinucléaires à Fe-Mn pour étudier la réactivité et les propriétés électroniques de ce nouveau site actif. Par une étude physicochimique approfondie et des études de réactivités, nous avons apporté une meilleure compréhension sur la réactivité de ce nouveau système enzymatique.

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Jain, Purvi. "Sélection d'anticorps recombinants dirigés contre des matériaux inorganiques pour des applications en nanosciences." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00772913.

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Abstract:

Les matériaux inorganiques ont des propriétés uniques à l'échelle nanométrique. Ces propriétés ont généré beaucoup d'intérêt pour fabriquer des nouveaux matériaux utilisant des nano-objets comme unité de construction. Nous avons suivi une approche biomimétique pour la fabrication de dispositifs à base de nanoparticules afin d'améliorer les méthodes actuelles de fabrication top-down et bottom-up. Certaines protéines naturelles se lient en effet spécifiquement à des matériaux inorganiques, et déclenchent notamment la croissance de cristaux inorganiques. Une première étape dans cette approche biomimétique est de comprendre comment des protéines se lient spécifiquement à des nanomatériaux inorganiques. Nous avons exploré ce mécanisme de reconnaissance en sélectionnant des anticorps (les protéines de notre système immunitaire spécialisées dans les interactions avec de nombreuses cibles) contre des matériaux inorganiques par la méthode combinatoire biotechnologique appelée "phage display". Cette technique permet d'obtenir la séquence génétique codante des anticorps sélectionnés se liant à leur cible à partir d'une banque aléatoire d'anticorps. L'analyse statistique des séquences des anticorps sélectionnés fournit de nouvelles informations sur les interactions protéines/matériaux inorganiques. Notre principale conclusion est l'identification de l'acide aminé arginine en tant que contributeur majeur dans les interactions protéine/or. L'ingénierie génétique des anticorps permet de fonctionnaliser ces nouvelles sondes de matériaux inorganiques en vue de leur utilisation pour des applications dans le domaine des nanomatériaux. Les anticorps recombinants sélectionnés et leurs dérivés fonctionnalisés peuvent être exprimés par sécrétion à l'aide d'un hôte eucaryote (Dictyostelium discoideum) mis au point au cours de cette thèse.

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Louf, Jean-François. "Couplage poro-élastique et signaux hydrauliques dans les plantes : approche biomimétique." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4779/document.

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Abstract:

Dans la nature les plantes sont sans cesse soumises à des sollicitations mécaniques qui affectent et modifient leur croissance. Un aspect remarquable de cette réponse est qu’elle n’est pas seulement locale mais non-locale : la flexion d’une tige ou d’une branche inhibe rapidement la croissance loin de la zone sollicitée. Cette observation suggère l'existence d'un signal pouvant se propager à travers toute la plante. Parmi les différentes hypothèses, il a été suggéré que ce signal pouvait être purement mécanique, et provenir d’un couplage hydro/mécanique entre la déformation du tissu et la pression de l’eau contenue dans le système vasculaire de la plante. L’objectif de cette thèse est de comprendre l’origine physique de ce couplage par une approche biomimétique. Pour cela, nous avons développé des branches artificielles micro-fluidiques possédant des caractéristiques mécaniques et hydrauliques similaires à celles d'une branche d'arbre. Nous avons montré que la flexion de ces branches génère une surpression globale non-nulle dans le système, qui varie comme le carré de la déformation longitudinale. Un modèle simple basé sur un mécanisme analogue à l’ovalisation des tubes permet de prédire cette réponse poroélastique non-linéaire et d’identifier le paramètre physique clé pilotant cette réponse en pression : le module de compressibilité de la branche. A la lumière de ces résultats, des expériences sur des branches d'arbre ont ensuite été conduites et des signaux similaires sont obtenus et comparés au modèle théorique. La similitude suggère le caractère générique du mécanisme physique identifié pour la génération de signaux hydraulique dans les plantes
Plants are constantly subjected to external mechanical loads such as wind or touch and respond to these stimuli by modifying their growth and development. A fascinating feature of this mechanical-induced-growth response is that it is not only local, but also non-local: bending locally a stem or a branch can induce a very rapid modification of the growth far away from the stimulated area, suggesting the existence of a signal that propagates across the whole plant. The nature and origin of this signal is still not understood, but it has been suggested recently that it could be purely mechanical and originate from the coupling between the local deformation of the tissues and the water pressure in the vascular system. The objective of this work is to understand the origin of this hydro/mechanical coupling using a biomimetic approach. Artificial microfluidic branches have been developed, that incorporate the mechanical and hydraulic key features of natural ones. We show that the bending of these branches generates a steady overpressure in the whole system, which varies quadratically with the bending deformation. A simple model based on a mechanism analogue to tube ovalization enables us to predict this non-linear poroelastic response, and identify the key physical parameter at play, namely the elastic bulk modulus of the branch. Further experiments conducted on natural tree branches reveal the same phenomenology. Once rescaled by the model prediction, both the biomimetic and natural branches falls on the same master curve, showing the universality of the identified mechanism for the generation of hydraulic signals in plants

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Bascans, Élodie. "Des voies durables et respectueuses de l'environnement pour la génération de nouveaux assemblages de biopolymères et la glycosylation de composés marins - selon une approche de biomimétisme." Electronic Thesis or Diss., Pau, 2023. http://www.theses.fr/2023PAUU3035.

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Abstract:

Pour faire face aux impacts de la chimie conventionnelle et des produits pétrosourcés sur la santé humaine et les écosystèmes, la chimie verte et les macromolécules d'origine biologique sont une source infinie d'innovation. Ce projet s'inscrit dans une approche de bioinspiration et repose sur l'utilisation d'enzymes bactériennes dans l'objectif d'évaluer leur potentiel pour : (1) la glucosylation de molécules marines pour la création de filtres solaires, et (2) l'assemblage de polysaccharides marins et bactériens réticulés par des protéines « sur mesure ». Dans le premier cas, il s'agit de produire des molécules inspirées des propriétés anti-UV retrouvées chez certains composés du mucus et des yeux des poissons. Dans le second, d'une stratégie inspirée des associations entre polysaccharides et protéines que l'on trouve dans les peptidoglycanes bactériens ou les carapaces des crustacés. Pour le premier projet, les molécules cibles sont les mycosporines, des métabolites secondaires présents dans une grande variété d'organismes et reconnues pour leur forte capacité d'absorption des rayons UV et leur pouvoir antioxydant. En prenant la mycosporine-sérinol (MSer(OH)) comme modèle, une vingtaine d'α-transglucosylases de la famille GH70 qui utilisent le saccharose comme substrat donneur d'unités glucosyle ont été testées. Une d'entre elle s'est particulièrement démarquée, glucosylant la mycosporine avec un taux de conversion de 95%. Les caractérisations en RMN et spectrométrie de masse ont montré l'ajout de 1 à 3 unités glucosyle, l'espèce prédominante ayant 2 unités sucre sur le même carbone. Dans un deuxième temps, une cascade enzymatique a été développée afin d'allonger la chaîne glucidique préalablement obtenue, toujours à partir de saccharose et de ces mêmes enzymes. Une large gamme de MSer(OH) glucosylées a ainsi été générée, variant par la nature des liaisons osidiques et/ou la taille de la chaine (10 < DP < ~750 000). La photostabilité et les capacités antioxydantes des produits obtenus sont équivalentes à celles de la MSer(OH) libre ou d'antioxydants reconnus, et peuvent donc rivaliser avec des filtres solaires commerciaux. Notamment, une MSer(OH) greffée sur une chaîne de dextrane de plus de 108 g/mol présente des propriétés texturantes intéressantes, la rendant d'autant plus prometteuse pour des formulations médicales ou cosmétiques. Dans le deuxième projet, le choix s'est porté sur le dextrane, la chitine, le chitosane et l'agarose car ce sont des polysaccharides largement disponibles et déjà reconnus dans le domaine des biomatériaux, notamment pour des applications médicales. L'assemblage physique de ces biopolymères est basé sur la création de protéines réticulantes sur-mesure nommées "bridges", correspondant à l'association de 2 modules de liaison aux glucides (CBM) - issus d'enzymes dégradant ou synthétisant ces polymères - liés entre eux par une séquence peptidique plus ou moins flexible. Deux bibliothèques de quatre bridges ont été conçues, produites de manière recombinante chez E. coli, purifiées, et leur affinité pour leurs biopolymères respectifs confirmée. Ensuite, des premiers hydrogels physiques ont été développés en assemblant les polysaccharides avec les « bridges », menant à des différences de texture et de viscosité. Des analyses de rhéologie et de microscopie ont confirmé que ces biomatériaux sont dynamiques et rhéofluidifiants, donc très intéressants comme hydrogels injectables pour l'administration de médicament. Dans l'ensemble, ces premières preuves de concept sont prometteuses et montrent le potentiel de ces matériaux bioinspirés pour différentes applications. Les plus intéressantes sont celles envisagées dans le domaine de la santé, car elles permettraient la formulation de produit respectueux à la fois de la santé humaine et des écosystèmes
To face the adverse impacts of conventional chemistry and fossil-based products on human health and ecosystems, sustainable chemistry (biosynthesis) and bio-based (macro)molecules appear as endless sources of inspiration and innovation. Driven by bioinspired approaches, this project consisted of taking advantage of bacterial enzymes synthesizing polysaccharides of glucosyl units from sucrose to attempt two objectives: (1) the glucosylation of marine molecules for the development of novel UV filter products; and (2) the assembly of marine and bacterial polysaccharides physically cross-linked by tailor-made proteins. The first strategy is inspired by UV-absorbing molecules found in fish mucus and eyes while the second one is inspired by associations found in nature like bacterial peptidoglycans or crustacean crab exoskeleton. In the field of new UV filter products, the target molecules were mycosporines, secondary metabolites found in a wide variety of organisms. They are recognized for their high UV-absorbing properties and antioxidant activity. The aim was to mimic the natural glycosylation of mycosporines by assessing the feasibility of glucosylating these compounds with -transglucosylases from GH70 family and modulating the size of the carbohydrate moiety. Using the mycosporine-serinol (MSer(OH)) as starting molecule, one enzyme stood out from the twenty screened candidates with a remarkable conversion rate of 95%. The glucosylated products were characterized by NMR and mass spectroscopy, showing the addition of 1 to 3 glucosyl units, with the predominant product having two glucosyl units on the same carbon. In a second step, with the objective to extend the glucidic backbone, an enzymatic cascade was developed, again relying on the use of GH70 enzymes and sucrose as glucosyl donor. A wide range of glucosylated-MSer(OH) compounds were synthesized, varying both in linkage specificity and chain length (10 < DP < ~750,000). Interestingly, their photostability and antioxidant capacity are equivalent to those of free MSer(OH) or well-known antioxidants, and therefore, could compete commercial sunscreens. Notably, a MSer(OH) grafted to a dextran chain of more than 108 g/mol exhibited interesting rheological properties, very promising as compounds combining both UV filter capacity and texturizing properties for medical or cosmetic formulations. Regarding the second research axis, dextran, chitin, chitosan, and agarose were selected for their wide availability and unique properties in the field of biomaterials, especially for medical applications. The development of physical hydrogels by assembling these biopolymers relied on the development of protein cross-linkers named "bridges". Two libraries of four bridges, each with a specific affinity for a polymer, were designed by the association of two Carbohydrate Binding Modules (CBM) from enzymes that degrade or synthesize these polysaccharides, linked by a peptide sequence more or less flexible. These tailor-made proteins were recombinantly produced in E. coli and purified, and their affinities for their respective biopolymer was biochemically confirmed. Then, different hydrogels were made by assembling polysaccharides with these bridges, resulting in a visual difference in terms of texture and viscosity. These observations were supported by rheology and microscopy analyses. Notably, these dynamic hydrogels are shear-thinning and self-healing, which is very interesting for injectable hydrogels for delivering therapeutics. Overall, these first promising proofs of concept showed the potential of these novel bioinspired and innovative materials for different applications. The most interesting ones are envisioned in the field of healthcare. They could enable formulations that are respectful of both human health and ecosystems

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Radavidson, Harisoa. "Vésicules lipidiques biomimétiques décorées par un assemblage multicouche nanocristaux de cellulose/xyloglucane : élaboration et caractérisation mécanique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAV051/document.

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Abstract:

Contrairement à leurs homologues animales, les cellules végétales sont entourées d’une fine enveloppe de polysaccharides appelée paroi primaire, dont la principale structure portante est un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicelluloses. L’objectif de ce travail est de mettre au point des capsules biomimétiques de la paroi végétale qui puissent servir de système modèle dans l’étude des propriétés mécaniques de ce matériau naturel. Pour ce faire, des vésicules géantes unilamellaires d’un diamètre moyen de 20 µm ont été utilisées comme support de dépôts couche-par-couche de nanocristaux de cellulose (les sous-éléments des microfibrilles) et de xyloglucane (l’hémicellulose la plus répandue) jusqu’à une dizaine de bicouches, les capsules ainsi obtenues ayant été caractérisées par microscopie confocale. Leur comportement en déformation en réponse à une pression osmotique a pu être observé : leur dégonflement a donné lieu à l’apparition de diverses morphologies dont certaines sont similaires aux formes de coques minces de matériau isotrope dégonflées, tandis que leur comportement en gonflement est comparable à la réponse d’un matériau viscoélastique. Enfin, des expériences de nano-indentation par microscopie à force atomique ont été effectuées pour mesurer la rigidité de la paroi des capsules. Leur module d’Young a pu être déduit des courbes de force-déformation et s’avère être compris entre 6 et 18 MPa, ce qui est du même ordre de grandeur que les valeurs obtenues par des mesures similaires effectuées sur des parois végétales naturelles
Unlike their animal counterparts, plant cells are surrounded by a thin polysaccharide-rich envelop called the primary wall, in which the main load-bearing structure is a network of cellulose microfibrils tethered by hemicellulose. This work aims at designing plant cell wall mimicking capsules that could be used as a model system in the mechanical characterization of this natural material. To do so, we used giant unilamellar vesicles with an average diameter of 20 µm as a template for the layer-by-layer deposition of cellulose nanocrystals (the microfibrils sub-elements) and xyloglucan (the most common hemicellulose) up to ten bilayers, the resulting capsules being characterized by confocal microscopy. Their deformation behaviour under osmotic stress could be observed : deflation of the capsules led to various morphologies, some of them similar to what is observed for thin deflated shells of isotropic material, while their response to swelling resembled that of a viscoelastic material. Nano-indentation experiments were eventually performed using an atomic force microscope to probe the stiffness of the capsules wall. Their Young’s modulus could be deduced from the force-depth curves and found to be in the 6-18 MPa range, which is in the same order of magnitude of values obtained with similar measurements done on natural plant cell walls

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Gout, Jérôme. "Nouvelle approche biomimétique de sites actifs de métallo-enzymes à cuivre et à zinc utilisant des ligands-cavitands de type résorcinarène." Paris 5, 2011. http://www.theses.fr/2011PA05P641.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce manuscrit décrit la synthèse et l’étude d’un système biomimétique où l’ion métallique est contraint par une cavité, à l’image du site actif de métallo-enzymes mononucléaires. Ainsi, nous avons synthétisé deux nouveaux cavitands en forme de bol, ayant pour base un résorcin[4]arène dont la cavité hydrophobe définie par quatre unités aromatiques mime la poche enzymatique. Le premier est soluble dans les solvants organiques, l’autre est hydrosoluble. Sur le grand col de ce résorcinarène, trois bras coordonnants comportant des groupements N-méthylimidazoles ont été fixés, constituant la première sphère de coordination du métal, à l’image du site polyhistidine présent dans les systèmes naturels. La synthèse et l’étude des complexes de zinc (II) et de cuivre (II) avec le ligand organosoluble ont mis en évidence un environnement pentacoordonné autour du centre métallique avec la présence de deux sites de coordination ouverts en cis, l’un est orienté vers l’intérieur de la cavité, le deuxième vers l’extérieur. L’ion métallique divalent, dans un tel environnement, présente une forte acidité de Lewis conduisant à la déprotonation aisée (Et3N) de ligands protiques comme l’acétamide ou l’eau. Un équilibre métal-hydroxo / métal-aqua a été mis en évidence en fonction de l’acidité du milieu. Ils se comportent comme des récepteurs de molécules neutres, anioniques monodentées ou bidentées, et peuvent orienter la coordination de ces molécules invitées en fonction de leur taille ou de leur forme. Enfin, il a été montré que certains de ces complexes (hydroxo ou amino) fixent le dioxyde de carbone. Les complexes cuivreux présentent quant à eux un centre métallique dicoordonné ou tricoordonné autour du métal, selon la présence ou l’absence de ligands exogènes, et sont animés d’un comportement dynamique. Le centre cuivreux fixe également le monoxyde de carbone en adoptant une géométrie tétraédrique conduisant à la rigidification du système. Ce ligand permet donc de stabiliser le cuivre dans ces deux états d’oxydation malgré un grand changement de première sphère de coordination, ces complexes bénéficiant de l’effet protecteur et structurant de la cavité. Enfin, des études préliminaires dans un solvant aussi compétitif que l’eau suggèrent que le récepteur « complexe bol » est stable en milieu aqueux et conserve ses propriétés réceptrices. Ces résultats ouvrent des perspectives intéressantes pour l’élaboration de sondes et/ou de catalyseurs
The work presented in this manuscript describes the synthesis and the study of a biomimetic system where the where the metallic ion is forced by a cavity, just like the active site of these enzymes just like the active site of mononuclear metalloenzymes. So, we synthetized a bowl-shaped resorcin[4]arene-based ligand whose the hydrophobic cavity defined by four aromatic units mimics the enzymatic pocket. The first is soluble in organic solvents, the second is water-soluble. At the large rim, three coordinating nitrogenous arms are fixed, constituting the first coordination sphere of the metal ion like the polyhistidine site present in the natural systems. The synthesis and the study of zinc (II) and copper (II) complexes with the organosoluble ligand showed a pentacoordinated environment around the metal center with the presence of two cis-open coordination sites, one is oriented inside the cavity, the second outside. The divalent metal ion in such an environment has a high Lewis acidity leading to easy deprotonation (Et3N) of protic ligands such as acetamide and water. A hydroxo-metal / aqua-metal equilibrium has been demonstrated based on the acidity of the medium. They act as receptors for neutral, monodentate or bidentate anionic molecules and can guide the coordination of these guest molecules according to their size or shape. Finally, it was shown that some of these complexes (hydroxo or amino) fix carbon dioxide. The copper complexes have a dicoordinated or tricoordinated environment around the metal depending on the presence or absence of exogenous ligands and are driven by a dynamic behavior. Also, the copper(I) center cordinates carbon monoxide by adopting a tetrahedral geometry leading to the stiffening of the system. This ligand can therefore stabilize the copper in both oxidation states despite a large change in the first coordination sphere, the complex benefiting from the protective and structuring effect of the cavity. Finally, preliminary studies in a solvent as competitive as water suggest that the “bowl complex” receptor is stable in aqueous medium and retains its properties or receptor. These results open interesting perspectives for the development of sensors and / or catalysts

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Noguera, Philippe. "Etude du rôle de la protéine VASP dans la dynamique et la mécanique des réseaux d'actine avec un système biomimétique de la motilité cellulaire." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00834288.

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Abstract:

Nous étudions dans cette thèse l'influence de la protéine VASP sur la dynamique et les propriétés mécaniques des réseaux d'actine à l'origine de la motilité cellulaire. Dans une première partie, nous utilisons un système biomimétique du mouvement constitué de billes. Incubées dans un mélange minimal de protéines soutenant la polymérisation, ces billes forment un réseau d'actine appelé " comète " les propulsant vers l'avant, semblable à celui qui sous-tend la membrane du front de migration des cellules en mouvement. Grace à des formes mutantes de VASP, nous explorons la contribution à son activité des domaines qui la composent. Dans nos conditions, nous montrons également que VASP agit au travers d'un mécanisme de coopération avec le complexe Arp2/3 qui est à l'origine de la formation des réseaux d'actine. Enfin, nous étudions les modalités de recrutement de VASP par les activateurs de la famille WASP/WAVE en mutant les sites potentiels de recrutement de VASP. Dans une seconde partie, nous nous intéressons, en collaboration avec deux équipes de recherche, au rôle de VASP dans la mécanique des réseaux d'actine. Nous caractérisons en rhéologie couplée à des observations en microcopie confocale les mécanismes moléculaires de VASP dans la réorganisation de l'architecture des réseaux d'actine, en lien avec leurs propriétés mécaniques, puis, nous étudions en AFM par nano indentation l'augmentation de rigidité des réseaux d'actine formés en présence de VASP.

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Casas, ferrer Laura. "Microfluidic flow of biomimetic tissues." Thesis, Université de Montpellier (2022-….), 2022. http://www.theses.fr/2022UMONS001.

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Abstract:

Nous avons conçu un prototissu biomimétique comme modèle de tissus cellulaires qui permet d'identifier le rôle individuel des différents constituants cellulaires qui jouent un rôle dans le comportement rhéologique des tissus. L'objectif final est de caractériser le comportement d'écoulement de ce prototissu sous confinement microfluidique. La première partie de la thèse se concentre sur la conception et la synthèse du prototissu à partir de l'assemblage de Vésicules Unilamellaires Géantes (GUVs). Le système ligand-récepteur que nous avons utilisé pour l'assemblage est la paire streptavidine-biotine. Nous avons démontré qu'en modifiant le rapport streptavidine-biotine, le nombre de vésicules en solution et la concentration de biotine dans la membrane des vésicules, il est possible de contrôler la taille des agrégats et la compacité du tissu. Nous avons également modifié la morphologie du tissu biomimétique en changeant la méthode d'incubation, passant ainsi de formes 3D à une structure monocouche 2D. Un autre système d'adhésion basé sur des complémentarités de séquences d’ADN a également été évalué. Il s'est avéré efficace pour contrôler l'adhésion entre les vésicules, et a permis de concevoir des prototissus avec un niveau élevé de compaction. Dans la deuxième partie de la thèse, la rhéologie de ce tissu biomimétique a été testée au moyen d'une configuration microfluidique. Plus précisément, une pression contrôlée a été appliquée et la déformation de l'agrégat lors de son écoulement à travers une constriction a été suivie. Le changement de taille et de forme de l'agrégat a été calculé pour les petits agrégats, ce qui a contribué à élucider la nature de leur comportement élastique. Pour les agrégats plus grands, le mouvement vers l'avant du front de l'agrégat dans une constriction microfluidique en fonction du temps a été mesuré. Il a été possible d'observer un comportement viscoélastique, que nous avons comparé à celui observé dans les tissus épithéliaux. Le modèle de prototissu et les outils que nous avons développés pour caractériser sa rhéologie peuvent être mis en oeuvre à présent pour étudier les propriétés mécaniques des tissus cellulaires en faisant varier ses propriétés clés : l'adhésion entre les cellules individuelles, les propriétés mécaniques du cytosquelette et l'activité cellulaire
We designed a biomimetic prototissue as a model for cellular tissues that allows to identify the individual role of the different cellular constituents that play a role in the rheological behavior of tissues. The final goal is to characterize the flow behavior of this prototissue under microfluidic confinement. The first part of the Thesis focuses on the design and synthesis of the prototissue from the assembly of Giant Unilamellar Vesicles (GUVs). The ligand-receptor system that we used to drive the assembly was provided by the streptavidin-biotin pair. We have demonstrated that by changing the streptavidin-to-biotin ratio, the number of vesicles in solution and the biotin concentration in the vesicle membrane it is possible to tune the size of the aggregates and the compactness of the tissue. We have also been capable of changing the morphology of the biomimetic tissue from 3D-shapes to a 2D-monolayer structure by changing the incubation method. An alternative adhesion system based on DNA tethers was also evaluated. It proved to be effective in tuning the adhesion between vesicles, and was found to allow the design of prototissue with a high level of compaction. In the second part of the Thesis, the rheology of this biomimetic tissue was tested by means of a microfluidic setup. Specifically, a controlled pressure was applied and the deformation of the aggregate as it flowed through a constriction was tracked. The change in the aggregate size and shape was calculated for small aggregates, which contributed to elucidate the nature of their elastic behavior. For larger aggregates, the forward motion of the aggregate front in a microfluidic constriction as a function of time was measured. It was possible to observe a viscoelastic behavior, that we compared to the one observed in soft epithelial tissues. Both the prototissue model and the tools we developed to characterize its rheology can be implemented in the future to investigate cellular tissues mechanical properties varying its key properties: the adhesion between individual cells, the mechanical properties of the cytoskeleton and the cellular activity

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Bessot, Elora. "Structuration en 3D de phases cristal-liquides pour la formation biomimétique de tissus osseux." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS161.

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Abstract:

L’os est un matériau hybride qui associe une trame organique dense et organisée de fibrilles de collagène et un réseau minéral d’hydroxyapatite. La formation de ce matériau hiérarchisé a été souvent étudié biologiquement. Comment l'étudier d’un point de vue physico-chimique et ainsi pouvoir reproduire l’organisation à l’échelle suprafibrillaire ? Nous proposons d’identifier ces paramètres en appliquant in vitro des contraintes aux mésophases du collagène afin de contrôler l’arrangement spatial 3D des domaines orientés. Des chambres microfluidiques mimant l’os compact et des procédés d’émulsion mimant l’interaction os spongieux-moelle osseuse ont été utilisés. Ces modèles ont permis de mettre en évidence l’implication, notamment, du confinement, du flux en collagène et de la géométrie du réseau dans l’organisation fibrillaire résultante. Les techniques de microscopies révèlent que ces organisations biologiques sont issues de la texturisation des mésophases du collagène à l’échelle macroscopique grâce à l’observation de défauts inhérents à la géométrie des tissus. Cette étude ouvre des perspectives dans la compréhension des mécanismes physico-chimiques et l’organisation des domaines anisotropes in vivo intervenant dans la morphogénèse et la biominéralisation. Elle ouvre des perspectives pour l’ingénierie tissulaire afin de réparer de larges défauts et favoriser l’ostéoinduction
Bone is a hybrid material that combines a dense and organized organic matrix of collagen fibrils and a mineral network of hydroxyapatite. The formation of this hierarchical material has often been studied biologically. How to study it from a physicochemical point of view and thus be able to reproduce the organization at the suprafibrillar scale? We propose to identify these parameters by applying in vitro constraints to the mesophases of collagen in order to control the 3D spatial arrangement of the oriented domains. Microfluidic chambers mimicking compact bone and emulsion methods mimicking the cancellous bone-bone marrow interaction were used. These models made it possible to highlight the involvement, in particular, of confinement, collagen flow and network geometry in the resulting fibrillar organization. Microscopy techniques reveal that these biological organizations result from the texturization of collagen mesophases on a macroscopic scale through the observation of defects inherent in the geometry of the tissues. This study opens up perspectives in the understanding of the physicochemical mechanisms and the organization of in vivo anisotropic domains involved in morphogenesis and biomineralization. It opens up prospects for tissue engineering to repair larger defects and promote osteoinduction

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Labour, Marie-Noëlle. "Collagène auto-assemblé en support 3D biomimétique fonctionnalisé pour la différenciation de cellules nerveuses." Thesis, Montpellier 1, 2012. http://www.theses.fr/2012MON13508/document.

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Abstract:

L'objectif de ce travail était de mettre au point un système de culture tridimensionnel compartimenté pour la différentiation de cellules neurales et la croissance des neurites en 3D. Les matériaux biomimétiques permettent l'élaboration de microenvironnements contrôlés qui peuvent orienter la réponse cellulaire. Ils sont particulièrement intéressants pour les études fondamentales visant à étudier des voies de signalisation impliquées dans des processus physiologiques ou pathologiques. Nous nous sommes intéressés à la maladie d'Alzheimer, où l'on observe des neurites dystrophiques associés aux plaques amyloïdes. Aucune relation n'a été réellement établie entre l'interaction neurites - agrégats, leur dystrophie et la mort neuronale. Dans un premier temps, nous avons décrit et caractérisé la structure et les propriétés de matrices de collagène fibrillaire d'épaisseur calibrée. Ensuite, nous avons mis au point la fonctionnalisation de ces matrices avec des facteurs de croissance neurotrophiques (NGF et BDNF). Deux techniques ont été étudiées : l'imprégnation/libération et le couplage covalent. Ces matrices fonctionnalisées ont été validées comme support pour la différenciation de cellules nerveuses (PC-12 et SH-SY5Y) par des études de la morphologie cellulaire. Enfin, nous avons caractérisé des agrégats amyloïdes (Aβ) formés à l'intérieur des matrices de collagène par co-précipitation du peptide Aβ avec le collagène et nous avons étudié leur toxicité sur les cellules neurales
The objective of this work was to develop a 3D compartmented cell culture set-up that allow the differentiation of nerve cells and the growth of neurites in the matrix depth. Biomimetic materials enable the formation of controlled microenvironments that orient cell behavior. They are particularly interesting for fundamental studies that aim to study signaling pathways involved in physiologic or pathologic processes. We focused on Alzheimer's disease, in which dystrophic neurites are associated to amyloid plaques. No direct relationship has yet been established between Aβ aggregates-neurite interaction, neurite dystrophy and cell death. First, we described and characterized the structure and properties of fibrillar collagen matrices with adapted thickness. Then, we adjusted functionalization of these matrices with neurotrophic growth factors (NGF and BDNF). Two methods were studied: impregnation/release and covalent coupling. Cell morphology studies confirmed that these functionalized matrices were efficient supports for nerve cells differentiation (PC-12 and SH-SY5Y). Finally, we have characterized Aβ aggregates that were formed inside collagen matrices by coprecipitation of amyloid peptide and collagen and we studied their toxicity on neural cells

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Lande, Aurélien de la. "Modélisation multiéchelle de monooxygénases à centres cuivreux non couplés : de l'activation du dioxygène au transfert électronique à longue distance." Paris 6, 2007. http://www.theses.fr/2007PA066230.

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Abstract:

Les monooxygénases à centres cuivreux non couplés catalysent l’hydroxylation stéréospécifique de substrats par insertion d’un atome d’oxygène dans une liaison C — H. Elles contiennent deux centres cuivreux, CuM et CuH séparés, d'une distance de 11 Å par une poche de solvant, lesquels fournissent chacun un électron durant le cycle catalytique qui voit la réduction complète d'une molécule de dioxygène. Malgré de nombreux efforts expérimentaux et théoriques, la description au niveau moléculaire du mécanisme réactionnel reste lacunaire. Dans ce travail nous employons diverses approches de chimie théorique pour modéliser les étapes successives du mécanisme de ces enzymes en nous appuyant principalement sur les données expérimentales issues d'études biomimétiques. Grâce à l'utilisation de méthodes ab initio multiréférences adaptées, nous montrons que l'activation du dioxygène sur le centre cuivreux CuM est obtenue par une coordination de type 2 side-on dans un état de spin singulet. Cet adduit permet ensuite de transférer l'atome d'hydrogène de la liaison C — H du substrat sous forme d'hydrure. A l'issue de cette deuxième étape, il est suggéré que l'apport du second électron à partir du centre CuH permet de compléter le cycle catalytique et de former le substrat hydroxylé attendu. Une étude de Dynamique Moléculaire couplée au calcul des paramètres de la théorie de Marcus montre enfin que ce transfert électronique à longue distance est envisageable via une molécule d’eau dont la position pontante stabilisée par le résidu Gln170 assure la connection entre les deux centres actifs

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Turcaud, Sébastien. "Motifs de changement de forme contrôlés par des architectures de gonflement." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAI005/document.

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Abstract:

La nature fournit une source d'inspiration intarissable pour les ingénieurs, soit en exhibant de nouvelles solutions à des problèmes d'ingénierie existants ou en les mettant au défi de développer des systèmes possédant de nouvelles fonctionnalités. Les progrès récents dans la caractérisation et la modélisation des systèmes naturels révèlent de nouveaux principes de conception, qui peuvent être de plus en plus imité par les ingénieurs grâce aux progrès dans la production et la modélisation de matériaux synthétiques. Dans cette thèse, nous sommes inspirés par des actuateurs biologiques (par exemple la pomme de pin) qui changent de forme en présence d'un stimulus externe variable en raison de leur architecture matérielle. Notre objectif est d'explorer l'espace de conception du morphing d'objets solides contrôlées par une distribution imposée des déformations inélastiques (eigenstrain). Nous nous concentrons sur des objets allongés ou minces pour lesquels une dimension est soit prédominante ou négligeable devant les deux autres (tiges et feuilles) et nous nous limitons au cadre de l'élasticité linéaire. Les motifs de changement de forme correspondent généralement à de grandes transformations, ce qui requiert de considérer une dépendance non-linéaire entre les déformations et les déplacements. L'utilisation de méthodes numériques permet de prédire ces motifs de morphing. Nous avons examiné la relaxation de ressorts, la minimisation d'énergie et les éléments finis. Ces motifs ont également été illustrés à l'aide des méthodes expérimentales telles que la pré-déformation, la dilatation thermique et le gonflement. Dans le contexte des tiges, deux morphers fondamentaux sont étudiés qui démontre la flexion et la torsion: flexeurs et torseurs. L'architecture d'eigenstrain standard du bilame à symétrie miroir peut être lissée afin de réduire la contrainte interfaciale d'un flexeur et modifiée afin de produire des flexeurs à gradient longitudinal ou hélicoïdaux. En assemblant des flexeurs en forme de nid d'abeille, la déflection relativement petite est amplifiée géométriquement et produit de relativement grands déplacements. Des simulations aux éléments finis démontre que l'architecture d'eigenstrain à symétrie de révolution proposée pour les torseurs induit une instabilité extension-torsion, laquelle est analysée en utilisant une approche énergétique. De même que pour les flexeurs, la torsion peut être variée longitudinalement en introduisant un gradient de propriétés le long du torseur. En combinant flexeurs et torseurs, une configuration arbitraire d'une tige peut être obtenue. Dans le contexte de feuilles, nous nous concentrons sur le morphing contrôlé par la diffusion, où l'eigenstrain est appliquée progressivement au lieu de instantanément, motivé par des résultats expérimentaux sur de bi-couches en polymères qui gonflent différemment en fonction de la température. Cela démontre l'enroulement selon le long côté de formes rectangulaires (au lieu de roulement côté court des flexeurs) et révèle un processus de morphing complexe en plusieurs étapes dans le cas de formes étoilés, où les bords rides et s'enroulent et l'étoile initialement plate prend un configuration trois-dimensionnelle (par exemple pyramidale). Grâce aux progrès récents dans la conception de nouveaux matériaux, les morphers présentés dans cette thèse peuvent être utilisés dans une pluralité de domaines, y compris la conception de structures macroscopiques en Architecture
Nature provides an unlimited source of inspiration for engineers, either by exhibiting new solutions to existing problems or by challenging them to develop systems displaying new functionalities. Recent advances in the characterization and modeling of natural systems reveal new design principles, which can be increasingly mimicked by engineers thanks to the progress in the production and modeling of man-made materials. In this thesis, we are inspired by biological actuators (for example the pine cone) which change their shape under an external fluctuating stimulus as a result of their material architecture. Our goal is to explore the design space of the morphing of solid objects controlled by an imposed distribution of inelastic strain (eigenstrain). We focus on elongated and thin objects where one dimension is either much bigger or much smaller than the other two (rods and sheets) and restrict ourselves to the framework of linear elasticity. Patterns of shape change are usually induced by large transformations, which requires considering a nonlinear dependency between strain and displacements. This requires the use of numerical methods in order to predict the morphing patterns. We looked at relaxation of springs, energy minimization and finite-elements. These patterns were also illustrated using experimental methods such as pre-straining, thermal expansion and swelling. In the context of rod-like objects, two fundamental morphers are studied displaying bending and twisting respectively: benders and twisters. The standard mirror-symmetric bilayer eigenstrain architecture of benders can be smoothened in order to lower interfacial stress and modified in order to produce longitudinally graded or helical benders. By stacking benders in a honey-comb like manner, the relatively small mid-deflection of benders is geometrically amplified and produces relatively large displacements. According to finite-element simulations, the proposed rotationally-symmetric eigenstrain architecture of twisters displays a stretching-twisting instability, which is analyzed using energetical arguments. Similarly to benders, twisting can be varied along the longitudinal direction by grading the material properties along the twister. By combining benders and twisters, an arbitrary configuration of a rod can be obtained. In the context of sheets, we focus on diffusion-driven morphing, where the eigenstrain is applied progressively instead of instantaneously as motivated by experiments on thermo-responsive polymer bilayers. This leads to long-side rolling of rectangular shapes (instead of the standard short-side rolling of benders) and reveals a complex multi-step morphing process in the case of star shapes, where the edges wrinkle and bend and the initially flat star eventually folds into a three-dimensional structure (for example a pyramid). With the progress in designing new materials, the morphers presented in this thesis could be used in different fields, including the design of macroscopic structures for Architecture

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Cognet, Vincent. "Optimisation des éoliennes à axe horizontal par l'utilisation de pales flexibles." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2017. http://www.theses.fr/2017USPCC218/document.

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Abstract:

L’éolien est un secteur industriel en pleine expansion, qui joue un rôle fondamental dans le développement des énergies renouvelables. Cependant ces machines sont performantes sur une plage de fonctionnement étroite. Afin d’adapter l’éolienne aux changements de vent, une solution actuellement mise en place sur certaines éoliennes commerciales consiste à faire varier l’angle de calage (ie l’inclinaison) des pales au cours de son fonctionnement. Cette méthode de contrôle actif élargit la plage de hauts rendements ainsi que la plage de fonctionnement global, et améliore le démarrage de l’éolienne, mais elle n’augmente pas le rendement maximal atteint par une éolienne à angle de calage optimal fixé. Cependant la complexité́ de cette méthode ainsi que ses coûts de conception, de construction et de maintenance la rende inaccessible pour beaucoup d’éoliennes, en particulier celles de petite taille. Récemment des recherches se sont orientées vers un contrôle passif de l’angle de calage. Dans cette thèse nous examinons expérimentalement et théoriquement l’intérêt d’utiliser des pales flexibles suivant la corde sur une éolienne à axe horizontal. L’étude se concentre sur deux questions : - comprendre le mécanisme de reconfiguration de la pale flexible bio-inspirée : la déformation de la pale est due à la compétition entre les forces aérodynamiques, qui augmentent l’angle de calage moyen, et la force centrifuge qui le diminue. Ces effets sont gouvernés par deux nombres adimensionnés, respectivement le nombre de Cauchy et le nombre centrifuge. - qualifier et quantifier le gain en performances de l’éolienne : une flexibilité́ de pale modérée élargit la plage de fonctionnement, et augmente significativement le rendement de l’éolienne, expérimentalement jusqu’à 35% sur la plage de hauts rendements. Une procédure d’optimisation visant à déterminer le matériau optimal de la pale flexible est présentée. Ces gains obtenus en régime stationnaire sont conservés expérimentalement en moyenne en régime instationnaire. Deux temps caractéristiques sont identifiés : le temps de reconfiguration de la pale flexible et le temps de variation de la fréquence de rotation de l’éolienne
Wind energy is a rapidly growing branch of industry, playing a significant role in the development of renewable energies. However these machines are efficient only on a narrow working range. In order to adapt wind turbines to wind changes, some commercial machines are pitch controlled during rotation. This active control method extends the high-efficiency range and the total working range, and improves the starting phase, but it does not increase the maximum efficiency reached by a wind turbine with the fixed optimal pitch angle. However this method is complex and costly (design, construction, maintenance). Thus it becomes cost-effective only for large wind turbines. Research recently focused on passive pitch control. In this thesis, the contribution of chord wise flexible blades is studied both experimentally and theoretically. The thesis concentrates on: - the reconfiguration mechanism of the bio-inspired flexible blade : the deformation is the result of the competition between aerodynamic forces, which increase the pitch angle, and the centrifugal force, which reduces it. These two effects are governed by two dimensionless numbers, respectively the Cauchy number and the centrifugal number. - how to qualify and quantify the efficiency gains : a moderate flexibility extends the working range, and significantly increases wind turbine efficiency, up to 35% on the high-efficiency working range. An optimization procedure is presented, which aims at determining the optimal material to construct the blade. These improvements measured in steady regime are maintained on average when rotational speed is unsteady. Two characteristic times are identified: the reconfiguration time of the flexible blade and the time of variation of the rotational speed of the wind turbine

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Hall, Nikita. "Synthèse, caractérisation et étude de la réactivité de complexes métalliques bio-inspirés à liaison Métal-Thiol." Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENV073/document.

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Abstract:

Cette thèse présente la synthèse et la caractérisation de complexes moléculaires bio-inspirés àliaison métal-thiol avec l'objectif de modéliser le site actif de certaines métalloenzymes. Enparticulier, notre but était d'améliorer notre compréhension sur le rôle que joue cette liaisonmétal-thiol dans les métalloenzymes, notamment au niveau de ses propriétés structurales etélectroniques ainsi que sur la réactivité des sites actifs associés. Le thiol lié à un métal peut êtresujet à deux types de réaction dans métalloenzymes : les réaction de S- alkylation ou de Soxygénation.Il a été montré que la réactivité de ces ligands thiols dépend fortement de la naturede l'ion métallique. Dans ce contexte, différents complexes thiolate Mn+ ont été synthétisés (VIII,VIV, VV, NiII, NiIII, CoII et CoIII), soit avec un ligand LN2S2 tétradentate ou LNS2 tridentate. Ces deuxligands sont constitués d'un ou deux azote(s) aromatique(s) (bipyridine ou pyridine) et de deuxthiols aliphatiques encombrants.Nous avons montré que le CoII ion représente un substitut structural satisfaisant pour lesmétalloenzymes contenant du zinc. Cependant, il n'est pas approprié comme substitutfonctionnel dans le cas particulier de la réaction de S- alkylation. En outre, nous avons pumodéliser l'étape d'activation de nitrile hydratase à cobalt, avec l'incorporation de trois atomesd'oxygène sur un complexe bis-thiolate de CoIII présentant la même dissymétrie que dansl’enzyme lors de la réaction de S- oxygénation. En revanche, avec le vanadium et le nickel, desespèces métal-peroxo ont pu être générées sans réaction intramoléculaire de S- oxygénation.Nos travaux ont ainsi conduit à l’obtention des premiers exemples de complexes peroxos dunickel et du vanadium possédant des liaisons métal-thiol.Nous avons également tenté de modéliser des réactions réalisées par des métalloenzymes dontle site actif est riche en soufre, dont l'activation et la réduction du diazote en ammoniac, réactionréalisée par les nitrogénases. Pour modéliser ces enzymes, un complexe thiolate du VIII a étésynthétisé et sa réactivité étudiée. Nos résultats préliminaires suggèrent que l’espèce réduite deVII correspondante est capable d'activer et de réduire l’hydrazine en ammoniac, réactioncorrespondant à la dernière étape de la réduction du diazote
This thesis presents the synthesis and characterisation of bio-inspired molecular complexescontaining metal alkyl thiolate bonds with the goal of modelling metalloenzymes. In particular,we have attempted to improve our knowledge on the role that the bound alkyl thiolate plays inmetalloenzymes, including, structural features, electronic properties and also reactivity of theassociated active sites. The bound alkyl thiolate undergoes two main reactions inmetalloenzymes; S-alkylation and S-oxygenation. From the isolation and characterisation of thecorresponding active sites, it can be seen that the reactivity of the bound alkyl thiolate dependsgreatly on the metallic ion. In this context, different Mn+-thiolate complexes have beensynthesized (VIII, VIV, VV, NiII, NiIII, CoII and CoIII), with either a tetradentate LN2S2 or a tridentateLNS2 ligand. Both ligands consist of aromatic nitrogen (bipyridine or pyridine) donor atom(s)and also two bulky S-thiolate donor atoms.We have shown that the CoII ion is a suitable structural substitute for Zn-containingmetalloenzymes, however, it is inappropriate as a functional substitute in the particular case ofS-alkylation. Furthermore, we have been able to structurally model the activation step of cobaltnitrile hydratase, with the incorporation of three oxygen atoms on a CoIII bis alkyl thiolatecomplex evidencing dissymmetrical S-oxygenation. In contrast, using vanadium and nickel,metal-peroxo species have been generated, without intramolecular S-oxygenation. This researchhas led to some of the first examples of active oxygen nickel and vanadium complexes usingalkyl thiolate ligands.We have also attempted to model very difficult reactions carried out by sulfur richmetalloenzymes, especially the activation and reduction of dinitrogen realised by nitrogenases.To model this enzyme, a VIII alkyl thiolate complex has been synthesised and its reactivityinvestigated. Preliminary results suggest that the reduced VII species has the ability to activateand reduce hydrazine into ammonia, which is proposed to be the final stage of dinitrogenreduction

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Rollin-Martinet, Sabrina. "Développement de nouvelles biocéramiques par consolidation à basse température d'apatites nanocristallines biomimétiques." Phd thesis, Université de Limoges, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00768461.

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Abstract:

Des apatites nanocristallines biomimétiques (ANB), de formule Ca10-x-Z(PO4)6-x(HPO4)x(OH)2-x-2Z, (H2O)n, ont été synthétisées par précipitation en milieu aqueux puis consolidées par frittage flash (Spark Plasma Sintering, SPS). Elles sont composées de nanocristaux munis d'un coeur apatitique entouré d'une couche phosphocalcique hydratée de surface contenant des ions phosphate, hydrogénophosphate et calcium "non-apatitiques" mobiles et facilement échangeables, qui leur confère une forte réactivité. La composition chimique, la structure et la morphologie des nanocristaux synthétisés évoluent avec le vieillissement en solution et ils tendent vers une plus grande stabilité thermodynamique. Bien que la teneur en espèces chimiques non-apatitiques diminue dans la couche hydratée, leur présence reste importante même après une longue maturation. Le procédé de frittage par SPS à basse température (150°C) de ces ANB a permis d'élaborer des céramiques poreuses fortement cohésives. Le phénomène de frittage ainsi observé suggère une consolidation de type "fusion cristalline" qui met à contribution la forte réactivité de surface des nanocristaux via leur couche hydratée de surface. Le module d'élasticité (12 à 35 GPa) et la résistance à la rupture en flexion (environ 10 MPa) de ces céramiques sont voisins de ceux du minéral osseux. De plus, la taille nanométrique des cristaux, bénéfique à la biorésorption après implantation en site osseux, et la présence d'espèces ioniques nonapatitiques mobiles favorable à la bioactivité sont préservées après SPS. Ces propriétés offrent aux céramiques d'ANB un potentiel particulièrement intéressant pour des applications en ingénierie tissulaire osseuse.

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Alcover, Charlotte. "Réseaux moléculaires et Chimie des Substances Naturelles : de l’isolement de composés inédits à de toutes nouvelles applications en synthèse biomimétique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS569.

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Abstract:

La découverte de nouvelles entités naturelles est un processus particulièrement long et coûteux ; il faut donc réussir le plus tôt possible à détecter les composés connus dans les matrices étudiées, afin de ne pas les ré-isoler inutilement. C’est tout l’enjeu de l’annotation (c’est-à-dire l’identification partielle mais rapide de composés) et de la déréplication (autrement dit, l’application de l’annotation en vue d’écarter les molécules déjà connues du processus d’isolement).Grâce à sa sensibilité inégalée et à l’avènement de l’ère du « big data », la chromatographie liquide à haute performance couplée à la spectrométrie de masse tandem (CLHP-SM/SM) s’est imposée comme l’un des outils de référence dans cette démarche. En effet, son utilisation implique bien souvent le recours à des méthodes de traitement informatiques, comme le « molecular networking », de par la quantité considérable de données générées.La thèse se présente donc en deux parties : la première, portée sur l'extraction de nouveaux composés à partir d'une plante de la famille des Apocynaceae déjà très étudiée, Picralima nitida. La seconde propose une application des réseaux moléculaires à de la chimie biomimétique en mélanges, autour des alcaloïdes de type « 3-alkylpipéridines »
The discovery of new natural products is a very long and expensive process ; it is therefore important to detect previously known compounds in the studied matrices, to avoid an useless second isolation. This is the aim of annotation (partial but quick identification of compounds) and of dereplication (application of annotation to avoid reisolation).Thanks to its unequaled sensibility and to the "big data" era, the high performance liquid chromatography hyphenated to tandem mass spectrometry has become a reference technique in this field. Indeed, its use is generally implemented by informatic tools, as "molecular networking", because of the large amount of generated data.This thesis is divided into two parts : the first one deals with extraction of new compounds from a very well-known Apocynaceae plant, Picralima nitida. The second one is about the application of "molecular networking" to biomimetic chemistry in mixtures, especially about "3-alkylpiperidines" alkaloids

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Hadrich, Ahdi. "Nouveaux hydrogels à base de polysaccharide obtenus par voie biomimétique ou par photoréticulation." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR017/document.

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Abstract:

Dans un contexte de démarche écoresponsable et pour répondre aux exigences de biocompatibilité notamment dans les applications cosmétiques et biomédicales, nous avons développé de nouveaux hydrogels à base de polysaccharides neutres et anioniques en utilisant deux voies originales. La 1ère approche est biomimétique et a consisté à mimer un phénomène d’élaboration naturelle d’hydrogels que l’on retrouve chez certains végétaux pour lesquels une enzyme, la laccase, permet de créer des liens de réticulation par dimérisation des composés phénoliques (en l’occurrence de l’acide férulique FA) présents sur les arabinoxylanes des mucilages des graines de céréales par exemple. Notre travail a ainsi consisté à greffer de l’acide férulique via deux chimies différentes de type imidazole et carbodiimide respectivement pour des polysaccharides neutres ou anioniques. Nous avons ainsi fonctionnalisé trois polysaccharides : le pullulane ou PUL (neutre modèle), le carboxyméthylpullulane ou CMP (anionique modèle) et l’acide hyaluronique ou HA (anionique d’intérêt). Des taux de greffage compris entre 2 et 25% ont été obtenus. L’étude physicochimique en régimes dilué et semi-dilué a permis de mettre en évidence un comportement associatif lié au caractère amphiphile des polysaccharides fonctionnalisés. La réticulation en présence de laccase, suivie in situ en rhéologie, a été réalisée avec succès sur les différents systèmes envisagés avec des contrôles possibles de la cinétique, des propriétés mécaniques finales ou encore du gonflement des hydrogels en fonction du caractère neutre ou chargé des polysaccharides, du degré de substitution en acide férulique, de la concentration en polymère ou de l’activité enzymatique fixée. Les dérivés synthétisés ont globalement démontré des activités biologiques (antioxydante et cytocompatible) intéressantes. La deuxième approche repose sur la photoréticulation possible de polysaccharides (PUL, CMP et HA) fonctionnalisés par le greffage d’amine/acide gras mono ou polyinsaturé (oleylamine, acide oléique et linoléique) via la chimie des imidazoles. Si le pullulane modifié par l’acide linoléique à 2% s’est avéré non hydrosoluble en raison de son caractère neutre, tous les autres dérivés avec des taux de greffages de 3 et 10% ont démontré une bonne solubilité dans l’eau. Les études physicochimiques mettent en évidence un très fort caractère associatif de ces dérivés amphiphiles avec la formation de gels physiques en régime semi-dilué. La photoréticulation a été démontrée en rhéologie sous irradiation UV in situ en présence d’un photoamorceur de type Darocur 1173®. Les résultats préliminaires obtenus selon cette approche en photoréticulation ouvrent ainsi des perspectives intéressantes
In the framework of an eco-responsible context and to take advantage of biocompatibility, notably in cosmetic and biomedical applications, we have developed new hydrogels based on neutral and anionic polysaccharides using two original routes. The first approach is biomimetic and consists of mimicking a natural development of hydrogels that is found in certain plants for which an enzyme, laccase, allows to create crosslinks by dimerization of phenolic compounds, in occurrence of ferulic acid (FA) present on arabinoxylans mucilage of cereal seeds for example. Thus, our work consisted in grafting ferulic acid via two different chemical ways that means imidazole and carbodiimide respectively for neutral or anionic polysaccharides. We functionalized three polysaccharides: pullulan or PUL (neutral model), carboxymethylpullulane or CMP (model anionic) and hyaluronic acid or HA (anionic of interest) with grafting rates of between 2 and 25%. The physicochemical study in diluted and semi-diluted regimes evidenced an associative behavior due to the amphiphilic character of the functionalized polysaccharides. The crosslinking in the presence of laccase, followed in situ thanks to rheology, has been successfully performed on the various envisaged systems with possible controls of kinetics, the final mechanical properties or the swelling of the hydrogels as a function of the neutral or charged nature of the polysaccharides, the degree of substitution in FA, the polymer concentration or the enzymatic activity. The synthesized derivatives have generally demonstrated interesting biological activities (antioxidant and cytocompatibility). The second approach is based on the possible photocrosslinking of polysaccharides (PUL, CMP and HA) functionalized by the grafting of mono or polyunsaturated fatty amine/acid (oleylamine, oleic acid and linoleic acid) via imidazole chemistry. If pullulan grafted with 2% of linoleic acid was found to be water-insoluble due to its neutral character, all other derivatives (i.e. anionic ones) with grafting rates of 3 and 10% showed good solubility in water. The physicochemical studies show a very strong associative character of these amphiphilic derivatives with the formation of physical gels in semi-diluted regime. Photocrosslinking has been demonstrated in situ thanks to rheology/UV irradiation in the presence of a Darocur 1173® photoinitiator. The preliminary results according to this photocrosslinking approach thus open interesting perspectives

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Bami, Chatenet Yann. "Modélisation analytique du mouillage sur des topographies multi-échelles complexes pour le design biomimétique de surfaces superhydrophobes." Electronic Thesis or Diss., Ecully, Ecole centrale de Lyon, 2024. http://www.theses.fr/2024ECDL0053.

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Abstract:

Une goutte d’eau roule sur une feuille de lotus sacré mais elle adhère à un pétale de rose. Ces deux surfaces présentent, aux échelles micrométrique et nanométrique, une morphologie complexe. Quel est alors le lien entre leur mouillabilité et leur morphologie multi-échelles ? L’objectif de cette thèse est de mener une approche biomimétique pour la conception de surfaces superhydrophobes tout en comprenant les stratégies mises en œuvre par le vivant. Dans une première partie, nous caractérisons des surfaces végétales dont le régime de mouillage est observé directement par microscopie confocale à balayage laser. Nous démontrons que le lotus sacré produit un mouillage en régime mixte métastable caractérisable par une profondeur d’ancrage non nulle des lignes triples à l’équilibre. De plus, nous observons un régime hiérarchique de Wenzel-Wenzel sur le pétale de rose, à rebours des hypothèses de la littérature. De ces observations, nous tirons des questionnements clés que nous confrontons aux modèles actuels de la littérature. Dans une seconde partie, nous adaptons deux approches des phénomènes capillaires à l’étude du piégeage d’air sur une topographie multi-échelles et introduisons la paramétrisation nécessaire à l’étude des régimes de mouillage mixte et de leur robustesse. Nous prédisons la profondeur d’ancrage à l’équilibre sur le lotus sacré en mettant en lumière le rôle de sa topographie nanométrique. Enfin, nous décrivons les mécanismes gouvernant les mouvements à l’avancée et à la reculée et leurs propagations par récurrence à travers les échelles topographiques constituant une surface en introduisant la notion de mouvement précurseur. Nous démontrons l’effet de la profondeur d’ancrage à l’équilibre sur l’hystérèse d’angle de contact et le rôle des sous-échelles topographiques sur la robustesse du régime de piégeage d’air. À travers l’étude expérimentale de surfaces fabriquées par photolithographie, nous confrontons ce modèle à la réalité. Enfin, dans une troisième partie, nous transposons les conclusions issues de ce modèle en un cahier des charges pour la conception de surfaces superhydrophobes robustes, déclinons la stratégie mise en œuvre par la feuille du lotus sacré et proposons deux voies de fabrication de surfaces déperlantes, par recristallisation de cire naturelle et polymérisation deux-photons
A drop of water rolls on the sacred lotus leaf but stay fiercely anchored onto a rose petal. Both surfaces display a complex morphology at the micrometric and nanometric scales. Therefore, one could ask: how are their wettability and their morphology related? The purpose of this dissertation is to carry out a biomimetic approach in order to conceive superhydrophobic surfaces and to better understand nature’s strategies. In a first part, vegetal surfaces have been characterized by directly observing the wetting state they produce with the help of confocal microscopy. We demonstrate the fact that the sacred lotus produces a metastable mixed-state wetting that is characterized by a finite equilibrium anchorage depth of triple lines. On the other hand, a Wenzel-Wenzel hierarchical wetting state is observed on the rose petal, in spite of what literature suggests. From these experiments, key questions have been highlighted and confronted to the current models available within the literature. In a second part, two approaches to capillary phenomena have been adapted to the study of a composite wetting state produced by a multiscale topography. We introduce a complete parameterization allowing us to tackle the problem of the mixed-state wetting and its stability, to predict the value of the equilibrium anchorage depth on the sacred lotus leaf and to identify the contribution of its nanoscale topography to its wetting. Then, we thoroughly describe the mechanisms underlying the advancing and receding motions of triple lines and their recursive propagation across every topographical scale constituting a surface by introducing the notion of precursor motion. We highlight the effect of the equilibrium anchorage depth on the contact angle hysteresis and the role played by topographical subscales on the robustness of the composite wetting state. Through the experimental study of model surfaces manufactured by photolithography, we compare our predictions to reality. Eventually, in a third part, the conclusions drawn from our model are transposed into technical specifications for the conception of robust superhydrophobic surfaces, the strategy of the sacred lotus leaf is thoroughly described and two promising manufacturing processes are proposed through the recrystallization of natural wax and two-photon polymerization

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Dissertations / Theses on the topic 'Biomimétisme'

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