Jin, Dawei. / Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2010. / Includes bibliographical references (leaves 83-93). / Abstracts in English and Chinese. / ABSTRACT (IN CHINESE) --- p.ii / ABSTRACT (IN ENGLISH) --- p.iv / ACKNOWLEDGEMENTS --- p.vii / CONTENTS --- p.ix / LIST OF TABLES --- p.vxiii / LIST OF FIGURES --- p.xiv / LIST OF ABBREVIATIONS --- p.xvi / Chapter CHAPTER I --- INTRODUCTION --- p.1 / Chapter 1.1 --- Biology of C. albicans --- p.2 / Chapter 1.1.1 --- Taxonomy --- p.2 / Chapter 1.1.2 --- Basic cell biology --- p.2 / Chapter 1.1.2.1 --- Cell cycle and phenotypic switch --- p.2 / Chapter 1.1.2.2 --- Cell wall --- p.3 / Chapter 1.1.3 --- "Morphological, culture and biochemical characteristics" --- p.4 / Chapter 1.1.4 --- Genomics --- p.5 / Chapter 1.1.5 --- Pathogenecity --- p.6 / Chapter 1.2 --- Catheter-related bloodstream infections (CRBSI) caused by C. albicans --- p.7 / Chapter 1.2.1 --- Intravenous catheter type --- p.7 / Chapter 1.2.2 --- Epidemiology of CRBSI caused by C. albicans --- p.8 / Chapter 1.2.3 --- Pathogenesis of intravascular catheter-related infections --- p.9 / Chapter 1.2.4 --- Diagnosis of catheter-related infections --- p.10 / Chapter 1.2.5 --- Prevention and control --- p.11 / Chapter 1.3 --- Mechanism of C. albicans adhesion to catheters --- p.12 / Chapter 1.3.1 --- The definition of microbial adhesion --- p.12 / Chapter 1.3.2 --- Relationship between microbial adhesion and biofilm formation --- p.12 / Chapter 1.4 --- Agglutinin-like sequence (ALS) gene family of C. albicans --- p.14 / Chapter 1.4.1 --- Members of ALS gene family --- p.14 / Chapter 1.4.2 --- Chromosomal location of ALS genes --- p.14 / Chapter 1.4.3 --- ALS gene organization --- p.14 / Chapter 1.4.3.1 --- Three-domain structure of ALS genes --- p.15 / Chapter 1.4.3.2 --- Characterization of ALS genes. --- p.15 / Chapter 1.4.4 --- ALS gene allelic variation --- p.17 / Chapter 1.5 --- Experimental models for catheter adhesion study of C. albicans --- p.17 / Chapter 1.5.1 --- "Static adhesion model for C, albicans" --- p.18 / Chapter 1.5.1.1 --- Advantage of static adhesion model --- p.19 / Chapter 1.5.1.2 --- Limitation of static adhesion model --- p.19 / Chapter 1.5.2 --- Dynamic adhesion model for C. albicans --- p.19 / Chapter 1.5.2.1 --- Advantage of dynamic adhesion model --- p.20 / Chapter 1.5.2.2 --- Limitation of dynamic adhesion model --- p.20 / Chapter 1.5.3 --- Quantification methods of adherent cells --- p.21 / Chapter 1.5.4 --- ALS gene expression study in the in vitro model --- p.22 / Chapter 1.6 --- Aim of study --- p.22 / Chapter CHAPTER II --- MATERIALS & METHODS --- p.24 / Chapter 2.1 --- Strains used in this study --- p.25 / Chapter 2.2 --- Design of an in vitro dynamic adhesion model for C. albicans --- p.26 / Chapter 2.2.1 --- Flask --- p.26 / Chapter 2.2.2 --- Peristaltic pump --- p.26 / Chapter 2.2.3 --- Glass tube and vascular catheters. --- p.27 / Chapter 2.2.4 --- Sterility check of in vitro dynamic adhesion model --- p.27 / Chapter 2.3 --- Construction of C. albicans growth curve --- p.27 / Chapter 2.4 --- Measurement of C. albicans adhesion to catheters --- p.29 / Chapter 2.5 --- Detection of C. albicans ALS genes --- p.30 / Chapter 2.5.1 --- DNA extraction of C. albicans --- p.30 / Chapter 2.5.2 --- ALS primers design --- p.31 / Chapter 2.5.3 --- PCR reaction --- p.32 / Chapter 2.5.4 --- Gel electrophoresis --- p.32 / Chapter 2.5.5 --- Purification of PCR products --- p.33 / Chapter 2.6 --- Construction of E. coli plasmid containing gene --- p.34 / Chapter 2.6.1 --- Ligation using the pGEM®-T Easy Vector --- p.34 / Chapter 2.6.2 --- Preparation of E. coli DH5a electro-competent cells --- p.35 / Chapter 2.6.3 --- Clean up of DNA ligation reaction for electro-transformation --- p.36 / Chapter 2.6.4 --- Electro-transformation of E. coli DH5a electro-competent cells --- p.37 / Chapter 2.6.5 --- Blue / white screening for positive transformation of E. coli DH5a. --- p.37 / Chapter 2.6.6 --- Extraction of plasmid containing ALS1 gene --- p.39 / Chapter 2.6.7 --- Plasmid validation by PCR and gel electrophoresis --- p.39 / Chapter 2.6.8 --- Serial dilution of plasmid solutions for ALS1 standard curve construction --- p.40 / Chapter 2.7 --- C. albicans ALS1 gene expression in dynamic adhesion model --- p.41 / Chapter 2.7.1 --- Design of real-time PCR primers specific for C. albicans ALS1 --- p.41 / Chapter 2.7.2 --- Validation of primers specificity --- p.42 / Chapter 2.7.3 --- RNA extraction of C. albicans cells adhered on catheters --- p.43 / Chapter 2.7.4 --- Complementary DNA (cDNA) synthesis --- p.45 / Chapter 2.7.5 --- Quantitative real-time RT-PCR --- p.46 / Chapter 2.8 --- Statistical analyses --- p.48 / Chapter CHAPTER III --- RESULTS --- p.49 / Chapter 3.1. --- Validation of the in vitro dynamic adhesion model for C. albicans --- p.50 / Chapter 3.2. --- C. albicans growth curve construction --- p.50 / Chapter 3.3. --- Measurement of C. albicans adhesion on catheters --- p.50 / Chapter 3.4. --- Detection of C. albicans SC5314 ALS genes --- p.52 / Chapter 3.5. --- Validation of E. coli plasmid containing ALS1 gene --- p.54 / Chapter 3.6. --- C. albicans ALS 1 gene expression in dynamic adhesion model --- p.54 / Chapter 3.6.1. --- Specificity validation of ALS1 real-time primers --- p.55 / Chapter 3.6.2. --- Quantitative real-time RT-PCR --- p.55 / Chapter CHAPTER IV --- DISCUSSION --- p.57 / Chapter 4.1 --- Experimental design of the in vitro dynamic adhesion model --- p.58 / Chapter 4.1.1 --- Advantages of this in vitro dynamic adhesion model --- p.58 / Chapter 4.1.2 --- Limitation of this in vitro dynamic adhesion model --- p.58 / Chapter 4.1.3 --- Catheter arrangement inside the glass tube --- p.60 / Chapter 4.1.4 --- Reproducibility of experiments in the model --- p.62 / Chapter 4.1.5 --- Identification of potential contamination in the model --- p.63 / Chapter 4.1.6 --- Advantages of removing method for C. albicans adherent cells --- p.64 / Chapter 4.1.7 --- Limitation of removing method for C. albicans adherent cells --- p.64 / Chapter 4.1.8 --- Limitation of statistical analysis --- p.66 / Chapter 4.1.9 --- Primers design --- p.67 / Chapter 4.1.9.1 --- Primers of C. albicans ALS gene detection --- p.67 / Chapter 4.1.9.2 --- Validation of ALS 1 real-time primers specificity --- p.69 / Chapter 4.2 --- C. albicans adhesion to catheters --- p.70 / Chapter 4.2.1 --- Theoretical explanation of C. albicans adhesion to different catheters --- p.71 / Chapter 4.3 --- C. albicans ALS gene expression --- p.74 / Chapter 4.3.1 --- Functions of Als proteins --- p.75 / Chapter 4.3.1.1 --- Adhesive functions --- p.75 / Chapter 4.3.1.2 --- Other functions in C. albicans pathogenesis --- p.75 / Chapter 4.3.2 --- Analysis of ALS1 gene expression pattern in the in vitro model --- p.76 / Chapter 4.4 --- Clinical application of our study --- p.78 / Chapter 4.5 --- Future study --- p.80 / Chapter 4.6 --- Conclusion --- p.81 / REFERENCES --- p.83

Quotidiennement, des objets orbitant à proximité de la Terre (ou géocroiseurs) impactent cette dernière. Lorsque la dimension de l'objet atteint une taille critique (autour de 50m de diamètre),les conséquences au sol peuvent devenir dramatiques.De plus, ces objets ont une occurrence d'impact séculaire, donc à l'échelle d'une vie humaine. L'entrée d'un tel objet met en œuvre de nombreux phénomènes, parfois peu ou pas connus de manière précise : AéroThermoDynamique (ATD) de l'écoulement, rayonnement, ablation, fragmentation. La grande variété de conditions d'entrée étudiées nécessite de plus une étude paramétrique approfondie. Notre thèse est que la phase de rentrée et les phénomènes s’y déroulant jouent un rôle fondamental dans la prévision des risques d'impact au sol. Ainsi, nous avons quantifié ces phénomènes afin d'en établir leurs conséquences pendant la rentrée puis au sol : Nombre et tailles des fragments, empreinte au sol, vitesse(s), masse(s) et énergie cinétique finales. Des simulations ATD préliminaires ont permis de voir que l'écoulement post-choc était en équilibre thermochimique et rayonnait de façon importante. De ce fait des calculs de rayonnement au niveau de la ligne d'arrêt pour différents points de vol ont été effectués, en vu de développer une loi analytique permettant d’estimer correctement le flux radiatif pour nos conditions d’entrée. Cette étude a mis en défaut la représentativité des formules analytiques pré-existantes pour les conditions considérées ici. Du fait du flux thermique incident, un géocroiseur perd de la masse par ablation. Deux modélisations de ce phénomène ont été réalisées, afin d'en évaluer l'incidence en terme de pertes de masses et changements de forme, et donc sur la trajectoire. Nous avons également modélisé le phénomène de fragmentation, de l'initiation de la rupture du fait des contraintes mécaniques à la génération de fragments et à leur dynamique d'évolution. Cette étude a montré l'importance de ce phénomène sur la prévision d'impact, en particulier sur le nombre de fragments impactant et leur énergies cinétiques d'impact. De plus, les interactions entre fragments réduisent la dispersion au sol.Enfin des simulations de trajectoires 1D et 3D avec modélisations de l’ ablation et la fragmentation ont été effectuées sur 3 exemples d'entrée. Elles ont mis en évidence l'importance des paramètres d'entrée (vitesse et incidence en particulier) dans l'estimation de l'impact au sol, et démontré l'influence protectrice de l'atmosphère dans l'estimation des conséquences au sol, du fait en particulier du phénomène de fragmentation, et dans une moindre mesure d'ablation. / Near Earth Objects (NEOs) impact Earth everyday. When the objet reaches a critical size (>50m), ground consequences might be dramatic. Moreover, NEOs have a secular occurrence, i.e. at a human scale. A NEO entry object involves various phenomena, poorly or not known: flow AeroThermoDynamics (ATD), radiation, ablation, fragmentation. The variety ofstudied entry conditions implies also an extensive parametric study. My thesis is that the entry and the phenomena that take place in this phase has a crucial role in the prediction of impact consequences. That why I have quantified these phenomena in order to assess their consequences on the ground impact: number and sizgg of the fragments, ground print, velocity, mass and kinetic energy. ATD simulations showed the aftershock flow was in thermochemical equilibrium, and highly radiates. In order to correctly estimate the radiative flux for the entry conditions of a NEO, an analytical law has been developed. During its entry, a NEO loses mass and change its shape because of ablation.To estimate the consequence on the trajectory of the NEO, two models of this phenomenon have been elaborated. Fragmentation has been modelled, from the origin of breakup to the mechanism offragment generation and flight dynamics of these fragments. This study showed the importance of these phenomena on ground consequences prediction, especially on the number of fragments impacting, their kinetic energies, and their positions on ground. Eventually, trajectory simulations (1 D&3 D), ta ken into account these phenomena, have been conducted. They highlighted the importance ofentry speed and slope on ground consequences.These simulations also demonstrated the protective role of the atmosphere on ground consequences, especially because of the fragmentation.

L’avènement des technologies lasers femtoseconde utilisant une fibre optique comme milieu amplificateur incite les industriels à se renseigner sur cette technologie. Dans ce contexte, et dans le cadre du projet Futures et Ruptures, cette thèse se propose de caractériser une nouvelle source femtoseconde, le Tangerine d’Amplitude Systèmes. Utilisant les capacités de ce laser, et avec la collaboration d’IREPA LASER, nous feront une étude comparative avec les lasers femtoseconde déjà existant en s’appuyant sur l’état de l’art, l’optique non-linéaire et quelques simulations d’ablation. L’amélioration des procédés d’usinage pour des applications industrielles nous permettra de modifier et compléter nos connaissances dans l’usinage de différents matériaux tout en montrant les qualités de cette nouvelle technologie. Enfin, une application de miniaturisation de dispositifs électronique pour le domaine du biomédical nous permettra d’utiliser toutes les connaissances acquises et de mener à bien ce projet. / Surgical procedures are moving increasingly toward minimally invasive techniques because these techniques offer great comfort to the patient, a short recovery time and are reasonably-priced. As part of this thesis, it is proposed to study the integration of micrometer-sized sensors directly into needles for example. The PhD student will study the process of laser-matter interaction for new nano and femtosecond sources which should be optimized in order to develop a machining technique of surgical instruments in order to incorporate the sensors. The aim of the thesis is the demonstration of the feasibility of developing the technique of laser etching for the integration of sensors into millimeter-sized needles as well as tests in real conditions. Multiple lasers will be used; The Tangerine laser from ‘Amplitude Systèmes’ with the well know Ti:Sa laser. His work there will be to upgrade the laser up to its best capacity both in terms of fluence or accuracy and in terms of software and its ease of use. The ablation of the silicon from the rear of the electronic chip to the edge of the photodetector in order to carry the light and energy supply all 3D Hall effects micro-magnetors will be the main purpose of the PhD student. He will highlight differences between two femtosecond laser as thermally affected area or ablation rate and will choose which one is able to achieve our goal.

Les ablations thermiques percutanées guidées par IRM sont actuellement contrôlées en temps réel grâce à la thermométrie IRM. Cependant, aucune information directement associée aux changement de propriétés intrinsèques du tissu n’est disponible pendant la procédure. Ces travaux offrent la possibilité d’un monitorage plus complet des ablations thermiques grâce à l’Elastographie par Résonance Magnétique (ERM) combinée à la thermométrie IRM. Le système proposé est composé d’un excitateur à aiguille, d’une séquence d’encodage du mouvement synchronisée sur la respiration et d’une méthode de reconstruction en temps réel de carte d’élasticité et de température. Les changements d’élasticité et de température se produisant lors d’ablations thermiques par laser ont été mesurés in vivo en temps réel avec succès grâce à ce système. Une nouvelle méthode de traitement des données ERM sans reconstruction d’images de phase est aussi proposée afin de s'affranchir d'étapes conventionnelles fastidieuses. / MR-guided percutaneous thermal ablations are currently monitored by MR thermometry. However, no information related to intrinsic property changes of the tissue is available during the procedure. The feasibility of monitoring in vivo thermal ablations by simultaneous Magnetic Resonance Elastography (MRE) and MR-thermometry is demonstrated in this work. The interventional MRE system includes a needle MRE driver, a respiratory triggered gradient-echo sequence with motion encoding, and an online reconstruction method that provides elasticity and temperature measurements in real-time. Changes in elasticity and temperature occurring during laser thermal ablations were successfully measured in vivo thanks to this interventional MRE system. An innovative method for MRE data processing without phase image reconstruction is also proposed in order to avoid challenging steps of the conventional process.

Certaines arythmies cardiaques (comme la fibrillation atriale) peuvent être traitées par des ablations intracardiaques qui consistent à bruler les substrats endocardiaques spécifiques. Des lésions non-transmurales sont responsables des récidives d'arythmies. A ce jour, la profondeur de la lésion à l'intérieur de l'endocarde ne peut pas être déterminée avec précision durant les procédures. Ce travail exploratoire est basé sur la caractérisation de tissus biologiques (in vitro) dans la gamme des micro-ondes. Pour évaluer la profondeur de la brulure, une technique de réflexion avec une sonde coaxiale en contact avec les tissus est utilisée. Les mesures ont été réalisées sur une large gamme de fréquences (100 MHz à 6 GHz). La variation relative du coefficient de réflexion est étudiée afin de déterminer la profondeur de la brulure du tissu. Une évolution du signal est observée en fonction de la profondeur de brulure. La détermination de la profondeur de brulure du tissu dans un milieu liquide est alors possible. / Cardiac arrhythmia substrates may be treated by intracardiac ablations which consist in burning specific atrial or ventricular endocardial substrates. Created lesions which are not transmural may be responsible for arrhythmia recurrences. To date, the depth of the lesion inside the endocardium can't be assessed accurately during the procedures. Our experimental work has focused on microwave characterization of biological tissues (in vitro) to assess the burn depth. Using a reflection technique with a coaxial probe in contact with tissues, measurements were made over a wide frequency range (100 MHz to 6 GHz). The measured reflection coefficient is known to be directly related to the dielectric properties of the tissues. We therefore measured the relative variation of the reflection of the tissue. In order to determine the burn depth of the tissue, the imaginary part of the relative variation is studied as a function of the real part of the relative variation for each frequency. Thus, we observe an evolution of the signal as a function of the burn depth. The determination of the tissue burned depth in a liquid medium is possible.

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Le développement actuel de la technologie induit une constante nécessité d’obtenir des tailles de plus en plus petites pouvant descendre jusqu’à des dimensions micrométriques et sub -micrométriques. L’ablation laser, qui a le grand avantage d’un enlèvement de matière très précis, est un candidat prometteur. Dans cette thèse on démontre la faisabilité de tirer avantage des impulsions laser femtosecondes avec la matière pour la micro et nano structuration, et ceci en ayant développé une machine compacte de grande précision et flexibilité. Une approche théorique comparant les régimes d’interaction à haute et basse cadence est présentée. Des investigations de l’efficacité du temps de procédé aussi bien que l’effet de la cadence pendant l’ablation de métaux ont été effectuées. Le potentiel de l’outil multifonctionnel couplé avec un oscillateur laser femtoseconde à haute cadence est montré pour différentes applications en biotechnologie. Les résultats sur la cartographie d’une large zone aussi bien que la nano découpe de précision de tissus biologiques et de matériaux variés sont présentés. Cet outil polyvalent couvre de larges domaines de recherche de la nano découpe d’échantillons biologiques aussi bien que la nanostructuration de différents types de matériaux. C’est d’un grand intérêt pour de nombreuses applications en science des matériaux, nanobiotechnologie et nanomédecine / The current development of technology makes constant the necessity of getting smaller and smaller features sizes down to micrometer and sub micrometer scales. Laser ablation, which has the great advantage of precise material removal, is a promising candidate. In this dissertation we have demonstrated the feasibility to take advantage of the interaction of femtosecond laser pulses with matter for micro- and nano-structuration and this by having developed a compact and high accurate and flexible apparatus. An analyse of the specific physical mechanisms of laser-matter interaction in the femtosecond regime is presented. Investigations on processing time efficiency as well as the effect of the repetition rate during ablation of metals have been performed. The potential of the multifunctional tool coupled with a compact high repetition rate femtosecond oscillator is shown for different applications in biotechnology. Results on large area mapping as well as accurate nanoprocessing of biological tissue and various materials are presented. This versatile tool covers wide research fields from the nanoprocessing of biological samples as well as the nanostructuring of different type of materials. It is of great interest for many applications in material science, nanobiotechnology and nanomedicine

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The essence of this diploma thesis is the design and implementation of software for laser ablation control. The paper describes laser ablation, hardware specifications of device and application requirements. The second part provides description of design and implementation of the actual application in NI LabView.

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