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Detection of chromium and vanadium is of interest for biomedical and environmental applications. The two metals have narrow limits between being essential and toxic for humans. Ultra-sensitive techniques have been studied to measure Cr and V at low concentrations found in human blood and environmental samples. Bismuth film and mercury-alloy electrodes have been developed as alternatives to traditional Hg-based electrodes for Cr and V detection. While catalytic adsorptive stripping voltammetry (CAdSV) has been used to detect Cr and V, little is known about the process. The mechanisms of CAdSV have been probed to provide a better understanding of its exceptional sensitivity and selectivity. Near-real time monitoring of plume gas constituents is desired as a diagnostic tool for combustion efficiency, ensuring safe testing conditions and observing releases of green house gasses. Ground testing rockets is a crucial preliminary step that ensures their performance during critical space missions. Optical sol-gel sensors for carbon dioxide have been developed for remote sensing applications. They are inexpensive and are compatible with the harsh environments encountered during rocket plume tests. The sensors are a viable approach to compliment current infrared (IR) measurements for real-time carbon dioxide detection. Additional work on kerosene and isopropyl alcohol sensing has been explored for incorporation into a multi-analyte sensing platform.

Ce travail présente la préparation et la caractérisation de matériaux hybrides organiques<br />inorganiques pour applications en la photonique. La théorie associée à la préparation des<br />matériaux est décrite et quelques résultats d'autres travaux déjà publiés concernant ces<br />matériaux sont présentés. La structure du matériau obtenu après hydrolyse et condensation est<br />détaillée en présence de différentes quantités de zirconium. Les analyses de rayons X mettent<br />en évidence les particules qui formant ce matériau et l'influence du zirconium sur la forme de<br />cette particule. La spectroscopie dans la région de l'infrarouge a permis l'étude des liaisons<br />caractéristiques du matériau et les modifications structurelles liées à l'ajout de la phase<br />inorganique. Les caractéristiques du matériau ont été analysées par résonance magnétique<br />nucléaire. Les caractéristiques spectroscopiques du matériau sont détaillées, notamment la<br />luminescence intrinsèque du matériau et l'influence du zirconium. On montre que<br />l'introduction de l'ion europium confère de nouvelles propriétés et permet aussi une évaluation<br />structurelle complémentaire du matériau. Diverses applications du matériau étudié sous la<br />forme de couches minces sont présentées. Nous avons obtenu des réseaux de diffraction par<br />holographie, par lithographie, et également un effet laser à contre-réaction répartie dans des<br />films dopés avec la rhodamine 6G.

Despite the plethora of information regarding cellular crowding and its importance on modulating protein function the effects of confinement on biological molecules are often overlooked when investigating their physiological function. Recently however, the encapsulation of biomolecules in solid state matrices (NafionTM, sol-gels, zirconium phosphate,etc.) has increased in importance as a method for examining protein conformation and dynamics in confined space as well as novel applications in biotechnology. Biotechnological applications include, but are not limited to, bioremediation, biosensors, biocatalysts, etc. In order to better utilize solid state materials as substrates for biological molecules an understanding of the effects of encapsulation on the detailed dynamics associated with physiological function is required as well as a complete characterization of the physical properties associated with the space in which the biological molecule is to be confined. The focus of this research is to probe the effects of confinement on the thermodynamics of ligand photo-release/rebinding to the prototypical heme protein, myoglobin, encapsulated within sol-gel glasses utilizing photoacoustic calorimetry (PAC) and photothermal beam deflection (PBD). Optical spectroscopies (including optical absorption and fluorescence) have also been employed to characterize the molecular environments of materials including Zr-phosphate and metal organic polyhedral (MOPs), thought to be good candidates for novel bio-hybrid materials. The assembly mechanisms associated with MOPs were also examined in order to develop a foundation through which new, bio-compatible MOPs can be designed. Overall the results presented here represent a technological breakthrough in the application of fast calorimetry to the study of proteins in confined space. This will allow for the first time the acquisition of detailed thermodynamic maps associated with the well-choreographed biomolecular dynamics in confined environments.

La première source laser solide à base de polymère dopé par des colorants organiques a été obtenue dans les années 1970, mais jusqu'à la fin du vingtième siècle, peu d'avancées ont été faites. La recherche de sources laser à colorants solides intégrées s'est beaucoup développée ces dernières années grâce à l'avènement de matériaux polymères organiques 'classiques' et hybrides organo-minéraux 'sol-gels' de meilleure qualité.Dans ces travaux, la caractérisation des matériaux est effectuée en termes de propriétés spectrales et de photostabilité des matériaux polymères dopés par des colorants organiques. L'influence sur les propriétés du matériau de l'environnement de la molécule de colorant et du viellissement est discutée.L'application de ces matériaux à la réalisation de sources laser intégrées est faite. Les performances des couples colorant-matrice en terme d'efficacité, de durée de vie en régime de train d'impulsions laser et d'accordabilité en longueur d'onde à l'aide de l'effet de rétroaction distribuée, sont mesurées.Enfin, la comparaison des mesures de caractérisation des matériaux en couches minces et des performances système en régime laser intégré, permet l'identification des paramètres agissant sur ces dernières. Notamment, la présence d'une forte absorption résiduelle dans la bande de fluorescence diminue l'efficacité laser des échantillons, et une bonne conduction thermique dans le matériau permet d'augmenter sa durée de vie en régime laser en limitant la thermodégradation des molécules de colorant. Des compromis sont, de plus, à faire pour la rigidité de la matrice, qui augmente le gain, mais aussi les pertes de propagation dans les matériaux.

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