Les recherches menées au cours de cette thèse constituent une première étape de développement de méthodes expérimentales de concentration de nanoparticules à l'aide de composants micro-nanofluidiques. L'objectif principal est donc d'explorer différentes architectures de systèmes micro-nanofluidiques où l'étape de concentration est effectuée par effet d'exclusion stérique et/ou ionique sous l'application d'un champ de pression et/ou électrique. Une attention toute particulière a été portée sur les méthodes de caractérisation, comprenant notamment les méthodes de particule Tracking Micro-PIV et de microscopie par fluorescence pour mesurer la répartition en nanoparticules et quantifier les facteurs de concentration. Le premier axe concerne la concentration de nanoparticules dans des architectures de type « Bypass ». Dans le cas de la filtration stérique, une modélisation par méthode de différence finie permet de prédire l'apparition d'une zone localisée où la concentration est d'une centaine à un millier de fois plus élevée que la concentration initiale après une heure d'opération. Des composants micro-nano fluidique en silicium ont été réalisés afin de mener une étude paramétrique. En accord avec le modèle proposé, cette étude montre que le nombre de Peclet est le paramètre déterminent dans le choix du design et des conditions d'expérimentations optimums. Concernant la préconcentration par effet électrocinétique, les expérimentations ont essentiellement consisté à explorer le phénomène d'ICP (Ion Concentration Polarisation) et d'appliquer cette technique pour la concentration de nanoparticules. Enfin le type de géométries « Bypass » a été testé sous différentes conditions. Ainsi, le couplage avantageux de phénomènes électro-hydrodynamiques tel que le « streaming potentiel » permet d'ouvrir la voie à des systèmes de préconcentration à actionnements manuels, rapides et très simples d'utilisation. Le deuxième axe d'étude est quant à lui dédié à la conception et l'utilisation de configuration micro-nanofluidique plus originales. Y sont notamment étudiés des systèmes à configuration radial offrant une meilleure stabilité lors des étapes de préconcentration électrocinétiques. Sur la base des performances et limitations des différents systèmes micro-nanofluidiques réalisés, le dernier chapitre est une mise en perspective des champs d'applications potentiels, notamment pour les laboratoires sur puces. / The researches conducted during this thesis consist in a first step for the development of experimental methods applied to the concentration of nanoparticles using micro-nanofluidic devices. The main aim is to explore different system architectures where the préconcentration step are achieved using steric and/or ion exclusion under the influence of a pressure and/or electric field. A special attention is directed toward the characterization methods including Micro-Particle Image Velocimetry micro-PIV and fluorescent microscopy to measure the nanoparticles repartition and to quantify the concentration folds. The first axis deals with the preconcentration of nanoparticles within « Bypass » like architectures. Concerning the steric filtration, a theoretical model using finite element method allows to predict the rising of a located preconcentration zone where the local concentration is enhanced 1000 fold as compared to the initial concentration after 1h of concentration operation. Silicon Micro-nanofluidic devices were fabricated in order to conduct a parametric study. According to the proposed theoretical model, this study shows that the Peclet number is a key parameter to choose the optimal design and experimental conditions. Concerning the electrokinetic preconcentration, the experiments mainly consisted in exploring the ICP phenomenon (Ion Concentration Polarization) and in using this technic to preconcentrate nanoparticles. Finally the Bypass geometry was tested in many conditions. Thus, the advantageous coupling of electro-hydrodynamic phenomena such as the so called “streaming potential” opens new ways to fast, simple and manual preconcentration systems suitable for LOC applications. The second axis is dedicated to the conception and utilization of original micro-nanofluidic configurations. Will also be studied radial micro-nanofluidic devices offering better stability during electrokinetic preconcentration. On the basis of the performances and limitations inherent to each systems, the last chapter will focus on the potential applications relative to LOC.

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:26:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:18Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Dissertacao (Mestrado) / IPEN/D / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN-CNEN/SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:53:06Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T13:58:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Tese (Doutoramento) / IPEN/T / Instituto de Pesquisas Energeticas e Nucleares - IPEN/CNEN-SP

Made available in DSpace on 2014-10-09T12:30:01Z (GMT). No. of bitstreams: 0 / Made available in DSpace on 2014-10-09T14:09:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 00720.pdf: 962188 bytes, checksum: 2f1cf3cde0068f011800b804e1a8866c (MD5) / Dissertacao (Mestrado) / IEA/D / Instituto de Energia Atomica - IEA

Modern optical measurement techniques have  developed rapidly in recent years. One of the  measurement technologies  is polarization interferometry that can be used  for roughness evaluation, deformation measurement,  and vibration analysis of objects. based on LabVIEW and MATLAB, this project  introduces the technique of virtual  instruments into the field of modern optical  measurements. The optical phase images  have been captured by LabVIEW and processed  by MATLAB to acquire the surface structures. The main research work in the project involves:  (1) Introduction of the virtual instrument  technique to capture and process optical phase  images; (2) Processing of phase  images acquired with different wavelengths using  MATLAB to reveal show the 2D and 3D  surface structures.

Nesta dissertação apresentamos os conceitos e ferramentas necessárias para análise do comportamento da função resposta dielétrica de meios dielétricos, levando em conta efeitos da temperatura. Nos primeiros capítulos apresentamos uma breve revisão da literatura especializada, expondo alguns modelos que foram propostos para a descrição da função resposta dielétrica. A seguir apresentamos alguns modelos teóricos encontrados na literatura que incorporam efeitos da temperatura à resposta dielétrica. Considerando o modelo proposto por Dissado-Hill, mostramos que os efeitos da temperatura podem ser incorporados aos parâmetros (m) e (n) que caracterizam o modelo. / In this work we present the concepts and tools required to analyze the behavior of the dielectric response function of dielectric media, taking into account the effects of temperature. In the early chapters, we present a brief review of the literature, exposing some models that have been proposed to describe the dielectric response function, then we include the presentation of some models found in the literature that incorporate the effects of temperature to dielectric response for some materials. In order to include the effects of temperature in the dielectric response of interest materials for electronic (such as ceramics), we assuming the Dissado-Hill model, and show that the effects of temperature may be included in the parameters (m) and (n) that characterizing the model.

Nesta dissertação apresentamos os conceitos e ferramentas necessárias para análise do comportamento da função resposta dielétrica de meios dielétricos, levando em conta efeitos da temperatura. Nos primeiros capítulos apresentamos uma breve revisão da literatura especializada, expondo alguns modelos que foram propostos para a descrição da função resposta dielétrica. A seguir apresentamos alguns modelos teóricos encontrados na literatura que incorporam efeitos da temperatura à resposta dielétrica. Considerando o modelo proposto por Dissado-Hill, mostramos que os efeitos da temperatura podem ser incorporados aos parâmetros (m) e (n) que caracterizam o modelo. / In this work we present the concepts and tools required to analyze the behavior of the dielectric response function of dielectric media, taking into account the effects of temperature. In the early chapters, we present a brief review of the literature, exposing some models that have been proposed to describe the dielectric response function, then we include the presentation of some models found in the literature that incorporate the effects of temperature to dielectric response for some materials. In order to include the effects of temperature in the dielectric response of interest materials for electronic (such as ceramics), we assuming the Dissado-Hill model, and show that the effects of temperature may be included in the parameters (m) and (n) that characterizing the model.

A disfunção do sistema imune inato e a neuroinflamação tem sido cada vez mais reconhecidas como elementos importantes na fisiopatologia do transtorno bipolar (TB). Como componentes essenciais da imunidade inata, os macrófagos tem múltiplas funções tanto na inibição como na promoção da proliferação celular e na reparação tecidual, sendo a diversidade e a plasticidade características marcantes deste tipo celular. A polarização M1 clássica e a polarização alternativa M2 de macrófagos representam dois extremos de um estado dinâmico na mudança da ativação dos mesmos. Os macrófagos do tipo M1 sintetizam citocinas próinflamatórias que inibem a proliferação de células circundantes e danificam tecidos, enquanto os macrófagos do fenótipo M2 liberam citocinas antiinflamatórias que podem promover reparo tecidual. Um desequilíbrio da polarização M1-M2 dos macrófagos é frequentemente associado a várias doenças ou condições inflamatórias. O objetivo desta tese foi, além de revisar a importância da inflamação sistêmica na modulação da resposta inflamatória da microglia/macrófagos e consequentemente seu potencial envolvimento na fisiopatologia do TB, avaliar o perfil de polarização M1/M2 em cultura de macrófagos de sujeitos com TB comparados a indivíduos saudáveis. Monócitos foram isolados a partir de sangue periférico de dez sujeitos com TB e dez indivíduos saudáveis e diferenciados em macrófagos através da adição de fator estimulante de colônia de macrófagos (MCSF) ao meio de cultura. Para induzir a polarização M1 ou M2, as culturas foram incubadas com IFN-y e LPS ou IL-4 respectivamente. Após a incubação, recolheram-se os sobrenadantes e mediram-se as citocinas (IL-1β, IL-6, IL-10 e TNF-α) por ensaio multiplex. A secreção das citocinas IL-1β, TNF-α e IL-6 características do protótipo M1 e citocinas IL-10 do protótipo M2 foram semelhantes entre os pacientes e os controles. Utilizou-se a razão TNF-α / IL-10 do fenótipo M1 para refletir o estado inflamatório dos participantes. Não foi observada diferença entre os grupos (p=0,627). Duas hipóteses diferentes poderiam explicar esses resultados: todos os pacientes incluídos neste estudo representam um estágio inicial da doença como evidenciado pela pontuação FAST total inferior a 11. De acordo com o modelo de estadiamento em TB, as alterações biológicas (incluindo a inflamação) parecem estar relacionadas com os episódios de humor e progressão da doença. Juntamente com estudos anteriores, os nossos dados sugerem que os pacientes nos estágios iniciais ainda preservam a função do sistema imunológico sem apresentar um desequilíbrio a favor do perfil de macrófagos M1 como tem sido observado em pacientes no estágio tardio, destacando a relevância da intervenção precoce no TB. Ainda, estes pacientes estavam em tratamento com estabilizadores de humor e é plausível especular que esses fármacos exerçam efeitos sobre a polarização de macrófagos. Estudos futuros em pacientes drug-free são essenciais para avaliar esta questão. Em conclusão, nossos achados sugerem que os pacientes TB não apresentam desequilíbrio na polarização dos macrófagos em favor do fenótipo pró-inflamatório M1. O fato de todos estes pacientes estarem em estágios iniciais da doença reforça os efeitos protetores da intervenção precoce no TB na prevenção de alterações do sistema imune e, consequentemente, na progressão da doença. / Innate immune system dysfunction and neuroinflammation have been recognized as important elements in the pathophysiology of bipolar disorder (BD). As essential players of innate immunity, macrophages have multiple roles in inhibition and promotion of cell proliferation and tissue repair. The classical M1 polarization and the M2 alternative polarization of macrophages represent two extremes of a dynamic state in their change of activation. M1 macrophages synthesize proinflammatory cytokines that inhibit the proliferation of surrounding cells and damage tissues, whereas macrophages of the M2 phenotype release antiinflammatory cytokines that may promote tissue repair. An imbalance of the M1-M2 polarization of macrophages is often associated with various diseases or inflammatory conditions. The aim of this thesis was to review the importance of systemic inflammation in modulating the inflammatory response of microglia/ macrophages and consequently their potential involvement in the pathophysiology of BD, and also evaluate the M1/M2 polarization profile in macrophages of patients with BD compared to healthy individuals. Blood monocytes were obtained from ten BD patients and ten healthy controls. These cells were activated/polarized into the M1 (IFNγ + LPS) or M2(IL-4) phenotype. Supernatants were collected and the cytokines (IL-1β, IL-6, IL-10 and TNF-α) were measured by multiplex assay. Secretion of the IL- 1β, TNF-α, IL-6 and IL-10 were similar between patients and controls. The TNF-α/IL- 10 ratio of the M1 phenotype was used to reflect the inflammatory state of the participants. There was no difference between groups (p = 0.627). Two hypotheses could explain these results: all patients included in this study represent an early stage of disease as evidenced by the FAST score below 11. According to the BD staging model, biological changes (including inflammation) appear to be related to mood episodes and disease progression. Together with previous studies, our data suggest that patients in early stages of BD still preserve immune system function without presenting an imbalance in favor of M1 macrophages as has been observed in latestage patients, highlighting the relevance of early intervention. Moreover, these patients were under treatment with mood stabilizers and it is plausible to speculate that these drugs have effects on macrophage polarization. Future studies in drug-free patients are essential to assess this issue. In conclusion, our findings suggest that BD patients do not present imbalance in macrophage polarization in favor of the M1 proinflammatory phenotype. The fact that all these patients are in the early stages of the disease reinforces the protective effects of early intervention in BD to prevent changes in the immune system and, consequently, prevent the progression of the disease.

A Microscopia Holográfica Digital (MHD) é uma poderosa ferramenta para análise não destrutiva de superfícies e caracterização morfológica e estrutural de materiais. Várias técnicas microscópicas têm sido utilizadas com esses objetivos, mas, em todas elas, a visualização de campo completo não é permitida em uma única aquisição da informação do sistema analisado, além disso, a necessidade de uso de corantes, o processo de varredura, entre outros fatores, dificulta a aquisição das imagens. A Microscopia Holográfica Digital permite contornar essas dificuldades através de um método simples e rápido. Com uma modificação em seu arranjo original, é possível revelar as diferenças na absorção e nos índices de refração experimentados por um campo transmitido por um material anisotrópico. Este método, neste trabalho, foi nomeado como Microscopia Holográfica de Polarização, o qual permite medir as diferenças de fase e de intensidade relacionadas com a birrefringência e com o dicroísmo do material, respectivamente. Dessa forma, A MHD se mostra uma ferramenta promissora na análise de problemas em diversas áreas, pois possibilita, através de uma única captura, obter informações sobre as propriedades ópticas e estruturais dos sistemas de interesse. O objetivo desse trabalho foi, além do desenvolvimento instrumental, analisar variações nas propriedades ópticas e morfológicas de eritrócitos através da quantificação dos índices de refração e perfis topográficos destes quando submetidos aos principais agentes de fixação de amostras. Essas variações são determinantes na escolha do método de análise, já que estes podem alterar significativamente os resultados, assim como a sua interpretação. Também foi descrito um novo método, baseado na técnica holográfica, de análise do dicroísmo linear através de uma varredura executada sobre os padrões de difração das componentes ortogonais do campo transmitido pela amostra. A aplicação da MHD ao estudo de processos dinâmicos também foi realizada, utilizando células cardíacas vivas e proteínas em solução. Somados, estes resultados demonstraram a possibilidade de se utilizar as técnicas holográficas como métodos de estudo amplo de microssistemas biológicos. / The Digital Holographic Microscopy (DHM) is a powerful tool for nondestructive analysis of surfaces and for morphological and structural characterization of materials. Several microscopic techniques have been used with these purposes, but in all cases, the complete field reconstruction is not allowed in a single acquisition of information of the analyzed system, moreover, the requirements of staining and scanning procedures, among other factors, difficult the image acquisition. Digital Holographic Microscopy allows to overcome these difficulties through a simple and quick method. With a modification in its original setup, is possible to reveal the differences in absorption and refractive index experienced by a wavefield transmitted by an anisotropic material. This method, in this thesis, is named Polarization Holographic Microscopy, which allows to measure differences in phase and intensity related to the birefringence and the dichroism of the material, respectively. Thereby, the DHM is shown as a promising tool for the study of problems in several fields, because it allows, through a single capture, to obtain information related to optical and morphological properties of the systems of interest. The objective of this work was, besides instrumental development, to evaluate changes in optical and morphological properties of erythrocytes through quantification of their refractive index and topographic profiles when submitted to the main fixating agents. These changes are crucial once the method of analysis is chosen, as they can significantly alter the results, as well as their interpretation. A new method was also described based on the holographic technique, for analysis of linear dichroism, through scans performed on the diffraction patterns of the orthogonal components of the field transmitted by the sample. The application of the DHM to the study of dynamic processes was also performed, using live cardiac cells and proteins in solution. Together, these results demonstrate the possibility of using holographic techniques such as extensive methods for studying biological microsystems.

Nesta dissertação relatamos os resultados de medidas elétricas realizadas, a maioria delas, em folhas de 25&#956m de polivinilidene de flúor (PVDF), e em menor número em folhas de tetrafluoretileno-hexafluorpropileno (Teflon FEP). Correntes de polarização sob variadas tensões e de despolarização foram medidas a várias temperaturas e com temperatura variável. O PVDF sofre modificações, possivelmente estruturais, sob aquecimento acima de 100&#176C quando um campo elétrico parece produzir uma limpeza elétrica, resultando uma condutividade menor. As polarizações são do tipo t-n, indicando, no caso do PVDF uma distribuição em freqüências e para o FEP tratado termicamente a 200&#176C, uma em energia. Apesar das amostras de PVDF fornecerem resultados pouco reprodutíveis, pode-se concluir que para os campos empregados o comportamento é razoavelmente linear na polarização e superlinear para a condutividade. Observou-se também um comportamento anômalo da corrente, no PVDF, sob a ação prolongada de campo aplicado, mesmo para as menores tensões. Para o FEP o comportamento da corrente para os diversos campos usados foi bastante irregular embora as polarizações e as subseqüentes despolarizações coincidissem na maioria dos casos / We present here the results of electrical measurements performed, most of them, in 25&#956m foils of polyvinylidene fluoride (PVDF), and fewer in flois of tetrafluorethilene-hexafluorpropilene (Teflon FEP). Polarization currents under varied applied voltages and the corresponding depolarizations were measured at constante temperature and during heating and cooling. The PVDF exhibits modifications, possibly its structure changes, if heated above 100&#176C; in this case an electric field seems to clean the sample since its conductivity strongly decreases thereafter. The polarizations are of the t-n type, poiting to a distribution of frequencies inPVDF and of energies in FEP previously annealed at 200&#C. Although the results are poorly reproducible, some conclusions could be drawn for the PVDF: the polarization is nearly linear with the field but the conductivity shows a super linear dependence. An anomalous behavior of the current was observed at long time under tension, even the smallest use here. In the case of FEP, the magnitude of the current in relation with the voltage hás shown an irregular behavior, although polarization and the corresponding depolarization do indeed coincide in most cases