RASSF1A is a tumor suppressor gene which loses its function due to methylation of CpG islands on its promoter region. Detection of methylation leads to early diagnosis of cancer. Zinc finger proteins are capable of detecting a specific DNA sequence and Methyl binding domain can bind to the methyl group on the CpG, using this idea mCpG SEER- Lac system makes use of a split protein, β-lactamase. Lac A attached to the ZFP and Lac B attached to the MBD protein. On binding to the DNA, the Lac A and Lac B come in close proximity with each other causing a reassembly and activation of the enzyme. In the presence of a substrate, the activated β-lactamse enzyme hydrolyzes the β-lactam bond in the substrate and shows a color change from yellow to red in the presence of a methylated cognate DNA. The study suggests that a solution based assay was not as specific in differentiating signal intensities between methylated and non-methylated DNA. It was also not sensitive in measuring dose dependent signals. Zinc finger array could successfully show relatively low signals for non-methylated DNA. The findings of the study show that MBD2 shows higher preference for mCpG than MBD1 in the mCpG SEER-Lac system and oligonucleotides with a 2 bp spacing between methylation and ZF target site shows higher signals than the 3 bp spacing. Due to it’s specificity and sensitivity, it serves as a potential diagnostic tool to detect cancer.

L'objectif principal de cette thèse a été de déterminer le rôle joué par l'architecture macromoléculaire du réseau sur les propriétés élastiques non linéaires, la résistance à la rupture et la résistance à la cavitation sous chargement hydrostatique. Nous avons synthétisé, dans des conditions contrôlées, trois réseaux élastomères dits « modèles » de Polyuréthanne (PU), à partir d'un triisocyanate et de polyether diols isomoléculaires (PPG). Une caractérisation physico-chimique fine des réactifs et des réseaux a été réalisée en utilisant des techniques telles que : RMN, FTIR et fractions solubles. Les propriétés élastiques non linéaires, viscoélastiques linéaires et la résistance à la rupture en mode I des trois réseaux modèles ont été caractérisées. Les essais de cavitation ont été effectués sur un dispositif expérimental développé pour cette étude, permettant de suivre les mécanismes de formation de cavités, à la résolution optique près, en temps réel. En menant une analyse systématique des conditions de cavitation, en fonction de la vitesse de déformation et de la température, il est apparu que, contrairement au modèle d'instabilité élastique communément utilisé, l'expansion critique de la cavité n'est pas uniquement pilotée par le module élastique; mais dépend fortement de l'énergie de rupture, GC et de l'extensibilité limite du réseau. Par ailleurs, nous avons observé l'apparition de cavités pré-critiques avant la fracture catastrophique ; ce qui met en évidence l'existence de deux critères : l'un, propre au processus de nucléation, principalement piloté par des mécanismes statistiques et activés thermiquement (distribution de défauts, temps, température, etc.) ; et l'autre, lié à la croissance de la cavité en milieu confiné contrôlé par GIC, et par le comportement aux grandes déformations. Enfin, la présence d'enchevêtrements dans l'architecture du réseau macromoléculaire s'est avérée clairement bénéfique pour stabiliser la croissance de cavités et donc pour renforcer la résistance à la cavitation.

In this work we studied protein adsorption on chemically well-controlled surfaces. The focus is put on linking physico-chemical properties of surfaces (hydrophobicity/charge) to the structural properties of the adsorbed proteins. To this end, alkyl thiols differing by their end group were used to build self-assembled monolayers on gold substrates (SAM) that serve as templates for protein adsorption or covalent grafting. SAM surfaces before and after protein adsorption were characterized with a combination of techniques. Ex situ analysis were carried out, in air with polarization-modulated infrared reflection absorption spectroscopy (PM-IRRAS), or in vacuum using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). ToF-SIMS results were analyzed statistically in principal component analysis (PCA) to reveal preferential orientations based on amino acids fragments distributions. Protein adsorption was also followed directly in situ (i.e. in the liquid phase) with quartz crystal microbalance with dissipation monitoring (QCM-D). Two model proteins - β-Lactoglobulin (βLG) and bovine serum albumin (BSA) - were first studied. They are both model globular proteins with different structural properties (βLG is hard while BSA is soft). Different orientations were proposed for both proteins on each SAM surface. A more complex case was then studied with the adsorption and grafting of a monoclonal antibody on the SAM. Again differences in orientations were determined and correlated to biorecognition measurements. In conclusion, this thesis establishes a methodology for the direct label free determination of protein orientation on surfaces.

This paper considers the statistical mechanics occupation of the edge of a single helix of DNA by simple polymers. Using Fisher's exact closed form solution for dimers on a two-dimensional lattice, a one-dimensional lattice is created mathematically that is occupied by dimers, monomers, and holes. The free energy, entropy, average occupation, and total charge on the lattice are found through the usual statistical methods. The results demonstrate the charge inversion required for a DNA helix to undergo DNA condensation.

Upregulation of nicotinic acetylcholine receptors (nAChRs) is a well-documented response to chronic nicotine exposure. Nicotinic acetylcholine receptors are pentameric ligand-gated ion channels consisting of alpha (α2-10) and beta (β2-4) subunits. Nicotine, an agonist of nAChRs, alters trafficking and assembly of some subtypes of nAChRs, leading to an increase in expression of high sensitivity receptors on the plasma membrane. These physiological changes in nAChRs are believed to contribute to nicotine addiction, although the mechanism of these processes has not been resolved. Recently, many studies have converged on the idea that nicotine induces upregulation by an intracellular mechanism. In this dissertation, expression levels of nAChRs were quantified upon exposure to nicotine and its primary metabolite, cotinine. A pH sensitive variant of GFP, super ecliptic pHluorin (SEP), was integrated with a nAChR subunit to study expression and trafficking of nAChRs by differentiating intracellular and plasma membrane inserted receptors. In this work, cotinine is shown to increase the number of α4β2 nAChRs within a cell. Cotinine also affects trafficking of α4β2, evident by a redistribution of intracellular receptors and an increase in single vesicle insertion events on the plasma membrane. This work shows both nicotine and cotinine alter the overall assembly of α4β2 to favor the high sensitivity (α4)2(β2)3 version. Since cotinine and nicotine induce similar physiological changes in nAChRs, the metabolite potentially plays a role in the mechanism of nicotine addiction. Although an intracellular mechanism for upregulation has been supported, a shift in assembly to the high sensitivity (α4)2(β2)3 version exclusively in the endoplasmic reticulum has not previously been detected. In order to study organelle specific changes in stoichiometry, a novel method was developed to isolate single nAChRs in nanovesicles derived from native cell membranes. Separation of nanovesicles originating from the endoplasmic reticulum and plasma membrane, encompassing isolated nAChRs, allows precise changes in stoichiometry to be monitored in subcellular regions. In this work, single molecule bleaching steps of green fluorescent protein (GFP) encoded in each alpha subunit of the pentamer are detected. The number of bleaching steps, or transitions to a nonfluorescent state upon continuous excitation, corresponds to the number of GFP-labeled alpha subunits present. Therefore, the stoichiometry can be deduced by detection of two bleaching steps, as in (α4)2(β2)3, or three bleaching steps, seen in (α4)3(β2)2. Using this method on isolated nAChRs, a shift to assembly of high sensitivity (α4)2(β2)3 receptors is detected definitively within the endoplasmic reticulum. In addition, an increase in (α4)2(β2)3 receptors located on the plasma membrane is shown when nicotine is present. This work provides convincing evidence that nicotine acts intracellularly, within the endoplasmic reticulum, to alter stoichiometry of nAChRs.

Nanopore sensing is a label-free method used to characterize water-soluble molecules. Recent work describes how Au25(SG)18 clusters improve the single molecule nanopore spectrometry (SMNS) technique when analyzing polyethylene glycol (PEG). This thesis will further study and optimize the enhancement effect resulting from a cluster’s presence. Additionally, a model describing the interaction between a cluster and PEG is developed to assist in understanding this mechanism of enhancement. This thesis will also discuss expanding the SMNS method to detect peptides, using Au25(SG)18 for enhancement, and adjusting solution conditions to improve the sensitivity of the SMNS system for peptide detection. Finally, a model describing the relationship between nanopore current blockades and molecular weight is developed to demonstrate the feasibility of using SMNS as a viable analytical technique for characterizing a wide variety of water-soluble molecules.

The effect of a magnetic field on copper electrodeposition was investigated. Copper was electrodeposited onto square copper cathodes 1 sq cm in area from an aqueous solution (0.5 M CuSO4, 0.5 M H2SO. A glass cell was placed between the pole pieces of an electromagnet, and the magnetic fields applied were in the range from 0 to 12.5 kG. The current density was in the range from 80 mA/sq cm to 880 mA/sq cm. In each of the experiments, cell current, cell voltage, and cell temperature were monitored with a microcomputer. The weight change, deposit surface and cross section morphology, and the hardness were also found. Anodes used in the experiments were studied to see the effect of various conditions on the surface finish. Copper was also electrodeposited onto copper grids in order to study how the uniformity of the deposit is affected by an applied magnetic field.

In this thesis, we report on our studies of the transport properties, optical response and slow dynamical nature of novel room temperature ionic liquids. Using computer simulations we have demonstrated that the diffusive dynamics of these systems is in many ways analogous to that of other glassy or supercooled liquids. These solvents show non-Gaussian rotational and translational diffusion which have a temporal extent on the order of nanoseconds at room temperature. Our study of their response upon application of an external mechanical perturbation shows that even for systems with a box length as large as 0.03 microns the viscosities computed from perturbation wavenumbers compatible with this box size have not yet reached the hydrodynamic limit. We found these systems to behave in a non-Newtonian fashion and we also observe a clear break down of linear response theory on the nano- or sub-micrometer scale. Upon photoexcitation of an organic probe with lifetime shorter than the reorganization timescale in these ionic liquids, (which is quite long on the order of several nanoseconds at least), the emission spectrum is absorption wavelength dependent.Our computer simulations rationalized this observation in terms of local solvent environment around individual subensemble probe members. Excitation of different solute molecules in the liquid gives rise to site-specic optical responses. We revealed that the origin of this excitation wavelength dependence is the existence of persistent excited-state environments that do not get solvent averaged on a time scale relevant to fluorescence. The computed time resolved fluorescence spectra show that the full loss of correlation between absorption and emission frequencies for probes in room temperature ionic liquids occur on a time scale of nanoseconds. One of the most interesting features of ionic liquids is their uncommonly large range of dynamical time scales which in turn makes some of their properties to be quite different from that of most other conventional solvents. We hope that our understanding of these phenomena will be useful in the future in the development of tools to harness their potential to control the outcome of chemical and photo-chemical reactions.

A partir de la fin du 19ème siècle, des matériaux artificiels (le celluloïd, l'acétocellulose et la galalithe) sont mis au point et employés pour la fabrication d'objets de la vie quotidienne, en même temps que des matériaux naturels (nacre, bois, corne, écaille, ivoire et os), utilisés depuis toujours. Ces matériaux artificiels sont utilisés, dans un premier temps, pour imiter les matières naturelles, puis, dans un second temps, pour proposer d'autres formes et un choix de couleurs plus large. Aujourd'hui, l'enjeu est de mettre au point des méthodologies d'analyses afin de différencier et d'identifier ces matériaux qu'ils soient naturels ou artificiels. Les objets que nous avons analysés sont des éventails et des boutons, datés entre la fin du 19ème et le début du 20ème siècle, et conservés dans les collections du musée Galliera, à Paris. Les méthodologies d'analyse doivent être totalement non-destructives. Deux techniques d'analyses répondent à ce critère : la spectroscopie Raman et la spectroscopie infrarouge-ATR (Attenuated Total Reflexion). Les compositions chimiques de ces neuf matériaux étant extrêmement diversifiées, une unique méthodologie ne peut suffire à les identifier tous. Aussi, nous avons établi plusieurs stratégies d'identification, adaptées à chaque type de matériau. Les matériaux naturels, nacre et bois, sont identifiés par comparaison de leurs spectres Raman à des spectres de référence. Les matériaux artificiels, celluloïd et acétocellulose, sont aussi identifiés en spectroscopie Raman, par référence à leurs composants principaux. L'analyse spectrale des bandes amide I des spectres infrarouge-ATR de la corne, de l'écaille et de la galalithe a permis la détermination des structures secondaires de ces matériaux, conduisant à leur différenciation. Enfin, la différenciation des ivoires et des os nécessite l'application d'une analyse chimiométrique (analyse en composantes principales) de l'ensemble de leurs spectres infrarouge-ATR. Toutes ces stratégies d'identification ont été appliquées aux éventails et boutons du musée Galliera, et le matériau de chacun d'entre eux a été soit caractérisé, soit identifié. Ces identifications ont permis, entre autre, la mise en évidence de l'introduction précoce des matériaux artificiels dans la fabrication d'accessoires de mode (éventail de 1885 identifié en celluloïd).

Les méthodes de synthèses chimiques et d'auto-assemblage sont aujourd'hui envisagées pour fabriquer des matériaux nanostructurés aux propriétés optiques contrôlées. Nous avons considéré le cas le plus simple de composites combinant un polymère non-structuré et des nanoparticules d'or sphériques, dont nous fabriquons des films d'épaisseur et de fraction volumique en or variables et étudions les propriétés optiques, par ellipsométrie spectroscopique, dans les domaines ultraviolet-visible-proche infrarouge. Pour des films tridimensionnels épais (30-200 nm) de fraction volumique en nanoparticules inférieure à 6%, les variations de l'indice optique avec la longueur d'onde sont bien décrites par une loi de mélange de Maxwell-Garnett modifiée par l'introduction de polarisabilités anisotropes rendant compte du couplage électromagnétique entre particules proches. Des d'échantillons très denses en nanoparticules ont été fabriqués (jusqu'à des fractions volumiques de 30%), et montrent, dans une bande spectrale finie, des permittivités électriques proches de zéro ou négatives. Pour des échantillons très minces (épaisseur de l'ordre de la taille des nanoparticules), nous montrons que l'indice optique complexe n'est plus un descripteur intrinsèque du système et que l'analyse ellipsométrique ne permet pas de déterminer l'épaisseur de manière non-ambigüe. On a accès en revanche à la section efficace d'extinction des particules : lorsque les particules sont déposées très près du substrat de silicium, les valeurs expérimentales sont exaltées par rapport aux valeurs théoriques, même en tenant compte d'effets de dipôles image dans le substrat. Les conclusions de ce travail ont permis d'éclaircir le lien entre les propriétés optiques mesurées et la nanostructure de films composites, et laissent entrevoir la possibilité d'élaborer par voie chimique des matériaux nanocomposites aux propriétés optiques inédites.