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.

The interfacial region formed in a polymer matrix around nanoparticles (NPs) controls many macroscopic properties of polymer nanocomposites (PNCs). However, understanding the factors controlling the structure and properties of the interfacial region remains a challenge. We demonstrated that the initial trapping of polymer chains at surfaces of NPs in solution strongly affects the macroscopic properties of PNCs. The most surprising result is that the differences in properties of PNCs persist even after an extremely long thermal annealing time. We ascribe the observed changes to the formation of an interfacial layer that is trapped in a deep metastable state already in solution. Furthermore, the presented analysis suggests that the PNC equilibration time is defined by the chain desorption time that can be extremely long and, in some cases, even not accessible on a reasonable experimental time scale. These results highlight the importance of polymer solution concentrations on the formation of an interfacial layer and the macroscopic properties of PNCs.

The key parameter controlling the glass transition of colloidal suspensions is ϕ, the fraction of the sample volume occupied by the particles. Unfortunately, changing ϕ by varying an external parameter, e.g. temperature T as in molecular glass formers, is not possible, unless one uses thermosensitive colloidal particles, like the popular poly(Nisopropylacrylamide) (PNiPAM) microgels. These however have several drawbacks, including high deformability, osmotic deswelling and interpenetration, which complicate their use as a model system to study the colloidal glass transition. Here, we propose a new system consisting of a colloidal suspension of non-deformable spherical silica nanoparticles, in which PNiPAM hydrogel spheres of ∼ 100 − 200 µm size are suspended. These non-colloidal 'mesogels' allow for controlling the sample volume effectively available to the silica nanoparticles and hence their ϕ, thanks to the T-induced change in mesogels volume. Using optical microscopy, we first show that the mesogels retain their ability to change size with T when suspended in Ludox suspensions, similarly as in water. We then show that their size is independent of the sample thermal history, such that a well-defined, reversible relationship between T and ϕ may be established. Finally, we use space-resolved dynamic light scattering to demonstrate that, upon varying T , our system exhibits a broad range of dynamical behaviors across the glass transition and beyond, comparable with those exhibited by a series of distinct silica nanoparticle suspensions of various ϕ.

Aggregation of amyloid β peptides is known to be one of the main processes responsible for Alzheimer’s disease. The resulting dementia is believed to be due in part to the formation of potentially toxic oligomers. However, the study of such intermediates and the understanding of how they form are very challenging because they are heterogeneous and transient in nature. Unfortunately, few techniques can quantify, in real time, the proportion and the size of the different soluble species during the aggregation process. In a previous work (Deleanu et al. Anal. Chem. 2021, 93, 6523−6533), we showed the potential of Taylor dispersion analysis (TDA) in amyloid speciation during the aggregation process of Aβ (1−40) and Aβ (1−42). The current work aims at exploring in detail the aggregation of amyloid Aβ (1− 40):Aβ (1−42) peptide mixtures with different proportions of each peptide (1:0, 3:1, 1:1, 1:3, and 0:1) using TDA and atomic force microscopy (AFM). TDA allowed for monitoring the kinetics of the amyloid assembly and quantifying the transient intermediates. Complementarily, AFM allowed the formation of insoluble fibrils to be visualized. Together, the two techniques enabled us to study the influence of the peptide ratios on the kinetics and the formation of potentially toxic oligomeric species.