The implementation of energy storage systems in the current electrical grid will increase the grid's reliability and e ciency. Room temperature sodium batteries are seen as potential technology, especially to assist renewable energy generation sources. Currently, suggested negative electrode materials, however, are still not satisfactory for practical use in terms of fabrication costs, gravimetric /volumetric energy densities, cyclability, and irreversible capacity losses occur at the rst cycle. The literature describes various strategies that enhance the specific capacity and/or the cyclability of negative electrode materials but all involve increasing the fabrication costs due to the chosen synthesis or the complexity of the electrode's design. Furthermore, strategies, that reduce the irreversible capacity loss at first cycle, are not discussed. In this present experimental research work, presodiating bulk metallic negative electrode materials prior to cycling, prepared via a simple, cheap and easy-to-scaleup synthesis route, is introduced as a new strategy to improve the cyclability and to effectively reduce the first cycle irreversible capacity loss. Electrochemical and structural experiments were carried out to investigate sodiumtin-antimony powders. Presodiating mechanically bulk Sn-Sb negative electrode materials e ectively reduces the irreversible capacity loss at first cycle and enhances the specific capacity when compared to the non-presodiated powder, while the proper choice of electrode composite and electrolyte formulation improves the cycle life of the electrodes. The enhancement of the electrochemical properties of the presodiated NaSnSb powder, composed of the ternary phase Na5Sb3Sn and an unknown ternary phase crystallising in a hexagonal setting P6, is associated with the stabilisation of the SnSb as desodiation product. Presodiating bulk SnSb negative electrode material is a viable strategy to reduce the first cycle irreversible capacity loss, alleviating the volume changes. With an optimised system, this approach may be extended to other negative electrode materials, reducing the fabrication costs of high capacity negative electrode materials for room temperature sodium batteries. Presodiated NaSnSb negative electrode material may be combined with non-sodiated positive electrode material, such as sulphur to develop competitive room temperature sodium-sulphur batteries. / Die Implementierung von Energiespeichersystemen im bereits bestehenden Stromnetz ist eine der Lösungen, um die Zuverlässigkeit und die Effizienz des Netzes zu nutzen. Raumtemperatur Natrium-Batterien gelten als erfolgsversprechende Technologie insbesondere zur Unterstützung erneuerbarer Energieerzeugungsquellen. Jedoch sind die naheliegenden negativen Elektrodenmaterialien für eine praktische Anwendung hinsichtlich Herstellungskosten, gravimetrischer oder volumetrischer Energiedichte, Zyklenfestigkeit und irreversiblen Kapazitätsverlusten im ersten Zyklus noch nicht zufriedenstellend. Die Literatur beschreibt verschiedene Strategien, die die spezifische Kapazität und / oder die Zyklenfestigkeit von negativen Elektrodenmaterialien verbessern. Diese führen jedoch alle zu einer Erhöhung der Herstellungskosten aufgrund der gewählten Synthese oder des Designs der komplexierten Elektrode. Darüber hinaus werden Strategien zur Reduzierung des irreversiblen Kapazitätsverlusts im ersten Zyklus nicht erörtert. Diese experimentelle Forschungsarbeit präsentiert mit Natrium angereicherte metallische negative Elektrodenmaterialien vor der Wechselbeanspruchung/dem periodischen Durchlaufen, die durch einen schlichten, billigen und einfach zu skalierenden Syntheseweg hergestellt wurden, als eine neue Strategie zur Verbesserung der Zyklenfestigkeit und zur wirksamen Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlusts im ersten Zyklus. Elektrochemische und strukturelle Experimente wurden durchgeführt, um mit Natrium angereichertes Zinn-Antimon-Pulver zu untersuchen. Die mechanischen mit Natrium angereichertes Sn-Sb-negativen Elektrodenmaterialien verringert effektiv den irreversiblen Kapazitätsverlust im ersten Zyklus und erhöht die spezische Kapazität im Vergleich zu dem ohne Natrium angereicherte Pulver, während die richtige Wahl der Elektrodenzusammensetzung und der Elektrolytformulierung die Lebenszyklus der Elektroden verbessert. Die Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften des mit Natrium angereicherten NaSnSb-Pulvers, bestehend aus der ternären Phase Na5Sb3Sn und einer unbekannten ternären Phase, die in einer hexagonalen Aufbau P6 kristallisiert, ist mit der Stabilisierung des Enddesodiationsproduktes beim periodischen Zyklus verbunden, wobei das intermetallische SnSb nach Rekristallisation vorliegt. Mit Natrium angereicherte SnSb negativen Elektrodenmaterialien sind eine tragfähige Strategie zur Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlustes im ersten Zyklus, die Volumenänderungen abschwächen. Mit einem optimierten System kann dieser Ansatz auf andere negative Elektrodenmaterialien erweitert werden um die Herstellungskosten von negativen Elektrodenmaterialien mit hoher Kapazität für Raumtemperatur-Natrium-Batterien zu verringern. Mit Natrium angereichertes NaSnSb-negatives Elektrodenmaterial kann mit nicht mit Natrium versetztem positivem Elektrodenmaterial wie Schwefel kombiniert werden, um realisierbare Raumtemperatur Natrium-Schwefel-Batterien zu entwickeln.

The pores in pressed and sintered components constitute weak points in the material since the stress concentration is larger than the nominal stress there. Therefore, fatigue cracks initiate at the pores. Specifically, it can be assumed that the fatigue cracks initiate at the largest pore in the stressed volume. Studies have previously looked at finding ways to model the fatigue strength of the material based on the largest pore. This thesis looks at a model previously derived for hardened pressed and sintered materials that is based on linear elastic fracture mechanics and investigates if said model can be modified to include non-hardened pressed and sintered materials that do not necessarily behave linear elastically. A model describing the influence of the size of the largest pore on the fatigue limit using empirical coefficients is suggested. Furthermore, the area of the largest pore is modelled using extreme value statistics. The model proved successful in modelling the density effect of the porosity on the fatigue strength for two materials with different microstructures: one with a homogeneous microstructure and one with a heterogeneous microstructure. For the material with the homogenoeous microstructure the model also accounted well for the notch effect when tested on samples with a different geometry. However, for the heterogeneous material the model did not account for the notch effect. Deformation hardening due to local plastic deformation in the softer phases was suggested as a possible explanation and was supported by tensile tests.

This diploma thesis focuses on the syhnthesis of multicomponent ceramic system based on Ca-(Mn,Co)-O. The thesis is devided in theoretical and experimental part. The theoretical part is describing ceramic materials for thermoelectric application, preparation and synthesis of these materials and their processing. The experimental part is dealing with synthesis of ceramic powder which is processed to the porous ceramics. The properties of prepared porous ceramics are observed.

The implementation of energy storage systems in the current electrical grid will increase the grid's reliability and e ciency. Room temperature sodium batteries are seen as potential technology, especially to assist renewable energy generation sources. Currently, suggested negative electrode materials, however, are still not satisfactory for practical use in terms of fabrication costs, gravimetric /volumetric energy densities, cyclability, and irreversible capacity losses occur at the rst cycle. The literature describes various strategies that enhance the specific capacity and/or the cyclability of negative electrode materials but all involve increasing the fabrication costs due to the chosen synthesis or the complexity of the electrode's design. Furthermore, strategies, that reduce the irreversible capacity loss at first cycle, are not discussed. In this present experimental research work, presodiating bulk metallic negative electrode materials prior to cycling, prepared via a simple, cheap and easy-to-scaleup synthesis route, is introduced as a new strategy to improve the cyclability and to effectively reduce the first cycle irreversible capacity loss. Electrochemical and structural experiments were carried out to investigate sodiumtin-antimony powders. Presodiating mechanically bulk Sn-Sb negative electrode materials e ectively reduces the irreversible capacity loss at first cycle and enhances the specific capacity when compared to the non-presodiated powder, while the proper choice of electrode composite and electrolyte formulation improves the cycle life of the electrodes. The enhancement of the electrochemical properties of the presodiated NaSnSb powder, composed of the ternary phase Na5Sb3Sn and an unknown ternary phase crystallising in a hexagonal setting P6, is associated with the stabilisation of the SnSb as desodiation product. Presodiating bulk SnSb negative electrode material is a viable strategy to reduce the first cycle irreversible capacity loss, alleviating the volume changes. With an optimised system, this approach may be extended to other negative electrode materials, reducing the fabrication costs of high capacity negative electrode materials for room temperature sodium batteries. Presodiated NaSnSb negative electrode material may be combined with non-sodiated positive electrode material, such as sulphur to develop competitive room temperature sodium-sulphur batteries. / Die Implementierung von Energiespeichersystemen im bereits bestehenden Stromnetz ist eine der Lösungen, um die Zuverlässigkeit und die Effizienz des Netzes zu nutzen. Raumtemperatur Natrium-Batterien gelten als erfolgsversprechende Technologie insbesondere zur Unterstützung erneuerbarer Energieerzeugungsquellen. Jedoch sind die naheliegenden negativen Elektrodenmaterialien für eine praktische Anwendung hinsichtlich Herstellungskosten, gravimetrischer oder volumetrischer Energiedichte, Zyklenfestigkeit und irreversiblen Kapazitätsverlusten im ersten Zyklus noch nicht zufriedenstellend. Die Literatur beschreibt verschiedene Strategien, die die spezifische Kapazität und / oder die Zyklenfestigkeit von negativen Elektrodenmaterialien verbessern. Diese führen jedoch alle zu einer Erhöhung der Herstellungskosten aufgrund der gewählten Synthese oder des Designs der komplexierten Elektrode. Darüber hinaus werden Strategien zur Reduzierung des irreversiblen Kapazitätsverlusts im ersten Zyklus nicht erörtert. Diese experimentelle Forschungsarbeit präsentiert mit Natrium angereicherte metallische negative Elektrodenmaterialien vor der Wechselbeanspruchung/dem periodischen Durchlaufen, die durch einen schlichten, billigen und einfach zu skalierenden Syntheseweg hergestellt wurden, als eine neue Strategie zur Verbesserung der Zyklenfestigkeit und zur wirksamen Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlusts im ersten Zyklus. Elektrochemische und strukturelle Experimente wurden durchgeführt, um mit Natrium angereichertes Zinn-Antimon-Pulver zu untersuchen. Die mechanischen mit Natrium angereichertes Sn-Sb-negativen Elektrodenmaterialien verringert effektiv den irreversiblen Kapazitätsverlust im ersten Zyklus und erhöht die spezische Kapazität im Vergleich zu dem ohne Natrium angereicherte Pulver, während die richtige Wahl der Elektrodenzusammensetzung und der Elektrolytformulierung die Lebenszyklus der Elektroden verbessert. Die Verbesserung der elektrochemischen Eigenschaften des mit Natrium angereicherten NaSnSb-Pulvers, bestehend aus der ternären Phase Na5Sb3Sn und einer unbekannten ternären Phase, die in einer hexagonalen Aufbau P6 kristallisiert, ist mit der Stabilisierung des Enddesodiationsproduktes beim periodischen Zyklus verbunden, wobei das intermetallische SnSb nach Rekristallisation vorliegt. Mit Natrium angereicherte SnSb negativen Elektrodenmaterialien sind eine tragfähige Strategie zur Verringerung des irreversiblen Kapazitätsverlustes im ersten Zyklus, die Volumenänderungen abschwächen. Mit einem optimierten System kann dieser Ansatz auf andere negative Elektrodenmaterialien erweitert werden um die Herstellungskosten von negativen Elektrodenmaterialien mit hoher Kapazität für Raumtemperatur-Natrium-Batterien zu verringern. Mit Natrium angereichertes NaSnSb-negatives Elektrodenmaterial kann mit nicht mit Natrium versetztem positivem Elektrodenmaterial wie Schwefel kombiniert werden, um realisierbare Raumtemperatur Natrium-Schwefel-Batterien zu entwickeln.

Compte tenu de ses aspects multiples, de sa dangerosité potentielle et du taux de<p>survie considérablement bas qui lui est associé dans ses formes les plus graves, l’aspergillose<p>pulmonaire est encore à l’heure actuelle dévastatrice sur le plan clinique. L’approche<p>médicamenteuse conventionnelle consiste en l’administration par voie orale ou<p>intraveineuse (IV) d’agents antifongiques. Ces voies classiques requièrent l’administration de<p>doses très élevées qui sont nécessaires à l’obtention de concentrations systémiques<p>suffisantes pour obtenir un effet thérapeutique au niveau pulmonaire. Cependant, ces<p>concentrations systémiques sont également la cause d’effets secondaires indésirables et<p>d’interactions médicamenteuses importantes. Une alternative thérapeutique à ces voies<p>classiques serait de localiser ces antifongiques dans le poumon, en utilisant la voie inhalée.<p>Cela permettrait d’augmenter le taux de succès thérapeutique en déposant et en<p>concentrant directement la dose au niveau du site d’infection tout en minimisant les<p>concentrations systémiques.<p>Pour ce faire, nous avons choisi de développer des poudres sèches pour inhalation à<p>base d’itraconazole (ITZ), un antifongique actif à l’égard des souches d’aspergillus. Celles-ci<p>sont administrable via un inhalateur à poudre sèche pour les avantages que présente ce<p>mode d’administration comparativement aux nébuliseurs et aux inhalateurs pressurisés. Le<p>développement des formulations implique entre autres l’obtention de caractéristiques<p>aérodynamiques appropriées, c’est-à-dire, ayant, après décharge à partir d’un dispositif<p>d’inhalation, un profil de déposition pulmonaire permettant d’atteindre des doses<p>pulmonaires pharmacologiquement efficaces. Toutefois, l’ITZ présente une solubilité<p>aqueuse extrêmement faible (solubilité aqueuse à pH 7 ~ 4 ng/ml à 25°C). Or, une fois<p>déposée dans le poumon, la dose inhalée doit se solubiliser pour exercer son action<p>pharmacologique. Nous avons donc inclus dans les concepts de formulation, une stratégie<p>permettant l’amélioration du profil de dissolution et l’augmentation de la solubilité de l’ITZ.<p>Cela permettrait en effet d’en potentialiser au maximum l’action pharmacologique au sein<p>des lésions fongiques avant qu'il ne soit éliminé sous sa forme non dissoute par les<p>mécanismes de clairance non absorptifs du poumon. De plus, le poumon étant un organe ne<p>tolérant qu’un nombre limité de substances administrables par inhalation, nous nous<p>sommes focalisés sur l’utilisation d’excipients présentant un faible potentiel toxique ou bien<p>tolérés après inhalation. Enfin, nous avons gardé à l’esprit lors du développement des procédés de fabrication qu’ils pouvaient être sujets à la mise à l’échelle industrielle. Nous<p>avons donc privilégié des procédés de fabrication simples incluant des technologies<p>transposables telles que l’atomisation par la chaleur et l’homogénéisation à haute pression.<p>Une attention particulière lors de la caractérisation des poudres a été portée sur les<p>propriétés d’écoulement des formulations, toujours dans l’optique de faciliter une<p>potentielle future manutention à plus grande échelle.<p>Pour répondre à ces critères, durant la première partie de ce travail, nous avons<p>imaginé deux concepts de formulation qui ont pour but de former des microparticules de<p>mannitol dans lesquelles est dispersé l’ITZ sous forme « modifiée ».<p>Le premier concept de formulation qui a été développé consistait à former une<p>dispersion solide (DS) entre l’ITZ, si possible amorphe pour en augmenter la solubilité, et un<p>agent matriciel en utilisant le procédé d’atomisation par la chaleur d’une solution contenant<p>tous les ingrédients sous forme dissoute. Lors de tests préliminaires, nous avons évalué trois<p>types d’agents matriciels, deux agents hydrophiles (le mannitol et le lactose) et un agent<p>hydrophobe (le cholestérol). Sur base de la faisabilité, des résultats préliminaires de<p>solubilité, de dissolution et de déposition pulmonaire in vitro, le mannitol a été retenu.<p>Après une optimisation des conditions d’atomisation, les formulations ont été produites en<p>vue d’être caractérisées. Il a été observé, par diffraction de rayons X sur poudre (PXRD) et<p>par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), qu’après atomisation, l’ITZ était obtenu sous<p>forme amorphe et le mannitol sous forme cristalline. Les tests d’évaluation des propriétés<p>aérodynamiques ont été réalisés à l’aide d’un impacteur liquide multi-étages (MsLI) en<p>suivant les recommandations pratiques de la Pharmacopée européenne. Ce type de<p>compositions, atomisées dans les conditions optimales, permettait d’obtenir des poudres<p>sèches présentant les caractéristiques de taille (diamètre médian < 5 μm, mesuré par<p>diffraction laser) et les propriétés aérodynamiques appropriées à l’administration<p>pulmonaire (fraction de particules fines (FPF) déterminées lors des tests d’impaction<p>comprises entre 40 % et 70 %). La formation d’une DS avec le mannitol était nécessaire afin<p>d’augmenter la solubilité et d’accélérer la cinétique de dissolution de l’ITZ comparativement<p>à son homologue micronisé sous forme cristalline ou encore à sa forme amorphe atomisée<p>sans mannitol. Par exemple, dans sa configuration amorphe atomisée sans excipient ou sous<p>sa forme cristalline initiale, l’ITZ présentait une solubilité à saturation (mesurée dans un tampon phosphate contenant 0,02% de dipalmytoyl phosphatidyl choline) inférieure à 10<p>ng/ml. Après formation d’une DS avec le mannitol suivant notre procédé de formulation,<p>nous sommes parvenus à des valeurs de solubilité atteignant 450 ng/ml. Il s’est avéré que<p>l’ajout à la composition d’un surfactant, le tocopherol polyethylène glycol 1000 succinate<p>(TPGS), permettait d’accélérer la cinétique de dissolution du principe actif. Toutefois,<p>l’utilisation du TPGS induisait une diminution des performances aérodynamiques des<p>formulations. Etant donné que cette augmentation de la cinétique de dissolution pouvait<p>être un avantage après administration pulmonaire, nous avons considéré un autre type de<p>surfactant, les phospholipides (PL). L’utilisation de la lécithine de soja hydrogéné s’est<p>révélée être très efficace. Les performances aérodynamiques des formulations ont été<p>préservées et même améliorées. Leur incorporation à la DS permettait également d’obtenir<p>une accélération du profil de dissolution de l’ITZ. De plus, l’augmentation de la quantité de<p>PL dans nos formulations, dans la gamme des concentrations utilisées, était corrélée avec<p>une amélioration d’autant plus marquée du profil de dissolution de l’ITZ. En outre, les<p>solubilités de l’ITZ en présence de PL furent considérablement améliorées avec, par<p>exemple, des concentrations mesurées de 870 ng/ml et 1342 ng/ml pour les formulations<p>contenant respectivement 10 % (m/mpoudre) et 35 % (m/mpoudre) d’ITZ, ainsi que 10 % de PL<p>exprimés par rapport à la quantité d’ITZ.<p>Le deuxième concept de formulation développé consistait à produire des<p>microparticules de mannitol dans lesquelles étaient dispersées des nanoparticules (NP)<p>cristallines d’ITZ. Le procédé de fabrication était le suivant. Une suspension de nanocristaux<p>d’ITZ produite par homogénéisation à haute pression (HPH) était re-suspendue dans une<p>solution de mannitol qui était par la suite atomisée pour obtenir les microparticules de<p>poudres sèches. Après optimisation des conditions d’homogénéisation, nous sommes<p>parvenus à produire des nanosuspensions d’ITZ dont les particules présentaient un diamètre<p>médian inférieur à 250 nm. Nous avons alors évalué l’influence qu’avait l’ajout du mannitol<p>et du taurocholate sodique sur l’état d’agrégation des NP avant l’étape d’atomisation et sur<p>les performances des formulations sous forme sèche. Il a été observé que l’ajout de<p>mannitol était nécessaire à la production de solutions sursaturées en ITZ avec une solubilité<p>maximale d’ITZ mesurées à 96 ng/ml dans le tampon phosphate précédemment cité. L’ajout<p>de mannitol s’est avéré nécessaire afin de minimiser le phénomène d’agrégation des NP durant l’étape d’atomisation. De plus, l’ajout de taurocholate de sodium permettait<p>également d’inhiber leur agrégation. La cristallinité des NP d’ITZ a été confirmée par PXRD et<p>DSC. Ce type de formulation présentait des tailles et des performances aérodynamiques<p>compatibles à l’administration pulmonaire (tailles des particules < 5 μm et FPF entre 35 % et<p>46 %). Néanmoins, comparativement aux DS précédemment décrites, ces formulations à<p>base de NP s’avèrent sensiblement moins performantes. En effet, au niveau des<p>caractéristiques aérodynamiques, les formulations à base de NP présentent des FPF<p>nettement inférieures à celles obtenues pour les DS (FPF de ~40 % pour les formulations<p>nanoparticulaires contre ~70 % pour les DS d’ITZ amorphe). De plus, à partir des<p>formulations à bases de NP, les taux de sursaturation en ITZ atteints étaient nettement<p>inférieurs à ceux obtenus avec les DS (~100 ng/ml Vs > 1000 ng/ml pour les meilleurs DS). En<p>outre, la production des nanosuspensions nécessitait l’étape supplémentaire d’un minimum<p>de 300 cycles d’homogénéisation, ce qui représente un désavantage considérable en termes<p>de rendement économique en cas de transposition à échelle industrielle comparativement à<p>l’étape unique nécessaire pour la fabrication des DS. Pour ces raisons, seules les DS ont été<p>évaluées in vivo.<p>Après la mise au point des formulations, la seconde partie de ce projet consistait à<p>évaluer les DS développés dans un système biologique complet, la souris. Nous avons en<p>premier lieu réalisé une pharmacocinétique (PK) après administration pulmonaire pour<p>déterminer l’effet de l’augmentation de la solubilité observée in vitro et de l’ajout de PL dans<p>la formulation. Ensuite, nous avons entrepris une étude d’activité sur un modèle murin<p>d’aspergillose pulmonaire invasive (API) permettant de comparer l’efficacité thérapeutique<p>ou prophylactique de nos formulations comparativement à une thérapie standard par voie<p>orale. Pour effectuer ces deux études, nous avons préalablement validé une méthode<p>d’administration des poudres sèches chez la souris à l’aide d’un insufflateur (DP-4M®, Penn<p>Century, Wyndmoor, USA) en utilisant la voie endotrachéale. Le premier point de cette<p>investigation avait pour objet de déterminer si l’intervalle de taille particulaire généré lors de<p>la décharge de nos formulations au sortir de l’insufflateur permettait une répartition<p>homogène dans les poumons ainsi qu’une pénétration profonde des particules jusqu’aux<p>alvéoles pulmonaires. Le deuxième point sur lequel nous nous sommes également attardés était la reproductibilité des doses pulmonaires générées après insufflation, facteur<p>déterminant lors de la réalisation d’une étude PK.<p>Sur base des observations constatées durant la validation du dispositif<p>d’administration, nous avons entrepris une étude PK après administration pulmonaire d’une<p>dose de 0,5 mg/kg d’ITZ, représentant une quantité inhalable par l’homme et pouvant<p>garantir des taux pulmonaires en antifongiques théoriquement adéquats. Cette étude a<p>permis de comparer les concentrations pulmonaires et plasmatiques en ITZ après<p>l’administration de poudres sèches à base d’une DS de mannitol et d’ITZ qui était soit<p>cristallin soit amorphe, avec ou sans PL. Après administration de la DS à base d’ITZ sous sa<p>forme amorphe, une augmentation de la quantité d’ITZ absorbée vers le compartiment<p>systémique a été observée. En effet, il a été observé une augmentation d’un facteur 2,7 de<p>l’aire sous la courbe des concentrations plasmatiques en ITZ de 0 à 24 heures (AUC0-24h)<p>comparativement à celle obtenue après administration de la DS à base d’ITZ sous sa forme<p>cristalline. Le temps pour atteindre la concentration plasmatique maximale (tmax) était<p>également plus court pour la formulation à base ITZ sous sa forme amorphe (tmax de 10 min<p>vs 30 min pour la formulation cristalline). De plus, dans cette configuration amorphe, les<p>temps de rétention pulmonaire en ITZ étaient considérablement plus élevés (t1/2<p>d’élimination de 6,5 h pour l'ITZ cristallin vs 14 ,7 h pour l’ITZ amorphe) permettant de<p>maintenir une concentration pulmonaire en ITZ supérieure à la CMI de la souche<p>d’aspergillus la plus fréquente (A. fumigatus ;2 μg/gpoumon) pendant plus de 24h. L’ajout de<p>PL dans un rapport ITZ:PL:mannitol (1:3:97) dans la DS influençait le profil PK de l’ITZ<p>amorphe en accentuant et accélérant d’avantage la phase d’absorption initiale de l’ITZ<p>observée (Cmax et tmax plasmatique supérieur et inférieur à ceux obtenus pour l’ITZ amorphe,<p>respectivement). Toutefois, cette formulation a été éliminée plus rapidement des poumons<p>(t1/2 d’élimination pulmonaire de l’ITZ de 4,1h pour les formulations avec PL vs 14,7h sans<p>PL). Pour cette raison, nous avons décidé d’évaluer l’efficacité des formulations à base d’ITZ<p>sous forme amorphe sans phospholipides dans un modèle murin d’aspergillose pulmonaire<p>invasive (API) que nous avons développé.<p>Nous ne sommes pas parvenus à mettre en évidence un effet thérapeutique de<p>l’administration des poudres sèches administrées dans ce modèle murin neutropénique<p>d’API. Nous justifions ce manque d’activité par une agressivité du modèle trop prononcée et par l’impossibilité de pouvoir administrer de manière plus fréquente le traitement par<p>inhalation en raison de l’anesthésie nécessaire pour la procédure d’administration<p>endotrachéale. Toutefois, des essais complémentaires vont être envisagés (modification de<p>la charge fongique, administration des poudres par une tour d’inhalation, optimisation du<p>dosage et de la fréquence d’administration). En revanche, il a été mis en évidence que<p>l’administration prophylactique (début des administrations 2 jours avant l’infection) d’une<p>dose de 5 mg/kg/48h d’une DS d’ITZ amorphe augmentait significativement le taux de survie<p>de 12 jours après l’infection par A. fumigatus comparativement aux animaux non traités<p>(taux de survivants :50 % vs 0 %). A titre de comparaison, le pourcentage de survie obtenu<p>après prophylaxie quotidienne d’une dose de 12,5 mg/kg/12h de solution orale de VCZ (la<p>thérapie recommandée pour l’API) n’était que de 25 %.<p>En conclusion, les DS d’ITZ destinées à être administrées par inhalation constituent<p>une approche thérapeutique prometteuse dans le cadre de la prévention et du traitement<p>de l’aspergillose pulmonaire. / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les tumeurs pulmonaires, qu’elles soient primaires (principalement représentées par le cancer du poumon non-à-petites cellules) ou secondaires (métastases), causent la mort de plusieurs centaines de milliers de personnes par an à travers le monde. Malgré les modalités de traitements existantes, un plateau thérapeutique a été atteint avec un taux de survie à 5 ans de maximum 15%. Actuellement, il est connu que le cancer du poumon non-à-petites cellules ainsi que les métastases sont intrinsèquement résistants à l’apoptose.<p>Pour apporter des réponses aux principales problématiques rencontrées avec l’administration systémique de la chimiothérapie conventionnelle qui est principalement constituée d’agents pro-apoptotiques, nous avons développé des formulations à base d’agents antinéoplasiques aux propriétés anticancéreuses non pro-apoptotiques qui sont destinées à être administrées de manière localisée par la voie inhalée. Il faut savoir que l’inhalation est la voie d’administration préférentielle des principales affections respiratoires telles que l’asthme, la bronchopneumonie chronique obstructive et la mucoviscidose. <p>La première partie de ce travail a consisté à produire et à évaluer des formulations à base de témozolomide destinées à être administrées chez la souris porteuse de pseudo-métastases pulmonaires (issues d’un mélanome expérimental, le modèle B16F10), soit via la voie intraveineuse (iv) conventionnelle soit via la voie inhalée à l’aide d’un dispositif endotrachéal approprié. La suspension pour inhalation a été produite à l’aide de technique de réduction de taille et a été stabilisée à l’aide de phospholipides compatibles avec la voie pulmonaire. L’activité anticancéreuse in vitro a été vérifiée pour le témozolomide formulé sous forme de suspension pour inhalation et de solution intraveineuse par rapport à du témozolomide non formulé sur des lignées de cellules cancéreuses de cancer humain NSCLC A549, de glioblastome humain T98G et de mélanome murin B16F10. Cette dernière lignée a été utilisée pour générer les pseudo-métastases pulmonaires chez la souris en injectant les cellules de mélanomes dans la voie systémique via la veine caudale. La reproductibilité de la dose et de l’aérosol générés à partir de la suspension pour inhalation à l’aide du dispositif d’administration endotrachéal et la déposition des gouttelettes dans les poumons de la souris ont pu être respectivement évaluées avec précision par une méthode de quantification du témozolomide qui a été validée par nos soins, par des techniques de diffraction laser et par des techniques de microscopie à fluorescence et d’analyse d’images histologiques. Enfin, l’activité antitumorale in vivo et la tolérance des traitements conventionnels ou localisés ont été vérifiées chez la souris porteuse de ces pseudo-métastases pulmonaires B16F10. Les résultats ont montré que le dispositif endotrachéal utilisé permettait de produire des doses et des aérosols reproductibles et de déposer les gouttelettes d’aérosol profondément dans les poumons des souris. De plus, lors de l’étude in vivo, les traitements administrés étaient bien tolérés et la dose de témozolomide administré sous forme de suspension pour inhalation à l’aide du dispositif endotrachéal avait permis d’obtenir une efficacité antitumorale similaire à une dose similaire de témozolomide administrée par la voie iv conventionnelle. De plus, 11% (3/27) de souris « long-survivantes » avaient été observées avec le groupe traité par inhalation trois fois par semaine pendant trois semaines consécutives et les poumons de ces long-survivants avaient présenté une éradication quasi complète des tumeurs pulmonaires. Ce phénomène n’avait pas été observé dans les groupes de souris traitées de manière conventionnelle.<p>Ensuite, la seconde partie de notre travail a consisté en l’élaboration du témozolomide sous forme de poudres sèches pour inhalation destinées à être délivrées à l’aide d’un dispositif à poudre sèche à usage humain. Pour ce faire, nous avons développé les poudres sèches pour inhalation à l’aide de techniques de réduction de taille pour microniser la poudre de départ et d’atomisation pour évaporer le solvant et élaborer un enrobage autour des particules micronisées. La nature de l’enrobage était soit hydrophile soit lipophile. Ensuite les caractéristiques physicochimiques telles que les propriétés thermiques, les propriétés cristallines, la distribution de taille particulaire et la morphologie des formulations de poudre sèche pour inhalation ont été évalués à l’aide de techniques appropriées telles que la calorimétrie différentielle à balayage, la diffraction des rayons X sur poudre, la diffraction de la lumière laser et la microscopie électronique à balayage. Les profils de déposition pulmonaire et de dissolution ont été respectivement déterminés in vitro à l’aide de l’essai de la pharmacopée européenne utilisant l’impacteur à cascade multi-étages et d’un test de dissolution adapté aux formes pulmonaires. Les quatre formulations élaborées présentaient des caractéristiques physicochimiques intéressantes pour la stabilité à long-terme de la substance active et des formulations. De plus, deux formulations de poudre sèche pour inhalation (les formulations F1 et F2) présentaient des propriétés aérodynamiques tout à fait attrayantes avec une fraction minimale de poudre déposée au niveau du tractus respiratoire supérieure et une fraction maximale de poudre déposée au niveau du tractus respiratoire inférieur où se localisent les tumeurs pulmonaires. De plus, l’ensemble des formulations ont montré que la fraction sélectionnée des particules fines des poudres sèches pour inhalation libérait 75% du témozolomide dans le liquide simulant le fluide pulmonaire endéans les dix premières minutes du test de dissolution in vitro adapté aux formes pulmonaires. <p>Enfin, nous avons comparé l’efficacité et la tolérance in vivo d’une de nos formulations de poudre sèche de témozolomide pour inhalation administrée soit sous forme de suspension, soit sous forme de poudre sèche, à l’aide du dispositif endotrachéal approprié chez la souris porteuse de pseudo-métastases pulmonaires. L’uniformité de la dose délivrée par les différents dispositifs a été évaluée à l’aide d’une technique quantitative validée. Les résultats de cette étude ont montré qu’en administrant une formulation de poudre sèche sous forme d’un mélange de poudres plutôt que sous forme d’une suspension liquide, les doses en témozolomide à administrer pour obtenir une efficacité comparable était au moins deux fois moins élevées. Cependant, le dispositif endotrachéal pour les formulations de poudre présentait plus de variabilité au niveau de la dose délivrée que le dispositif endotrachéal pour les formulations liquides ce qui induit une variabilité dans les doses délivrées. Pour clôturer ce travail, nous avons appliqué certaines techniques que nous avons développées pour le témozolomide à une nouvelle molécule de synthèse, le trivanillate polyphénolique 13c, qui montre des propriétés anticancéreuses intéressantes dans le cadre des tumeurs pulmonaires. En effet, une méthode quantitative a été développée et a été validée. Une étude de pré-formulation et des essais de formulation pour produire une suspension, des complexes d’inclusion et des microparticules lipidiques ont été entrepris avec de relativement bons résultats pour les complexes d’inclusion élaborés avec des gamma cyclodextrines qui permettaient d’augmenter la solubilité dans l’eau de la molécule de 13c d’un facteur d’au moins 1,5×106. De plus, les particules de 13c montraient la particularité de se solubiliser dans un mélange dichlorométhane/éthanol (1 :1 v/v) ce qui nous a permis d’élaborer des microparticules lipidiques pour lesquelles les propriétés de mouillage devront être améliorées dans l’avenir./<p>Primary lung tumors, mainly represented by non-small-cell lung cancers (cancers NSCLC), or secondary lung tumors (metastasis) cause the death of hundred thousand human beings worldwide. Despite the therapeutic modalities used, the five-year survival rate reaches only 15%. Nowadays, it is known that cancers NSCLC and metastasis are intrinsically resistant to apoptosis.<p>To overcome the main problems occurring with the systemic delivery of conventional chemotherapy which are mainly constituted of non-specific and non selective pro-apoptotic agents, we have developed some formulations based on non pro-apoptotic antineoplasic drugs which are designed to be delivered by a localized administration, the inhalation. Indeed, inhalation is the preferential route to treat the main pulmonary affections such as asthma, chronic obstructive pulmonary disease or cystic fibrosis.<p>The first part of this work consisted to produce and evaluate temozolomide-based formulations designed to be delivered to mice bearing pulmonary pseudo-metastases (using a experimental melanoma, the B16F10 model), either by the conventional intravenous (iv) route or by inhalation using an endotracheal device appropriate to mice. The suspension for inhalation was produced by means of a high pressure homogenizing technique using phospholipids compatible with the lungs to stabilize the suspension. The in vitro anticancer activity was evaluated for both temozolomide-based formulations in comparison with non-formulated temzolomide on three cancer cell lines, a human NSCLC cancer cells (A549), a human glioblastoma cancer cells (T98G) as positive control and a murine melanoma cancer cells (B16F10). The latter was used to generate lung tumors in mice by injecting the melanoma cells by iv. Reproducibility of delivered dose and generated aerosol by the endotracheal device from the suspension for inhalation and the deposition of droplets in the mouse lungs were precisely evaluated by means of a validated HPLC determination method, a laser diffraction technique and fluorescent microscopy and histological image analysis, respectively. Then, the tolerance and the antitumor efficacy of iv or inhaled temozolomide-based treatments were evaluated on mice bearing pulmonary pseudo-metastases B16F10. The results showed that endotracheal device produced reproducible doses and aerosols and that the aerosol droplets were deposited deeply in the mouse lungs. Moreover, the temozolomide-based treatments were well tolerated in terms of weight evolution and the inhaled based-temozolomide treatments were able to get the same antitumor efficacy in terms of median survival rate as the conventional iv based-temozolomide treatments delivered at a same frequency. Moreover with the group treated by inhalation three times a week during three consecutive weeks, 11% (3/27) mice survived with an almost complete eradication of lung tumors which was not observed with the groups treated by conventional route.<p>Then, the second part of our work consisted to produce temozolomide-based dry powders for inhalation able to be delivered with a dry powder inhaler for human use. We developed the dry powders for inhalation using a high-pressure homogenizing technique to micronize temozolomide particles and then spray-drying technique to coat temozolomide microparticles. The coating was either hydrophilic or lipophilic. Then, the physicochemical characteristics such as thermal or crystalline properties, the particle size distribution and the particle morphology were evaluated for the four dry powders for inhalation by means of differential scanning calorimetry, x-ray powder diffraction, laser light scattering and scanning electron microscopy, respectively. The in vitro pulmonary deposition and dissolution were respectively determined by European pharmacopeia assay for the aerodynamic assessment of fine particles using a multi-stage liquid impinger and by dissolution test optimized for inhaler products. The four formulations produced presented physicochemical properties promoting long-term stability of temozolomide and formulations.Moreover, two of them (dry powder without coating or with a thin lipid coating) showed attractive aerodynamic properties with a minimal fraction of powder deposited in the oropharyngeal and tracheal zones and maximal fraction deposited in the lungs (almost 50% of the nominal dose) where the lung tumors are localized. Moreover, fine particle fraction of all formulations showed a fast release and dissolution of temozolomide with more than 75% of temozolmide dissolved within 10 minutes in the simulated lung fluid during the in vitro dissolution test optimized for dry powders for inhalation.<p>Then, we compared the in vivo antitumor efficacy and tolerance of one of dry powders for inhalation on mice bearing pulmonary pseudo-metastases B16F10. The dry powder for inhalation was administered either by dispersing it as a extemporaneous suspension able to be delivered by the endotracheal device for liquid forms or by mixing it with a spray-dried diluent able to be delivered by the endotracheal device for dry powders. The uniformity of delivered dose by the different endotracheal device was evaluated by a validated quantitative method. The results showed that the delivery of the powder mixture presented the same antitumor efficacy as the extemporaneous suspension but for a half dose of temozolomide. However, the endotracheal device for dry powders presented a higher variability of delivered dose than the endotracheal device for liquid forms.<p>Finally, we apply the pulmonary application on a polyphenol developed in the Faculty of Pharmacy, the molecule 13c, that showed very interesting in vitro anticancer properties against lung tumors. So, a quantitative method was developed and was validated. A preformulation studie was performed and formulation developements are on-going.<p> / Doctorat en Sciences biomédicales et pharmaceutiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Smokeless powders are a set of energetic materials, known as low explosives, which are typically utilized for reloading ammunition. There are three types which differ in their primary energetic materials; where single base powders contain nitrocellulose as their primary energetic material, double and triple base powders contain nitroglycerin in addition to nitrocellulose, and triple base powders also contain nitroguanidine. Additional organic compounds, while not proprietary to specific manufacturers, are added to the powders in varied ratios during the manufacturing process to optimize the ballistic performance of the powders. The additional compounds function as stabilizers, plasticizers, flash suppressants, deterrents, and opacifiers. Of the three smokeless powder types, single and double base powders are commercially available, and have been heavily utilized in the manufacture of improvised explosive devices. Forensic smokeless powder samples are currently analyzed using multiple analytical techniques. Combined microscopic, macroscopic, and instrumental techniques are used to evaluate the sample, and the information obtained is used to generate a list of potential distributors. Gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) is arguably the most useful of the instrumental techniques since it distinguishes single and double base powders, and provides additional information about the relative ratios of all the analytes present in the sample. However, forensic smokeless powder samples are still limited to being classified as either single or double base powders, based on the absence or presence of nitroglycerin, respectively. In this work, the goal was to develop statistically valid classes, beyond the single and double base designations, based on multiple organic compounds which are commonly encountered in commercial smokeless powders. Several chemometric techniques were applied to smokeless powder GC-MS data for determination of the classes, and for assignment of test samples to these novel classes. The total ion spectrum (TIS), which is calculated from the GC-MS data for each sample, is obtained by summing the intensities for each mass-to-charge (m/z) ratio across the entire chromatographic profile. A TIS matrix comprising data for 726 smokeless powder samples was subject to agglomerative hierarchical cluster (AHC) analysis, and six distinct classes were identified. Within each class, a single m/z ratio had the highest intensity for the majority of samples, though the m/z ratio was not always unique to the specific class. Based on these observations, a new classification method known as the Intense Ion Rule (IIR) was developed and used for the assignment of test samples to the AHC designated classes. Discriminant models were developed for assignment of test samples to the AHC designated classes using k-Nearest Neighbors (kNN) and linear and quadratic discriminant analyses (LDA and QDA, respectively). Each of the models were optimized using leave-one-out (LOO) and leave-group-out (LGO) cross-validation, and the performance of the models was evaluated by calculating correct classification rates for assignment of the cross-validation (CV) samples to the AHC designated classes. The optimized models were utilized to assign test samples to the AHC designated classes. Overall, the QDA LGO model achieved the highest correct classification rates for assignment of both the CV samples and the test samples to the AHC designated classes. In forensic application, the goal of an explosives analyst is to ascertain the manufacturer of a smokeless powder sample. In addition, knowledge about the probability of a forensic sample being produced by a specific manufacturer could potentially decrease the time invested by an analyst during investigation by providing a shorter list of potential manufacturers. In this work, Bayes* Theorem and Bayesian Networks were investigated as an additional tool to be utilized in forensic casework. Bayesian Networks were generated and used to calculate posterior probabilities of a test sample belonging to specific manufacturers. The networks were designed to include manufacturer controlled powder characteristics such as shape, color, and dimension; as well as, the relative intensities of the class associated ions determined from cluster analysis. Samples were predicted to belong to a manufacturer based on the highest posterior probability. Overall percent correct rates were determined by calculating the percentage of correct predictions; that is, where the known and predicted manufacturer were the same. The initial overall percent correct rate was 66%. The dimensions of the smokeless powders were added to the network as average diameter and average length nodes. Addition of average diameter and length resulted in an overall prediction rate of 70%.

The method of introduction of metals to nanopowder, and made on their basis of compacts - impregnation in solution which contains necessary impurity is studied. This method is simple and effective, and also allows to vary the maintenance of a dopant in material. Microphotos of a surface of the studied samples are received on the scanning electronic microscope of Zeiss Sigma VP. The analysis of fragments of structure of solid bodies is made on the specialized software of SIAMS 700 (SIAMS Photolab complex). The average size of particles ceramics aluminum oxide with the entered metals was measured in work and distribution by the sizes is constructed. / Изучен метод допирования нанопорошков и изготовленных на их основе компактов - пропитка в растворе, который содержит необходимую примесь. Данный метод прост и эффективен, а так же позволяет варьировать содержание допанта в материале. Микрофотографии поверхности исследуемых образцов получены на сканирующем электронном микроскопе Zeiss Sigma VP. Анализ фрагментов структуры твердых тел выполнен на специализированном программном обеспечении SIAMS 700 (комплекс SIAMS Photolab). В работе был измерен средний размер частиц керамик оксида алюминия допиированных металлами и построено распределение по размерам.

This qualification work consist of 123 pages, 30 pictures, 13 tables, 61 references and 2 appendixes. Object – Additive manufacturing in metallurgy. Subject – Organizational, technical and economic relations arising in the manufacturing processes of products based on additive technologies. The main purpose is developing of recommendations for involving the additive technologies taken into account business processes’ changes and production activities’ reflections of economic models. Research objectives: 1 Studying the influence of additive technologies on economic development in Russia and abroad. Identifying the main application branches of manufacturing. 2 Determination the current trends in additive technologies’ progress. Characterization the main processes and specifications. 3 Creating strategic elements for implementing the additive technologies, making aspects of business processes and functional economic models. Scientific novelty lies in the forming the upgraded supply chain at the areas of internal and external environment, and working-out universal business model of companies’ activities in the case of involving the additive technologies. Investment projects were calculating for comparison between the SLM and EBM technologies. Indicators of investment attractiveness of these technologies are presented. A method has been developed that allows to assess the ability of companies to introduce additive technologies, which has an advisory nature. / Выпускная квалификационная работа магистранта содержит 123 с, 30 рис., 13 табл., 61 библиографический источник, 2 приложения. Объект исследования – аддитивные технологии в металлургии. Предмет исследования – организационно-технические и экономические отношения, возникающие в процессе изготовления изделий на основе аддитивных технологий. Целью диссертационной работы является разработка рекомендаций по внедрению аддитивных технологий в металлургическое производство с учетом изменений в бизнес-процессах и экономических моделях, отражающих производственную деятельность предприятий. Цель обусловила ряд следующих задач: 1 Изучить влияние аддитивных технологий на экономическое развитие в России и за рубежом, обозначить основные перспективы их применения в различных отраслях экономики. 2 Определить современные тенденции развития аддитивных технологий в металлургии, охарактеризовать основные технологические процессы и их параметры. 3 Разработать элементы стратегии внедрения аддитивных технологий с учетом изменения в бизнес-процессах и экономических моделях функционирования организаций. Дано описание процессов аддитивного производства. За основу были взяты наиболее изученные технологии – процессы SLM и EBM, применительно к производству изделий из сплава Ti-6Al-4V и его отечественного аналога, сплава ВТ6. Приведены аспекты влияния аддитивных технологий на изменения в цепочках поставок и бизнес-моделях функционирования организации. Произведены расчеты инвестиционных проектов представленных технологий аддитивного производства. Представлен механизм оценки возможности организации к внедрению аддитивных технологий, имеющий рекомендательный характер.

La fusion sélective par laser (Selective Laser Melting, SLM), une des techniques de la fabrication additive (AM), permet la production de pièces en trois dimensions (3D) de formes complexes directement à partir de poudres métalliques. Elle présente de nombreux avantages significatifs par rapport aux méthodes traditionnelles de fabrication mais se heurte encore à une faible disponibilité des matériaux en poudre.Le travail effectué dans cette étude a donc consisté à étudier et à développer un nouveau moyen pour réaliser in situ des pièces en alliages et en composites à partir de mélanges de poudres.Au niveau expérimental le choix s’est porté sur le système Fer-Aluminium et sur un renforcement par des particules de SiC.Les essais ont permis de constater que dans le processus de fabrication de pièces par SLM la puissance du laser et la vitesse de balayage déterminent au premier chef la densité, la microstructure, la composition de phase et les propriétés mécaniques.À partir d’un mélange de poudres, des phases intermétalliques ont été obtenues en contrôlant les paramètres SLM. Un traitement thermique ultérieur influence les paramètres cristallins, le degré d’ordre et les propriétés mécaniques des pièces ainsi formées.Avec l’utilisation de poudres préalliées, un phénomène de texture a été observé prenant la forme de grains allongés/colonnaires orientés dans la direction de construction.Le renforcement de la matrice de fer par des particules de SiC de différentes tailles conduit à une modification structurale avec la formation de produits d’interaction, perlitie et martensite, conduisant à une amélioration de la résistance à la traction par rapport au Fe pur. / Selective laser melting (SLM), as one of the additive manufacturing (AM) technologies, enables the production of three dimensional (3D) complex parts directly from metal powders. It offers many significant advantages compared with traditional manufacturing methods; however it faces a limited availability of powder materials.The work done during this study consisted in investigating and developing a new way of in situ producing alloys and composites from powder mixtures.The iron-aluminum system and reinforcement by SiC particles were considered.Experiments have shown that the laser power and scanning speed primarily determine the density, microstructure, phase composition and mechanical properties in the manufacturing process of SLM parts.Using pre-alloyed powders, a phenomenon of texture was observed in the form of elongated/columnar grains oriented in the building direction.Using powder mixtures, intermetallic phases were obtained by controlling the SLM parameters. A heat treatment influences the crystal parameters, the degree of order and the mechanical properties of the formed parts.The reinforcement of the iron matrix by SiC particles of several sizes leads to a structural change with the formation of interaction products, perlite and martensite, leading to an improvement in tensile strength compared to pure Fe.