Dynamic combinatorial mesophases and self-replicating systems
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Abstract EN:
My PhD work consisted in developing combinatorial dynamic systems of amphiphilic block copolymers to study their hierarchical self-organization processes in space and time. For this I combined reversible associations between hydrophobic and hydrophilic blocks, focusing on two possible kinds of control of these responsive systems: a) an external molecular control on the reversible covalent bonds between the blocks in order to favour the expression of a particular mesophase; and b) an internal supramolecular control driven by the preferential formation of a mesophase leading to spontaneous selection of its own composing blocks. During this work, I demonstrated for the first time the possibility to extend dynamic combinatorial chemistry to systems with phase micro-separation. For this, I developed a new type of dynamic molecules (Dynablocks) and I discovered some interesting behaviours from the mesophases I obtained, such as self-replication on a kinetic point of view, or selection/adaptation process within a mixture on a thermodynamic point of view. I also demonstrated that these to aspects could be coupled together in an auto-organization process. To characterize those complex mixtures, new analytical methods were developed for scattering techniques, based on linear combinations. This fundamental study opens a new field of investigation for dynamic combinatorial chemistry in relations with two important domains: a) material science and b) system chemistry – particularly minimal autonomous systems (i. E. Autopoietics systems).
Abstract FR:
Mon travail de thèse a consisté à développer des systèmes de blocs amphiphiles combinatoires dynamiques pour étudier de possibles phénomènes d’auto-organisation hiérarchique dans l’espace et dans le temps. Pour cela, j’ai combiné des associations réversibles de blocs hydrophiles et hydrophobes en étudiant deux types possibles de contrôle : a) un contrôle moléculaire externe sur les liaisons entre blocs de manière à forcer l’expression d’une mésophase particulière ; et b) un contrôle supramoléculaire interne dicté par la formation préférentielle d’une mésophase, avec sélection spontanée des blocs qui la composent. Lors de ce travail, j’ai pu démontrer pour la première fois la possibilité d’étendre la chimie combinatoire dynamique aux systèmes à micro-séparation de phase. Pour y parvenir, j’ai développé un nouveau type d’objets dynamiques (Dynablocks) et j’ai pu mettre en évidence des comportements très originaux de ces derniers qu’ils soient d’ordre cinétique (auto-réplication) ou thermodynamique (sélection au sein de mélange) ; j’ai également montré que ces deux aspects pouvaient être réunis au sein de processus d’auto-organisation. Pour caractériser les mélanges, de nouvelles méthodes de combinaisons linéaires pour l’analyse des diffusions du rayonnement ont été développées. Cette étude fondamentale constitue une nouvelle ouverture de la chimie combinatoire dynamique aux frontières avec deux domaines d’importance : a) la science des matériaux et b) la chimie des systèmes – en particulier des systèmes autonomes minimaux (i. E. Autopoiétiques).