Les métalloprotéinases de matrice (MMPs) sont des enzymes impliquées dans la restructuration tissulaire et la migration cellulaire. La MMP-2, en particulier, a été reconnue comme biomarqueur de la progression ou du pronostic de plusieurs pathologies, comme l'arthrite, l'athérosclérose, l'infarctus et le cancer. Son rôle exact est mal caractérisé. Pour ces raisons, il est important de développer des outils pour nous permettre d'étudier la MMP-2 de manière spécifique et non invasive. Actuellement, il existe une grande quantité de sondes optiques (imagerie optique), d'agent de contrastes (imagerie par résonance magnétique) et de radiotraceurs (tomographie d'émission par positrons et tomographie d'émission monophotonique) ciblant les MMPs. Par contre, aucune de ces molécules ne permet de quantifier spécifiquement l'activité MMP-2, particulièrement envers la MMP-9 qui possède des substrats similaires. De plus, la plupart des études publiées sur le sujet sont incomplètes. Cette Thèse résume nos progrès dans le développement de molécules permettant de cibler spécifiquement et d'effectuer l'imagerie de la MMP-2. Toutes les molécules testées sont activées rapidement par la MMP-2 et se révèlent sélectives in vitro par rapport aux MMP- 3, MMP-7 et MMP-9. Tout d'abord, un agent de contraste (PCA2-switch) est évalué dans un modèle de tumeur sous-cutanée chez la souris et nous permet de différencier entre des tumeurs possédant des niveaux d'activité faible ou élevé de la MMP-2. Nous explorons ensuite une série de sondes fluorescentes activables, dont l'une permet l'obtention de résultats prometteurs in vitro (haut rendement de l'atténuation et haute spécificité d'activation par la MMP-2 par rapport à la MMP-9). Toutefois, cette sonde ne se révèle pas spécifiques in vivo - plutôt, toutes les sondes testées résultent en l'obtention d'une distribution similaire à la distribution d'une molécule contrôle (non spécifique). L'une des principales limitations du domaine de l'imagerie des MMPs est le manque de contrôle pour différencier la captation et l'activation spécifique de la captation non spécifique des molécules testées. La dernière section de cette Thèse inclut une étude de captation tumorale dans un modèle de tumeur sous-cutanée et de radiothérapie. Cette étude met en évidence l'implication de la captation non spécifique dans le signal observé en imagerie.

Les travaux présentés dans cette thèse contribuent au développement du contrôle non destructif des conduits de précontrainte extérieure dans les ouvrages d'art. Une sonde capacitive a été développée pour ausculter ces conduits. L'objectif est d'en améliorer le diagnostic.Dans un premier temps, une cellule de mesure en transmission coaxiale a été développée pour caractériser les matériaux présents dans le conduit sur la bande de fréquence 50 MHz - 1 GHz. Le ciment, les produits de la ségrégation du ciment et la cire d'injection ont été étudiés.La deuxième partie du travail exploite ces résultats dans une modélisation directe du problème global. Une étude paramétrique nous a permis de proposer une méthode d'estimation de l'épaisseur de vide à l'intérieur du conduit à partir des signaux délivrés par la sonde, qui a pu être validée sur une maquette de conduit. A partir de ces résultats sont proposées plusieurs améliorations du dispositif visant à l'obtention de signaux plus riches issus des capteurs, afin de pouvoir estimer un plus grand nombre de paramètres.

Zugl.: Hannover, Univ., Diss., 2007

Techn. Univ., Diss., 2005--Darmstadt

L’atomisation assistée est un procédé de formation d’un spray de gouttelettes issu d’une nappe liquide sous l’action d’un courant gazeux à forte vitesse dans un injecteur. Ce procédé est très utilisé dans de nombreuses applications industrielles. Nous étudions la succession d’instabilités hydrodynamiques qui génère les gouttes du spray à l’aide d’une méthode LIF pour mesurer la fréquence des vagues et d’une sonde optique pour la granulométrie des gouttes. Nous validons expérimentalement un nouveau modèle de stabilité linéaire inviscide pour l’instabilité de cisaillement, intégrant un profil de vitesse avec déficit à l’injection. Des simulations numériques et un modèle spatio-temporel de stabilité linéaire sont utilisés pour mettre en avant de nouveaux mécanismes de déstabilisation, de croissance des vagues et de création de gouttes. Les lois d’échelles connues prédictives du diamètre moyen des gouttes en fonction du Weber gaz sont testées pour de nouvelles variables d’étude. / Assisted atomization is a process used to form a spray of droplets. A slow liquid phase is strippedby the action of a strong gas current in order to generate the spray. This process is used in manyindustrial applications. We study the succession of hydrodynamic instabilities generating dropletsby means of a LIF method to measure the frequency and growthrate of waves, and with an opticalprobe to measure drop size and velocity. We validate experimentally a model including an interfacialvelocity deficit in the inviscid stability analysis. Experiments are compared to numerical simulationsand spatiotemporal stability analysis results : the confrontation of these three approaches is used tobring forward new mechanisms of destabilization, growth of waves and creation of drops. We assessthe influence of liquid thickness and dynamic pressure ratio on the dependency of the mean dropletdiameter with the Weber number.

La fibrillation anormale de la protéine tau est un phénomène présent dans de nombreuses maladies neurodégénératives, dont la maladie d’Alzheimer, et conduit à la formation de fibres amyloïdes appelées dégénérescences neurofibrillaires. L’utilisation de molécules organiques capables de marquer ces fibres ou d’inhiber leur formation revêt un intérêt à la fois diagnostic et thérapeutique dans la maladie d’Alzheimer. Une série d’aurones a été synthétisée et leur capacité à interagir et interférer avec le processus de fibrillation a été évaluée in vitro sur des modèles de fibres de tau développés ou optimisés lors de ce projet. Ce travail a permis de montrer que des aurones polyhydroxylées sont capables d’agir comme sonde et/ou comme inhibiteur du processus de fibrillation. Afin d’élargir les applications possibles des aurones, la ligation d’aurones avec des biomolécules ou encore leur radiomarquage a également été évaluée. / The fibrillation of the tau protein occurs in many neurodegenerative diseases, including Alzheimer’s disease, and leads to the formation of amyloid fibres called neurofibrillary tangles. Using organic molecules able to mark these fibres or inhibit their formation provides an interest both in diagnosis and therapy in Alzheimer’s disease. A series of aurones was synthesized and their ability to interfere with the fibrillation process was evaluated in vitro on models of tau fibres developed in this project. This work shows that polyhydroxylated aurones are able to act both as probes and as inhibitors of the fibrillation process. The ligation of these aurones with biomolecules or their radiolabelling has also been investigated.

L’ADN est une molécule biologique essentielle, assurant le support et le transfert de l’information génétique des êtres vivants, et impliquée dans de nombreux processus d’interactions. L’élaboration d’outils moléculaires efficaces capables d’interagir avec l’ADN et de mettre en évidence cette interaction est donc un domaine de recherche d’intérêt majeur pour la compréhension d’événements biologiques essentiels et pour le diagnostic médical. Grâce à leurs propriétés spectroscopiques et magnétiques particulières, les ions lanthanides (Ln3+) s’avèrent être d’excellents candidats dans l’élaboration de telles sondes. En effet, la luminescence des ions Tb3+ et Eu3+ est très intense avec des bandes d’émission fines et caractéristiques dans le visible, et permet une détection résolue en temps grâce à de longs temps de vie de luminescence. L’ion Gd3+, grâce à un moment magnétique de spin très élevé et à un temps de relaxation électronique relativement long, possède des propriétés magnétiques particulièrement intéressantes pour augmenter la relaxation paramagnétique nucléaire des protons de l’eau.Ce travail de thèse a consisté à exploiter les propriétés des lanthanides au sein de peptides optimisés pour complexer ces ions, et fonctionnalisés par une unité de reconnaissance de l’ADN. Les complexes de Gd(III) développés sont de puissants outils capables de mettre en évidence l’interaction avec l’ADN en induisant une augmentation significative de la relaxivité aux champs intermédiaires. Celle-ci est caractéristique de l’augmentation du temps de corrélation rotationnelle inhérente à la formation de l’adduit complexe-ADN. Par ailleurs, les complexes de Tb(III) comportant un sensibilisateur de cet ion et une unité de reconnaissance de l’ADN ont permis l’obtention de sondes efficaces de l’ADN aux propriétés d’émission optimisées. Un choix judicieux du trio « unité de reconnaissance – sensibilisateur - lanthanide » permet d’éteindre la luminescence du lanthanide en absence d’ADN et de l’augmenter suite à l’interaction avec cet acide nucléique. Ces sondes luminescentes sont également capables d’induire une augmentation de la luminescence centrée sur le métal suite à leur interaction avec d’autres acides nucléiques. / DNA is an essential biomolecule, which ensures the support and the transfer of the genetic information in all organisms, and is involved in many interaction processes. The development of effective molecular tools interacting with DNA and highlighting this interaction is a field of research of high relevance, in order to understand essential biological events and for medical diagnostics. Thanks to their unique spectroscopic and magnetic properties, lanthanide ions (Ln3+) have proved to be very promising candidates in the design of such probes. In fact, luminescence of Tb3+ and Eu3+ is highly sensitive with narrow and specific emission bands, and is time-resolved with long luminescence lifetimes. Gd3+ ion, thanks to a high spin magnetic moment and a long electronic relaxation time, has interesting magnetic properties to enhance the nuclear paramagnetic relaxation of water protons.In this work, we take advantage of lanthanides’ properties within peptides, optimized for complexing these ions, and functionalized with a DNA binding unit. Developed Gd3+ complexes are powerful tools that can highlight the interaction with DNA, thanks to a significant increase of relaxivity at intermediate fields. This one is characteristic of the increase of the rotational correlation time inherent to the formation of the complex‑DNA adduct. Moreover, the Tb3+ complexes include a sensitizer of this ion and a DNA binding unit, allowing the conception of effective DNA probes with optimized emission properties. A judicious choice of the trio “DNA binding unit – sensitizer – lanthanide” allows to switch off the lanthanide luminescence without DNA and to turn it on after interaction with this nucleic acid. These luminescent probes are also able to induce an increase of the metal-centered luminescence after interaction with other nucleic acids.

Ce travail s’inscrit dans le programme de recherche sur les réacteurs nucléaires de « génération IV » à caloporteur sodium. Un des verrous technologiques à lever concerne le contrôle de la corrosion des matériaux (matériaux de structure, gaines des combustibles, etc.) par le sodium liquide. Un des paramètres clé est la teneur en oxygène dissous dans le caloporteur. Cette thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation de matériaux céramiques de type ThO2 dopé avec Y2O3 pour la réalisation de sondes potentiométriques à oxygène utilisables dans le sodium liquide. Des travaux ont été effectués et des sondes ont été testées par le passé, cependant les sondes présentaient généralement, à l’époque, une absence de fiabilité dans le temps. L’objectif de cette thèse est d’élaborer et de caractériser des électrolytes à base d’oxyde de thorium dopé à l’oxyde d’ytrium à l’aide de techniques de synthèse permettant de contrôler la pureté, la taille des grains, la compacité, etc. Pour mettre en place les protocoles expérimentaux une céramique modèle a été choisie, la cérine dopée à l’oxyde d’yttrium. Les processus de transport ont été étudiés à l’aide de la spectrocopie d’impédance. Une interprétation des phénomènes de blocage de la conduction ionique dans les deux céramiques étudiées en fonction de la pression partielle d’oxygène a pu être proposée. / This PhD thesis was prepared within the framework of the research program on "Generation IV" nuclear reactors with sodium as coolant. One of the main technological problem concerns the control of the corrosion processes of the materials (structural materials, fuel claddings, etc.) by liquid sodium. A key parameter is the dissolved oxygen content in the coolant. This thesis focuses on the development and characterization of ceramic materials based on ThO2 doped with Y2O3 for making potentiometric oxygen sensor used in liquid sodium. Work has been carried out and probes were tested in the past, however, the probes had at the time, a lack of reliability. The objective of this thesis is to develop and characterize electrolytes based on thorium oxide doped with yttrium oxide using specific synthesis techniques to control purity, grain size, compactness, etc. To develop experimental protocols a ceramic model has been chosen, i.e., yttria-doped ceria. Transport processes were studied using the impedance spectroscopy technique. An interpretation of the blocking phenomena of the ionic conduction in both ceramics as a function of the oxygen partial pressure has been given.

Cette thèse se décompose en deux parties. Dans la première, nous nous intéressons au premier champ critique, Hc1, du titanate de strontium, que nous mesurons à l’aide d’un réseau de microsondes de Hall taille dans un gaz bidimensionnel. La valeur du premier champ critique nous permet alors d’évaluer la densité superfluide à six différents dopages couvrant l’ensemble du dôme supraconducteur. À bas dopage, nous trouvons que celle-ci correspond à la densité de porteurs dans l’état normal tandis qu’au-delà du dopage optimal, celle-ci chute drastiquement. En plaçant nos résultats dans le contexte de la loi de Homes, nous voyons que cette chute s’explique par l’entrée dans la limite sale. Un lissage multibande de Hc1(T), dans ce contexte semble également indiquer que la supraconductivité émerge de la bande la plus basse et est seulement induite dans les deux autres bandes. Dans la seconde partie, nous regardons l’évolution de la densité de porteurs, n, du cuprate Nd-LSCO. Nous mesurons ainsi six échantillons de dopages proches du point critique pseudogap, p*, via trois sondes de transport : effet Hall, résistivité et effet Seebeck. Nous trouvons que n chute de 1+p a p a l’entrée dans la phase pseudogap. En comparant les différentes sondes, nous montrons que cette chute est due à une reconstruction de la surface de fermi et qu’il existe sûrement des poches d’électrons et de trous juste en dessous de p*. Ceci est en accord, entre autres, avec un scénario antiferromagnétique. Finalement, nous trouvons que la mobilité est inchangée à l’entrée dans la phase pseudogap et que les mesures de transports semblent insensibles à la divergence de la masse effective vue par chaleur spécifique.

Les sondes basées sur des résonateurs en quartz sont des capteurs disposant d'une autonomie en termes d'excitation et d'acquisition, et à cet égard présentent de nombreux avantages par rapport aux poutres cantilever qui ont jusqu'à présent dominé dans les applications de micro-caractérisation directe. Un de ces avantages est qu'elles peuvent êtres embarquées et calibrées sans recours à un système de déflection laser. Ces outils plus compacts et autosuffisants peuvent en conséquence être aisément intégrés et contrôlés au sein d'un microscope électronique à balayage, qui permet une observation globale rapide souvent privilégiée dans la recherche en micro-robotique. Le développement de ces sondes est de plus avantagé de par le fait qu'elles sont constituées de composants électroniques standards répandus dans le commerce, et qu'elles peuvent être adaptées à des usages spécifiques par l'ajout d'une micro-pointe. Les sondes de quartz dans la littérature sont cependant souvent basées sur des composants à fréquence d'oscillation limitée, et une plus grande vitesse d'opération serait utile à l'ensemble de leurs applications. C'est dans ce contexte que nous nous intéressons à des composants à plus haute fréquence, et au contrôle de sondes dans un microscope électronique propre à leur utilisation ciblée en micro-robotique et en imagerie. Les propriétés de ces sondes sont tout d'abord examinées dans le but de pouvoir évaluer et exploiter des résonateurs à plus haute fréquence; nous montrons ensuite que des sondes basées sur des résonateurs à cisaillement d'épaisseur atteignent de plus hautes vitesses en imagerie, ce qui les rend prometteuses pour des applications rapides ne requérant pas une haute résolution. Enfin, nous intégrons une sonde diapason dans un MEB, et établissons ainsi une preuve de concept pour la cartographie en raideur de micro-membranes fragiles. / As self-sensing and self-exciting tools, quartz probes present many advantages over the heretofore dominant silicon cantilevers for mechanical micro-sensing applications. One of these advantages is that they can be embedded and calibrated without the need for a laser deflection setup. The more compact and self-sufficient tools can therefore be readily integrated and controlled with Scanning Electron Microscopy, which is favoured at the smaller scales of micro-robotic research. More generally, the development and use of quartz probes is bolstered by the fact that they can be fabricated from widely commercialized quartz components and customised through the addition of a microtip. The quartz probes found in the literature are however largely based on components with limited oscillation frequencies, and could benefit from higher operating speeds. In this context, we address the frequency improvement and embedded control of AFM probes with regard to their use in targeted micro-robotics and imaging. The properties of quartz probes are first covered towards the evaluation and use of higher frequency components; we next demonstrate that faster scanning can be achieved with quartz probes made from thickness shear resonators, making them suitable for fast applications which do not require high sensitivity. Lastly, we integrate a tuning fork probe inside a SEM, and establish through it a proof of concept for the non-destructive stiffness mapping of fragile micro-membranes.