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Development and Characterization of Carbon Nanotubes for Sensor ApplicationsOtto, Jessica Eileen 23 March 2005 (has links)
The aim of this research was to develop, characterize, and analyze carbon nanotubes as biosensors. In particular, pH and lactate molecules were targeted in this study. The reason these analytes were chosen was twofold. Firstly, when hydrogen ions and lactate are excreted in abnormal amounts in human sweat, they may be an indicator of a separate health problem. Thus, there is a clinical need for such biosensor applications. Secondly, pH and lactate detection represent two different types of electrochemical sensing techniques.
The carbon nanotubes used in this research were single walled and existed in bundles. They were further functionalized with the carboxyl group to detect pH and the enzyme lactate oxidase (LOX) to detect lactate. All carbon nanotube samples were characterized to compare the materials with the attached biomolecules and without the presence of biomolecules. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was used to verify the attachment of both the carboxyl group COOH and LOX to the respective carbon nanotubes samples. Scanning electron microscopy (SEM) was used to analyze the carbon nanotube lactate electrode sample to examine the structure of the electrode.
Both pH and lactate biosensors were used in a standard three electrode electrochemical cell where the carbon nanotubes behaved as the working electrode with an Ag/AgCl reference electrode and a platinum wire as the counter electrode. Each sample was separately interrogated by several voltammetry techniques such as linear, cyclic, and square wave. Square wave voltammetry proved to be the best template to use to sense the target analytes. The functionalized CNT-COOH electrode displayed a linear response to pH 1-10, with a negative voltage shift corresponding to an increase in pH. Two types of lactate sensors were fabricated, both of which exhibited an increase in current corresponding to an increase in lactate concentration. The functionalized CNT-LOX on a glassy carbon electrode displayed an amperometric response in the range of 1 mM - 4 lactate. The CNT-LOX on a Si/ITO substrate displayed an amperometric response in the range of 0.01 M - 0.05 M lactate.
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Optimizing Peptide Fractionation to Maximize Content in Cancer ProteomicsIzumi, Victoria 01 November 2018 (has links)
The purpose of the studies included in this thesis is to develop an effective an efficient method to study the proteome using separation and detection of peptides, when only a limited amount of sample, 10 micrograms of total protein or less, is available. The analysis will be applied to multiple myeloma cancer cells using ultra high-performance liquid chromatography-mass spectrometry for expression proteomics to illustrate utility. To detect low abundance peptides in a complex proteome, we use different strategies, including basic pH reversed-phase liquid chromatography (bRPLC), mass-to-charge fractionation in the mass spectrometer, and various liquid chromatography gradients to increase peptide separation to improve opportunities for detection and quantification. The different methods are optimized and compared by the number of peptides detected. Step-wise elution of bRP spin columns proved to yield more than 36,000 peptides using only 10 μg of protein. Mass-to-charge (m/z) fractionation was tested in mass analyzer Q-Exactive Plus (Thermo Scientific). Liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) of an unfractionated sample was analyzed 4 times at different mass ranges, each mass range width of 150 m/z, resulting from 4 spectra combined, 31,732 peptides representing 3,967 proteins. Showingcomparable results to those form high pH reversed phase fractionation spin columns 5 fractions. Establishing a benchmark where the LC-MS/MS analysis of 600 μg of 10plex TMT-labeled peptides fractionated with bRPLC into 24 fractions yielded over 74,000 peptides from 7,700 proteins, we compared those results with analysis of 10 μg of total TMT-labeled peptides fractionated by bRP spin columns into 5 fractions, which produced 14,019 peptides from 3,538 proteins. These experiments were used to relatively quantify protein expression in naïve and drug resistant multiple myeloma cells lines as an example application in cancer research.
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Endommagement laser dans les composants optiques : métrologie, analyse statistique et photo-induite des sites initiateursKrol, Helene 12 November 2002 (has links) (PDF)
Cette thèse traite des phénomènes d'endommagement induits sous fort flux laser en régime nanoseconde, dans les composants optiques tels que les verres et les couches minces métalliques et diélectriques.Un travail est tout d'abord effectué sur la métrologie d'endommagement, afin d'obtenir des mesures précises et fiables des courbes de probabilité d'endommagement tout en contrôlant scrupuleusement les conditions de tir.Ensuite, nous montrons que les densités de sites initiateurs de l'endommagement laser sont de quelques dizaines par (100µm)3 dans le volume des verres, et de un par µm3 cube dans le cas des surfaces. Cette analyse associée à une étude morphologique nous permet de discuter de la nature de ces précurseurs et des processus mis en jeu. L'influence de la longueur d'onde (UV à IR) et de tirs répétés est également analysée.Des simulations sont menées afin d'étudier les mécanismes d'initiation d'endommagement sur ces sites. Ces travaux nous permettent d'estimer la taille des sites précurseurs en fonction de leur indice imaginaire et de discuter de leur possible détection.
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PREPARATION ET MANIPULATION DES ATOMES ET DES MOLECULES DE CESIUMSofikitis, Dimitris 11 December 2009 (has links) (PDF)
Au début de mon travail de thèse dans l'équipe Atomes et Molécules Froides du Laboratoire Aimé Cotton, l'intérêt du groupe était, d'un côté, la préparation et la manipulation des molécules de Césium créées via photoassociation, et de l'autre, à la préparation d'un échantillon de Césium à basse température et de grande densité dans un piége dipolaire. Initialement, j'ai participé aux études de realization du piége dipolaire atomique, et ensuite aux études de préparation et de manipulation des molécules. Dans la période entre Novembre 2006 jusqu'a Octobre 2008 j'ai développé une série de techniques différentes pour le chargement d'un piége dipolaire à partir d'un réservoir atomique, réalisé soit par un piége magnétique, soit par un piége du type 'Dark-SPOT', soit par C-MOT (piége magnéto-optique comprimé) et un mêlasse optique. Au commencement du mon travail, un BEC de Césium a été rapporté un seule fois [Web03], après des années des efforts de plusieurs équipes [Sod98, Boir98, Thom04]. De plus, l'intérêt sur l'atome de Césium a augmenté à cause des expériences liées à la formation de trimères de Césium et des résonances du type 'Efimof' [Lee07, Knoo08]. La stratégie sur laquelle notre approche pour le chargement du piége dipolaire était basée, est discutée dans une publication rédigée avant mon intégration au sein d'équipe Atomes et Molécules Froides du Laboratoire Aimé Cotton [Comp06]. Il s'agit d'un chargement à partir d'un réservoir obtenu par un piége magnétique. L'objectif de cette proposition était la préparation d'un échantillon ultra froid avec un dispositif expérimental beaucoup plus simple que celui de la référence [Web03]. De plus, la proposition [Comp06] prédit la préparation d'un condensat de Césium en un temps beaucoup plus court que les temps de préparation rapportée dans la référence [Web03]. L'étude de la réalisation expérimentale de cette proposition théorique a déjà commencé, dans le cadre de la thèse de G.Stern [Stern08]. J'ai continué cette étude et j'ai réalisé plusieurs études avec différents types de réservoir (Dark-SPOT, C-MOT) et aussi de un type de chargement différent qui est basé sur le refroidissement par bandes latérales (Raman-Sideband Cooling). Toutes les piéges préparés par ces méthodes, avait une densité inférieure a celle nécessaire pour la réalisation d'un processus de refroidissement évaporatif, qui est nécessaire pour la réalisation d'un condensat. Les problèmes techniques que nous avons rencontrés vers Mai 2008 (destruction de vide), nous ont conduit d'arrêter les études de refroidissement des atomes, et de s'orienter vers les études de manipulation des molécules de Césium. Pendant cette période, l'équipe avait beaucoup progressé dans manipulation des molécules de Césium, et plus spécifiquement sur la réalisation du refroidissement du degré de liberté qui correspond à la vibration des molécules. La nouvelle technique que l'équipe avait introduit et qui est rapporté à la référence [Vit08], permet le refroidissement de la vibration des molécules de Césium par un laser femtoseconde faconné, avec un processus de pompage optique [Kast66]. Mon objectif dans la thématique de la manipulation des molécules froides, était d'étudier la généralisation de cette technique. Par example le transfert de la population moléculaire dans un seul état vibrationnel pré – sélectionné a été observé. Ce résultat est discuté dans la référence [Sof09]. Une autre généralisation est la réalisation du refroidissement vibrationnel et du transfert de la population moléculaire avec une source de lumière non cohérente, résultat qui est discuté dans la référence [Sof09b]. Une autre généralisation importante est le refroidissement de la rotation moléculaire. Cette étude théorique est discutée dans les articles de l'équipe auxquels j'ai participé [Vit09, Sof09, Sof09c], et les études expérimentales préliminaires dans la référence [Fio09]. Finalement, la généralisation de la technique pour le refroidissement vibrationnel des molécules heteronucleaires est discuté dans le dernière chapitre de ma thèse. Le document de ma thèse est donc divisé en deux parties, dans chacune d'elles je discute en détails ma contribution scientifique dans l'équipe Atomes et Molécules Froides du Laboratoire Aimé Cotton.
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Recherches sur le phénomène de Zeeman dans les champs magnétiques intensesJacquinot, Pierre 28 May 1937 (has links) (PDF)
non disponible
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Guides d'onde non-linéaires GaAs/AlOx pour la génération paramétriqueRavaro, Marco 30 January 2008 (has links) (PDF)
Ce travail concerne des guides d'ondes semiconducteurs pour la génération et l'oscillation paramétrique. Dans de tels guides, la conversion de fréquence est accordée en phase grâce à un noyau multicouche biréfringent GaAs/AlOx. Cette technique d'accord de phase a déjà permis la réalisation de plusieurs interactions optiques non linéaires, telles que la génération de seconde harmonique et de différence de fréquence, ainsi que la fluorescence paramétrique. A présent, l'objectif est la réalisation d'un oscillateur paramétrique intégré semiconducteur. Notre travail dans cette direction a porté principalement sur deux points.<br />Le premier point est l'optimisation du processus de fabrication. Le principal inconvénient des guides d'ondes GaAs/AlOx sont les larges pertes par diffusion provoquées par la rugosité des couches oxydées. De telles pertes ont pénalisé l'efficacité de dispositifs nonlinéaires intégrés déjà démontrés et empêché jusqu'à présent l'accomplissement de l'oscillation paramétrique. Dans le but d'améliorer la transmission des guides, un nouveau schéma de fabrication et d'oxydation a été introduit, et les résultats obtenus ont été systématiquement vérifiés par des mesures des pertes. Celles-ci ont été réduites, de manière reproductible, à 0.4 cm-1.<br />Le deuxième point est la caractérisation nonlinéaire des guides. Nous avons démontré la fluorescence paramétrique avec une accordabilité entre 1.7 et 2.7 micron et une efficacité de conversion comparable à celle des meilleurs guides en niobate de lithium. En plus de cela, nous avons exploité les interactions de génération de seconde harmonique et d'amplification paramétrique pour étudier précisément le gain paramétrique dans nos guides. A la dégénérescence nous avons mesuré un coefficient de gain paramétrique ≈ 4 cm-1 W-1/2 et démontré une amplification paramétrique G = Ps(L)/Ps(0) - 1 ≈ 4.5%.<br />Ces résultats sont très encourageants pour la réalisation d'un oscillateur paramétrique intégré. Sur la base de nos valeurs de pertes et de gain paramétrique nous estimons que la réflectivité des facettes requise pour atteindre le seuil d'oscillation, dans une configuration doublement résonante, est inférieure à 90%. Un premier essai de fabrication de miroirs intégrés a été effectué et le travail dans cette direction se poursuit actuellement au sein du laboratoire MPQ.
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Etude des phénomènes d'endommagement laser dans les composants optiquesNatoli, Jean-Yves 28 November 2003 (has links) (PDF)
Ce travail traite principalement de la compréhension des phénomènes d'endommagement laser dans les composants pour l'optique (silice, couches minces...). Afin d'appréhender ces phénomènes, un dispositif expérimental original pour le test de tenue au flux laser de l'UV à l' IR en régime nano-seconde a été développé. Il combine l'utilisation de faisceaux focalisés et d'une métrologie fine; ces deux points permettent d'une part, de réaliser une étude de l'endommagement de manière localisée, et d'autre part, d'accéder aux paramètres de tirs et à l'image de la zone irradiée en temps réel, affinant ainsi la détection des dommages.<br />L'utilisation de ce dispositif a permis de mettre en évidence, grâce au tracé précis de courbes de probabilité d'endommagement, l'existence de sites précurseurs à l'endommagement laser. Un modèle statistique a été proposé pour permettre d'accéder aux densités de ces sites et aux différents types de défauts mis en jeux dans le processus de claquage. L'évolution de ces précurseurs sous irradiations multiples est également étudiée avec ce même modèle. Cette observation sous tirs cumulés permet d'aborder les mécanismes de conditionnement laser et également d'évaluer la durée de vie des optiques en fonction des paramètres de tirs.<br />Un deuxième volet du travail a consisté à mettre en évidence de manière non destructive le rôle des centres initiateurs de l'endommagement. Pour cela deux méthodes photothermiques ont été mises en œuvre: la diffusion induite sous flux laser ainsi que la microscopie photothermique haute résolution couplée au dispositif d'endommagement.<br />Enfin, des échantillons modèles comportant des inclusions métalliques de tailles nanométriques ont été utilisés pour simuler la présence de sites précurseurs. L'utilisation du microscope photothermique sur ces échantillons a permis pour la première fois de révéler non seulement le rôle des précurseurs artificiels, mais également l'existence d'une étape de « pré-endommagement » dans le matériau irradié. Des comparaisons entre simulation numérique et expériences permettent de proposer des hypothèses sur les mécanismes initiateurs conduisant au claquage.
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Habilitation à diriger des recherchesRenzoni, Ferruccio 03 April 2003 (has links) (PDF)
Ce mémoire d'habilitation présente mes travaux de recherche, du<br />début de ma thèse jusqu'à présent. Le manuscrit est divisé en deux parties. La première présente mes travaux de thèse et une partie des résultats obtenus pendant mon séjour post-doctoral à l'Université de Hambourg. En particulier, cette partie contient<br />les résultats de ma recherche sur le rôle des cohérences à basse<br />fréquence en spectroscopie laser.<br />Les sujets abordés ont été le piégeage cohérent de population, les résonances brillantes, la préparation et la manipulation d'états quantiques en utilisant des états noirs dépendant du temps, et l'étude des effets de cohérence à basse fréquence dans la spectroscopie de transport des boîtes quantiques couplées par effet tunnel.<br /><br />La deuxième partie de ce mémoire présente mon travail de recherche<br />sur les réseaux d'atomes froids. Le sujet principal de cette recherche a été la dynamique des atomes dans les réseaux optiques. Le mouvement diffusif des atomes, la relaxation de leur énergie cinétique, et leurs modes de propagation ont été étudiés. Les progrès faits dans la compréhension de la dynamique atomique dans les réseaux optiques ont été ensuite exploités pour expliquer l'origine de la résonance Rayleigh dans le spectre d'absorption des atomes piégés dans le réseau. De plus, nous avons utilisé les réseaux optiques comme système modèle pour des phènomènes de physique non-linéaire. Nous avons ainsi étudié la résonance stochastique dans un réseau périodique, et la diffusion dirigée dans un potentiel symétrique.
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Essais mécaniques uniaxiaux sur une cellule isolée adhérente : fibroblastes embryoniques d'animaux et cellules épitheliales humaines d'un cancer du pancréasMicoulet, Alexandre 15 December 2004 (has links) (PDF)
Bien que grandement complexes, les animaux, les tissus vivants et les cellules, la plus petite unité de vie, sont assujettis aux lois de la physique. Dans les tissus vivants, des processus de régulation permanents ou transitoires, tels que des interactions biochimiques et mécaniques entre une cellule isolée et son environnement, sont essentiel au développement et au maintient de la structure et des fonctions du tissu. Ces interactions interviennent dans des processus biologiques tel que la différentiation cellulaire et l'expression génétique. Les cellules cancéreuses et les métastases échappent au contraire à toutes régulations. Elles prolifèrent et migrent à travers les tissus, ignorant les signaux de régulation environnant. Leurs propriétés mécaniques et d'adhésion sont très différentes de celles des cellules saines. L'étude suivante présente différentes expériences qui cherchent à mimer les conditions in vivo en appliquant un stress uniaxial à une cellule isolée sous conditions physiologiques. Simultanément, la force appliquée à la cellule, sa déformation et sa forme, sont mesurées. La déformation uniaxiale est appliquée à une cellule isolée adhérant sur deux plaques de verre. De tels essais mécaniques réalisés à constante déformation ou à constante force permettent la quantification des propriétés mécaniques cellulaire et une description physique des données par le modèle de Kelvin. Des lipides bioactifs tel que la sphingosylphosphorylcholine et l'acide lysophosphatidique, modifient l'architecture du cytosquelette. Ces modifications influencent fortement les propriétés mécaniques des fibroblastes ou les cellules cancéreuses du pancréas.
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La propulsion par polymérisation d'actine sondée par micromanipulationMarcy, Yann 18 December 2003 (has links) (PDF)
Les assemblages dynamiques d'actine sont à l'origine de forces intracellulaires présentes tant dans les processus physiologiques que pathologiques comme l'invasion tumorale. Pour s'échapper du foyer primaire, les cellules néoplasiques étendent une protrusion grâce aux forces générées par polymérisation d'actine dirigée puis exercent des forces de traction via des câbles composés d'actine et de myosine. Le but de cet étude est de caractériser ces forces par micromanipulation. Dans une première partie, nous décrivons une étude préliminaire de la traction cellulaire par une expérience d'étirement uniaxial sur fibroblaste unique. Les forces générées par polymérisation d'actine font l'objet de la deuxième partie de ce travail. La bactérie Listeria monocytogenes a été largement utilisée comme modèle pour identifier les composants biochimiques de la polymérisation dirigée d'actine. Afin de mesurer directement les forces mises en jeu dans ce processus, nous avons développé une expérience de micromanipulation sur un système qui mime la propulsion de cette bactérie. Une comète croissant à partir d'une bille recouverte de protéine et fixée à un senseur de force est maintenue grâce à une micropipette. Nous appliquons à ce système des forces de traction ou de compression de plusieurs nanonewtons. Une sollicitation rapide nous permet de mesurer le module d'élasticité de la comète et la force d'adhésion entre la comète et la bille. La relation force vitesse du système est déterminée, par l'application d'une force constante, et expliquée à partir d'une analyse élastique qui permet de comprendre la robustesse d'un tel mouvement. Enfin la transition vers une instabilité dynamique de type stick-slip est mise en évidence en variant la vitesse imposée au système.
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