The shortage of human tissues and organs for allotransplantation can be overcome by xenotransplantation. As a source of organs, the miniature pig is convenient. However, the presence of pathogens transmissible to the recipients, especially porcine endogenous retrovirus (PERV), represents a threat for successfull xenotransplantation. Infectious PERVs contain three classes of envelope glycoprotein. Two classes, PERV-A and PERV-B are polytropic, they can infect human, pig and mink cells in vitro. PERV-C is evolutionary young, ecotropic isolate that can infect pig only. We previously detected a new full-lenght, but replication-defective PERV-A isolate dubbed (MAMBA) with high transcriptional activity in Large-White pig from a Czech breed. To support our results with PERV-MAMBA epigenetic regulation in pig tissues, in vitro DNA methylation essay was accomplished. Methylated or non-methylated reporter plasmids containing provirus 5' LTR were transfected into 293T cells and luciferase activity was measured. In both cases, methylated LTR decreased significantly expression of luciferase. Thus, PERV LTR-driven transcription is sensitive to DNA methylation. We also used PERV-A MAMBA provirus to study recombination between two pig endogenous retroviruses. We prepared 293T and BeWo cell clones harboring PERV-A...

Cette thèse a pour objectif ultime d'améliorer notre compréhension de la réflexion de la lumière sur des surfaces micro-courbes, en particulier lorsque les dimensions physiques des surfaces (rayons de courbure de l'ordre de 50-300 μm) sont comparables aux paramètres dimensionnels d'un faisceau optique Gaussien, typique des faisceaux issus d'une fibre optique ou d'un microlaser. A cet effet, une étude théorique et des simulations numériques ont été menées ; elles ont été confrontées à une étude expérimentale. Pour ce faire, la réalisation des micro-miroirs à concavité contrôlée n'étant pas chose aisée, un premier jalon de cette thèse a consisté à atteindre les avancées technologiques nécessaires à la réalisation de tels micro-miroirs(par procédé de gravure plasma de type DRIE) en vue de leur caractérisation expérimentale. Une motivation importante du choix de ce sujet est son potentiel applicatif à la réalisation de micro-bancs optiques sur puce silicium, de sorte à augmenter les capacités de couplage et de manipulation de lumière de façon intégrée dans un espace ultra-compact. A titre d'illustration des possibilités de la nouvelle micro-instrumentation optique que nous proposons, nous avons conçu et réalisé un microsystème de balayage spatial à grand angle (110°) d'un faisceau laser dont le spot optique ne se déforme pas tout au long de l'opération de balayage, ce qui en fait, entre autres, la pièce maîtresse de systèmes portables d'imagerie médicale par tomographie à cohérence optique / The ultimate objective of this thesis is to improve our understanding of light reflection on micro-curved surfaces, especially when the physical dimensions of the surfaces (radii of curvature in the order of 50-300 microns) are comparable to typical dimensional parameters of a Gaussian optical beam, such as those coming from an optical fiber or from a micro-laser. To this end, a theoretical study and numerical simulations were conducted; they were confronted with an experimental study. To do this, the realization of micro-mirrors controlled concavity being not easy, a first step of this thesis was to achieve the technological advances necessary for the realization of such micro-mirrors (by plasma etching method of DRIE type) for their subsequent experimental characterization. An important motivation for choosing this topic is its potential application in the production of micro-optical benches on a silicon chip, so as to increase the coupling efficiencies and capabilities of manipulation of light, in an integrated way and in an ultra compact space. As an illustration of the new micro-optical instrumentation which is attainable, we have designed and implemented a micro-device able of wide-angle (110 °) spatial scanning of a laser beam, the optical spot being not deformed during the scanning operation, which makes this device, the centerpiece of portable medical imaging systems by optical coherence tomography, among others

Les horloges atomiques miniatures présentent des stabilités de fréquence inégalées avec des volumes de quelquescentimètres cubes et des consommations inférieures à 100mW.Dans cette thèse, les paramètres optimaux concernant la conception et la fabrication des cellules à vapeur decésium, un des composant clés de ce type d’horloges, sont définis. Ainsi, les performances de plusieurs cellulesont été caractérisées en condition d’horloge à court et long terme. En parallèle, des solutions sont proposéespour pallier à certaines limitations telles que la plage de température opérationnelle, le coût de fabrication dudispositif et la facilité d’assemblage du module physique.Un nouveau mélange de gaz tampon composé de néon et d’hélium peut étendre la plage de fonctionnementau-dessus de 80 C, en adéquation avec les besoins industriels. A l’inverse des gaz tampon usuels, ce mélangeest compatible avec les dispensers de césium solides, dont la fiabilité est établie.Outre les gaz tampon, les revêtements permettent également de limiter la relaxation induite par les parois dela cellule. Ici, des revêtements d’octadécyltrichlorosilane sont étudiés. Un effet anti-relaxant a été observé dansdes cellules centimétriques et un procédé a été développé pour revêtir des cellules micro-fabriquées.D’autres sources de césium sont présentées pour s’affranchir des inconvénients propres aux dispensers solides.Un dispenser sous forme de pâte, qui peut être déposée collectivement, a été étudié et montre des densitésatomiques stables jusqu’à présent. Un concept de vannes hermétiques micro-fabriquées a été proposé poursceller hermétiquement et séparer des cellules d’un réservoir de césium commun.Les premières étapes vers un module physique micro-fabriqué sont ensuite présentées. En particulier, un designoriginal de cellule combinant des réseaux de diffraction à une cavité en silicium formée par gravure anisotropea été caractérisé et a montré des contrastes CPT remarquables malgré un volume de cavité réduit, ce qui permettraitde réaliser un module physique particulièrement compact. Enfin, des cellules intégrant des résistanceschauffantes et thermométriques ont été fabriquées et leur compatibilité vis-à-vis du champ magnétique généréa été caractérisée dans un prototype de module physique compact. / Chip-scale atomic clocks (CSACs) provide unprecedented frequency stability within volumes down to a fewcubic centimeters and power consumptions as low as 100mW.In this work, we determine the optimal parameters regarding the design and the fabrication of cesium vaporcells, one of the key components of a CSAC. For this purpose, cells were characterized on both short and longtermperformances in clock setups. In addition, we propose solutions to overcome present limitations includingthe operating temperature range, the device microfabrication cost and the ease of integration of the physicspackage.A novel mixture of buffer-gas composed of neon and helium was found to potentially extend the operating rangeof the device above 80 C, meeting the industrial requirements. Unlike the well-known buffer gas compositions,this mixture is compatible with solid cesium dispensers whose reliability is established. As an alternativeto buffer gases, wall coatings are known to limit the relaxation induced by sidewalls. Here, we investigatedoctadecyltrichlorosilane (OTS) coatings. An anti-relaxation effect has been observed in centimeter-scale cellsand a process was developed to coat microfabricated cells.Other cesium sources have been investigated to overcome the drawbacks imposed by solid cesium dispensers. Apaste-like dispenser, which can be deposited collectively, was explored and has shown stable atomic densities sofar. Single-use zero-leak micro valves were also proposed to hermetically seal and detach cells from a commoncesium reservoir.Eventually, the first steps toward a microfabricated physics package were made. In particular, an originalcell design combining diffraction gratings with an anisotropically etched single-crystalline silicon sidewalls wascharacterized and exhibited remarkable CPT contrasts despite a reduced cavity volume, which could lead to amore compact physics package. Finally, cells with integrated heating and temperature sensing resistors werefabricated and their magnetic field compliance was characterized in a compact physics package prototype.

L'évolution rapide dans les systèmes de communication sans fil nécessite plus de miniaturisation de divers composants électroniques en plus de l'élément majeur de la technologie sans fil : l'antenne. Dans ce cas, une antenne occupant un espace limité devrait être miniaturisée pour fonctionner aux bandes de communication souhaitées. Cependant, à mesure que la taille électrique de l'antenne diminue, ses performances se dégradent considérablement et sa bande passante, son efficacité et sa directivité sont limitées. Les techniques classiques de réduction de la taille avec chargement de matériau et mise en forme géométrique de l'antenne souffrent d'une bande passante étroite et d'une faible efficacité de rayonnement. D'autre part, les tentatives d'augmenter la directivité des petites antennes en utilisant des réseaux superdirectifs sont également associées à une faible efficacité de rayonnement bande passante très étroite. Pour pallier ces inconvénients, nous proposons de booster les performances des antennes compactes en utilisant des charges réactives embarquées. En plaçant correctement les charges (actives ou passives) à l'intérieur de l'antenne, il est possible de contrôler les courants pour améliorer de manière significative les performances de l'antenne en termes de bande passante et de directivité. Cependant, pour un succès des critères de chargement, il est obligatoire d'analyser les modes naturellement supportés par l'antenne étudiée. On les appelle les modes caractéristiques, qui fournissent des aperçus physiques profonds sur le comportement de l'antenne et ses modes de rayonnement. En combinant cette théorie avec l'algorithme d'optimisation, il devient possible de manipuler de manière optimale les courants à l'intérieur de l'antenne en utilisant des charges réactives pour obtenir des conceptions large bande, superdirectives et efficaces. / The rapid evolution in the wireless communication systems requires more miniaturization of various electronic components in addition to the major element of the wireless technology: the antenna. In this case, an antenna occupying a limited space should be miniaturized in order to operate at the desired communication bands. However, as the electrical size of the antenna decreases, its performance degrades dramatically and it becomes limited in bandwidth, efficiency, and directivity. Classical size reduction techniques with material loading and geometry shaping of the antenna suffer from narrow bandwidth and low radiation efficiency. On the other hand, attempts to increase the directivity of small antennas using superdirective arrays are also associated with low radiation efficiency and very narrow bandwidth. To overcome these drawbacks, we propose boosting the performance of compact antennas using embedded reactive loads. By properly placing loads (active or passive) inside the antenna, it is possible to control the currents to significantly enhance the antenna performance in terms of bandwidth and directivity. Yet, for a successful loading criteria, it is mandatory to analyze the modes that are naturally supported by the antenna under study. These are called the characteristic modes, which provide deep physical insights about the behaviour of the antenna and its radiating modes. By combining this theory with and optimization algorithm, it becomes possible to optimally manipulate the currents inside the antenna using reactive loads to achieve wideband, superdirective and efficient designs.

Au cours de ces dernières années, les communications sans fil connaissent une croissance vertigineuse, avec le développement de standards de communication de plus en plus nombreux, qui ouvrent la voie à de multiples applications telles que : la téléphonie mobile, le biomédical, le maritime, le civil et le militaire. De nos jours, les communications sans fil se sont diversifiées et multipliées. Cela entraîne la conception d’antennes toujours plus innovantes, performantes et de taille de plus en plus réduite (miniaturisation). Le projet FLEXBEA (FLEXible BEAcon) a pour but le développement d’un nouveau concept de balises de détresse miniatures (AIS et COSPAS-SARSAT), faible coût, intégrées dans des équipements de sécurité maritime tels qu’un radeau de survie et un gilet de sauvetage. Ces équipements sont destinés aux professionnels de la mer et aux plaisanciers. L’atout majeur de ce nouveau concept est l’intégration dans des équipements de sécurité maritime d’une fonction de détresse en cas de problème majeur : homme à la mer (MOB, Man OverBoard) par exemple lors d’un naufrage. Différentes antennes ont été étudiées. Nous présentons des antennes planaires (de type dipôle ou monopôle imprimé) développées dans la bande UHF : une solution de dipôle avec brins repliés est proposée afin de réduire l'encombrement, et deux modes d'alimentation (symétrique / dissymétrique) sont comparés. Des exemples d'antenne monopôle sont ensuite présentés avec une modification de leur géométrie (structures de type Bow-tie ou méandre) pour assurer une miniaturisation optimale. Puis les antennes filaires retenues pour le projet, avec une modélisation de ces antennes par un circuit équivalent (RLC). Des formules analytiques sont proposées afin de déterminer les valeurs de composants RLC qui interviennent dans le modèle circuit. Ensuite, nous sommes passés à la conception de l’antenne de la balise. Deux antennes ont été conçues et mesurées. Un monopôle ruban avec introduction de composants localisés pour la balise AIS et COSPAS-SARSAT, et une antenne hélice fonctionnant dans la bande AIS, intégrée dans la balise "SIMY". De nombreuses réalisations et mesures ont été effectuées pour caractériser ses antennes. / Over the last few years, wireless communications have grown dramatically, with the development of more and more communication standards, which open the way to multiple applications such as: mobile telephony, biomedical, maritime, the civilian and the military. Today, wireless communications have diversified and multiplied. This leads to the design of antennas that are always more innovative, more efficient and smaller in size (miniaturization). The FLEXBEA project (FLEXible BEAcon) aims to develop a new concept of low cost miniature distress beacons (AIS and COSPAS-SARSAT) integrated into marine safety equipment such as a life raft and a lifejacket safety. This equipment is intended for professionals of the sea and boaters. The main advantage of this new concept is the integration in maritime safety equipment of a distress function in case of major problem: man overboard (MOB, Man OverBoard) for example during a shipwreck. Different antennas have been studied. We present planar antennas (dipole type or printed monopoly) developed in the UHF band: a dipole solution with folded strands is proposed to reduce the bulk, and two modes of supply (symmetrical / asymmetrical) are compared. Examples of monopole antennas are then presented with a modification of their geometry (Bow-tie or meander type structures) to ensure optimal miniaturization. Then the wired antennas selected for the project, with a modeling of these antennas by an equivalent circuit (RLC). Analytical formulas are proposed to determine the RLC component values ​​involved in the circuit model. Then we went to the design of the beacon antenna. Two antennas were designed and measured. A ribbon monopoly with introduction of localized components for the AIS and COSPAS-SARSAT beacon, and a helix antenna operating in the AIS band, integrated into the "SIMY" beacon. Many achievements and measurements have been made to characterize its antennas.

La combinaison du phénomène physique de piégeage cohérent de population (CPT), les techniques de micro-fabrication et les diodes laser à semi-conducteur permet le développement de micro-horloges atomiques présentant une stabilité relative de fréquence journalière 2 ordres de grandeur meilleure que celle des oscillateurs à quartz massivement utilisés pour un volume et une puissance de consommation similaires. Ces micro-horloges atomiques reposent sur l’interaction entre un module physique et une carte électronique pilotant l’horloge.Ce travail de thèse, co-encadré par le laboratoire FEMTO-ST et l’industriel Tronics Microsystems, soutenue activement par la DGA dans le cadre des projets DGA HABAC puis DGA EDAM, a eu pour but la conception, simulation thermique et magnétique, réalisation et caractérisation métrologique en horloge de modules physiques hautement miniaturisés, répondant aux contraintes et spécifications d’une micro-horloge industrielle pour applications stratégiques. Deux concepts de modules physiques ont été proposés, la différence essentielle étant le chemin lumineux.Le module physique intègre une diode laser VCSEL (vertical-cavity surface emitting laser), des éléments optiques pour le routage et la polarisation du faisceau lumineux, une microcellule à vapeur de césium diluée par une pression de gaz tampon (développée à FEMTO-ST et transférée industriellement à Tronics Microsystems), un photodétecteur et divers capteurs/actuateurs pour stabiliser la température d’éléments-clés. L’ensemble est inséré dans un cube de dimensions extérieures 15*15*13 cm3, lui-même entouré d’un solénoide pour appliquer un champ magnétique directeur et un blindage magnétique mu-métal. La consommation de ces modules physiques en régime permanent est de l’ordre de 250 mW à température ambiante.Ces modules physiques ont été testés à l’aide d’une électronique de laboratoire non intégrée. Des performances de stabilité relative de fréquence proches de l’état de l’art mondial, de l’ordre de 2,5.10-11 à 1 s et meilleures que 2 10-11 à 105 s, ont été démontrées en environnement calme. Pour l’aboutissement des performances ultimes sur la stabilité de fréquence d’horloge moyen et long terme (temps d’intégration supérieurs à 100-1000s) ont été mises en œuvre des techniques avancées, par le biais de deux boucles d’asservissement supplémentaires, visant à réduire drastiquement les effets de déplacement lumineux, eux-mêmes largement dépendants de la température extérieure et du bloc optique. Ces études ont aussi été associées à l’étude de la stabilité de l’atmosphère interne de microcellules, potentiellement limitée par des phénomènes de perméation de gaz tampon à travers le verre de la cellule. En ce sens, des tests de « vieillissement » préliminaires, menées sur 15-21 jours, ont été menés sur plusieurs microcellules, adoptant soit des verres de type borofloat, soit des verres de type alumino-sicilicaté (ASG). Dans le cas de microcellules Cs-Ne, ce phénomène de fuite est estimé pouvoir limiter la stabilité des micro-horloges atomiques à un niveau proche de 10-11 à 1 jour. Des tests, menés sur des cellules Cs-He, démontrent une réduction significative de presque 2 ordres de grandeur de ces phénomènes de fuite avec l’utilisation de verres alumino-silicatés (ASG). / The combination of coherent population trapping (CPT) physics, microfabrication techniques and semi-conductor diode lasers has allowed the development of miniature atomic clocks exhibiting a fractional frequency stability at 1 day averaging time up to 2 orders of magnitude better than massively-used quartz-crystal oscillators for a similar volume and power consumption. These miniature atomic clocks associate a fully-miniaturized physics package and an electronics card that drives the clock.This thesis, supervised by FEMTO-ST and Tronics Microsystems and actively supported by DGA in the frame of projects DGA HABAC and DGA EDAM, targeted to the design, thermal and magnetic simulation, development and metrological characterization in clock operation of fully-miniaturized physics packages. These physics packages have to respond to constraints and specifications of an industrial miniature atomic clock for strategic applications. Two designs of physics package have been proposed, the main difference between them being the optical path.The physics package integrates a VCSEL (vertical-cavity surface emitting laser) diode laser, optical components to route and polarize the laser beam, a buffer-gas filled Cs vapor microfabricated cell (developed in FEMTO-ST and industrially transferred to Tronics Microsystems), a photodetector and several sensors/actuators to stabilize the temperature of key elements. The ensemble is inserted into a 15*15*13 mm3 « cube », surrounded by a solenoid to apply a static magnetic field and a mu-metal magnetic shielding. The power consumption of the physics package is about 250 mW in the steady-state at room temperature.Physics packages have been tested in clock operation with a non-integrated laboratory-prototype electronics support. State-of-the-art clock fractional frequency stability performances at the level of 2.5 10-11 and 2 10-11 at 1 and 105 s averaging time respectively have been demonstrated in a quiet environment. In order to demonstrate best mid-term stability performances, advanced techniques have been implemented through two additional servo loops, aiming to reduce dramatically temperature-induced light-shift effects. Studies targeting to evaluate the stability of the microcell inner atmosphere, possibly limited by gas permeation effects through the cell windows, have been also performed. In that sense, preliminary “aging” tests, performed over 15-21 days measurements, have been investigated with different microcells, adopting borofloat glass or alumino-silicate glass (ASG). In the case of Cs-Ne microcells, this phenomenon is measured and estimated to limit the clock fractional frequency stability at a level o about 10-11 at 1 day. Other tests, led with Cs-He cells, have demonstrated a significant reduction by almost 2 orders of magnitude of these leakage phenomena using ASG wafers.

Les progrès réalisés dans les domaines des réseaux de capteurs disséminées, de l'identification radiofréquence ou des communications millimétriques présagent l'apparition de petits objets, intelligents, autonomes et communiquant par le biais de transmissions radiofréquences. Dans ce contexte, les orientations aléatoires et variables des dispositifs les uns par rapport aux autres engendrent de fortes variations du bilan de transmission en raison de l'anisotropie de rayonnement ainsi que des désadaptations de polarisation entre antennes. Il existe donc un besoin pour de petites antennes bas coût aux caractéristiques de rayonnement optimisées pour une transmission indépendante de leurs orientations relatives. La première partie de ce travail a consisté à proposer un nouveau critère, appelé fonction de couverture isotrope, permettant de caractériser rigoureusement les performances des antennes dans un tel contexte. Cette méthode a permis de comparer diverses antennes de la littérature et d'étudier les effets de leurs propriétés de rayonnement. L'influence de l'environnement de propagation a également été étudiée. La seconde partie a consisté à proposer deux nouvelles antennes répondant à cette problématique tout en prenant en compte les fortes contraintes d'intégration et de miniaturisation. Un prototype a été réalisé et valide l'approche de conception suivie. Finalement, un dernier développement envisage le cas des multi antennes. Une extension de la méthode de caractérisation est proposée. L'une des structures précédentes est développée en deux versions à deux accès et illustre le principe d'une antenne isotrope à double polarisation orthogonale aux performances optimales.

The static cone penetration tests are quite extensively used for carrying out in-situ geotechnical investigations both for onshore and offshore sites especially where the soil mass is expected to comprise of either soft to medium stiff clays or loose to medium dense sands. The wide use of the cone penetration tests (CPT) in geotechnical engineering has resulted in a great demand for developing necessary correlations between the cone penetration resistance and different engineering properties of soils. The successful interpretation of the cone penetration test data depends mainly on the various empirical correlations which are often derived with the help of a controlled testing in calibration chambers. The calibration chambers have been deployed in various sizes (diameter varying from 0.55 m to 2.10 m) by a number of researchers. It is quite an expensive and time consuming exercise to carry out controlled tests in a large size calibration chamber. The task becomes even much more difficult when a sample comprising of either silt or clay has to be prepared. As a result, most of the reported cone penetration tests in calibration chambers are mainly performed in a sandy material. Taking into account the various difficulties associated with performing tests in large calibration chambers, in the present study, it is attempted to make use of a miniature static cone penetrometer having a diameter of 19.5 mm. This cone was gradually penetrated at a uniform rate in a triaxial cell in which a soil sample of a given material was prepared; the diameter of the cone was intentionally chosen smaller so that the ratio of the diameter of the cell to that of the cone becomes a little larger. Two different diameters of the cells, namely, 91 mm and 140 mm, were used to explore the effect of the ratio of chamber (cell) size to that of the cone size. In addition, the rate of penetration rate was also varied from 0.6 mm/minute to 6.0 mm/minute (the maximum possible rate for the chosen triaxial machine with the larger cell) to examine the effect of the rate of the penetration of the miniature cone on the tip resistance. By using the chosen experimental setup, a large number of static miniature cone penetrometer tests were carried out on four different materials, namely, (i) clean sand, (ii) sand with 15% silt, (iii) sand with 25% silt, and (iv) sand with 15% fly ash. The cone tip resistance for each material was obtained for a wide range of three different relative densities. The effective vertical pressure (σv) for the tests on different samples was varied in between 100 kPa and 300 kPa. The variations of the tip resistance with axial deformation in all the cases were monitored so as to find the magnitude of the ultimate tip resistance. In contrast to the standard cone, the diameter of the piston shaft was intentionally kept a little smaller than that of the cone itself so as to restrict the development of the piston resistance. For each cell (chamber) size, two different sizes of the pistons were used to assess the resistance offered by the penetration of the piston shaft itself. It was noted that the resistance offered by the chosen piston shaft is not very substantial as compared to that of the cone tip itself. Most of the experimental observations noted from the present experiments were similar to those made by the penetration of the standard size cone in a large calibration chamber. The ultimate tip resistance of the cone was found to increase invariably with an increase in the magnitude of σv. An increase in the relative density of the soil mass leads to an increase in the value of qcu. For the same range of relative densities, an addition of fly ash in the sample of sand, leads to a considerable reduction in the magnitude of qcu. Even with the addition of 25% silt, the values of qcu were found to become generally lower as compared to clean sand and sand added with 15% silt. An employment of a larger ratio of the diameter of the cell to that of the miniature cone leads to an increased magnitude of qcu. An increase in the penetration rate from 0.6 mm/min to 6.0 mm/min, was found to cause a little increase in the magnitude of qcu especially for sand added with fly ash and silt. The effect of the penetration rate on the results was found to increase continuously with a reduction in the rate of penetration. At higher penetration rates, in a range closer to those normally employed in the field (20 mm/sec), it is expected that the rate of penetration of the cone will not have any substantial effects on the magnitude of qcu for clean sands. The magnitude of qcu obtained in this thesis at different values of σv for all the cases with the use of the miniature cone were compared with the two widely used correlations in literature. It is found that except for dense sands, in most of the cases, the present experimental data lie generally in between the two correlation curves from literature; for dense sands the measured values of qcu were found to be significantly lower than the chosen correlation curves. It was noted that with the use of the miniature cone penetrated in a given sample prepared in a triaxial cell, it is possible to obtain reasonably an accurate estimate of the tip resistance of the standard cone especially for loose to medium dense states of all the materials. Further, from the analysis of all the tests results, it was noted that approximately a linear correlation between qcu/σv and soil friction angle (φ) for different chosen materials exists provided the dependency of the φ on the stress level is taken into account. As compared to the standard cone penetrometer which is usually employed in the field, the miniature cone used in this study is expected to provide a little conservative estimate, of the tip resistance of the standard static cone penetrometer with reference to the different materials used in this study on account of the facts that (i) there is a reduced area behind the cone, (ii) the ratio of the diameter of the calibration chamber (cell) to that of cone is not very high, (iii) the chosen size of the cone is smaller than the standard cone, and (iv) the chosen penetration rate is much smaller than the standard rate of penetration. Further, in the case of clean sand, an attempt has also been made in this thesis, with the help of a number of direct shear tests at different stress levels, to generate an expression correlating peak friction angle, critical state friction angle, relative density of sand and vertical effective stress. A correlation has been generated with the help of which, the value of peak dilatancy angle can be obtained from the known values of peak friction angle and critical state friction angle. In confirmation with the available information in literature, this exercise on clean sand has clearly indicated that a decrease in the magnitude of vertical effective stress leads to an increase in the values of both peak friction angles and peak dilatancy angles.

Thesis (M.S.)--State University of New York at Binghamton, Thomas J. Watson School of Engineering and Applied Science, Department of Mechanical Engineering, 2009. / Includes bibliographical references.

Optical biosensors are increasingly being considered for lab-on-a-chip applications due to their benefits such as small size, biocompatibility, passive behaviour and lack of the need for fluorescent labels. The light guiding mechanisms used by many of them result in poor overlap of the optical field with the target molecules, reducing the maximum sensitivity achievable. This thesis presents a new platform for optical biosensors, namely slotted photonic crystals, which engender higher sensitivities due to their ability to confine, spatially and temporally, the peak of optical mode within the analyte itself. Loss measurements showed values comparable to standard photonic crystals, confirming their ability to be used in real devices. A novel resonant coupler was designed, simulated, and experimentally tested, and was found to perform better than other solutions within the literature. Combining with cavities, microfluidics and biological functionalization allowed proof-of-principle demonstrations of protein binding to be carried out. High sensitivities were observed in smaller structures than most competing devices in the literature. Initial tests with cellular material for real applications was also performed, and shown to be of promise. In addition, groundwork to make an integrated device that includes the spectrometer function was also carried out showing that slotted photonic crystals themselves can be used for on-chip wavelength specific filtering and spectroscopy, whilst gas-free microvalves for automation were also developed. This body of work presents slotted photonic crystals as a realistic platform for complete on-chip biosensing; addressing key design, performance and application issues, whilst also opening up exciting new ideas for future study.