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Thèse ou mémoire avec insertion d’articles. / Les maladies cardiométaboliques affectent de nombreuses populations à l'échelle mondiale, notamment les populations autochtones qui résident dans le nord du Canada. Des travaux scientifiques récents suggèrent que ces maladies peuvent avoir été causées en partie par des perturbations du microbiote intestinal. Le profilage métabolique d'acides biliaires (AB) est un moyen reconnu pour analyser le microbiote. Cependant, ces analyses sont principalement effectuées a posteriori sur des échantillons fécaux et ne fournissent aucune information spatiale ou temporelle sur les variations métaboliques au sein du tractus gastro-intestinal. Le présent projet vise à développer une méthode de détection sélective aux AB basée sur la spectroscopie Raman exaltée en surface (SERS), une technique d'identification moléculaire. Les capteurs développés à partir de cette méthode permettront une étude en temps réel du microbiote avec une résolution spatiale et temporelle inégalée. La spectroscopie Raman est une technique d'identification moléculaire non invasive et non destructive qui produit un spectre hautement spécifique avec diverses bandes corrélées à la structure moléculaire de l'échantillon. Il est possible d'améliorer sa sensibilité de détection en utilisant une surface métallique nanostructurée amplificatrice de signal, ce qui permet de mesurer différentes espèces moléculaires dans des concentrations réduites et un temps de mesure relativement court. La combinaison du SERS avec des méthodes d'apprentissage machine permet dans certains cas d'augmenter davantage les capacités de détection et de classification. Afin de détecter les AB, un microscope confocal Raman à balayage laser a été construit en laboratoire. Des substrats actifs en SERS et sélectifs aux AB ont par la suite été développés en immobilisant des nanoétoiles d'or sur des lamelles de verre. Afin de réaliser une analyse approfondie avec des algorithmes d'apprentissage machine, une base de données spectrales a été conçue en mesurant plusieurs spectres SERS provenant d'AB individuelles ou de mélanges d'AB, et ce dans diverses matrices moléculaires. Un modèle du type « réseau de neurones convolutif » a été entraîné et jumelé à plusieurs techniques de traitement spectral et d'augmentation des données afin d'effectuer la classification de différentes espèces d'AB à partir de leur spectre. Le modèle résultant a été appliqué avec succès sur cinq espèces d'AB et validé à différentes concentrations. / Cardiometabolic diseases are affecting many populations worldwide, including indigenous populations residing in northern Canada. Recent scientific evidence suggests that these diseases may be caused in part by disorders of the gut microbiota. Bile acid (BA) metabolic profiling is a recognized method for analyzing the gut microbiota. However, these analyses are mostly performed on fecal samples and do not provide any spatial or temporal information on metabolic variations in the gastrointestinal tract. The present project aims to develop an AB-selective sensing method based on Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS), a molecular identification technique. The resulting sensors will allow a real time study of the microbiota with an unmatched spatial and temporal resolution. Raman spectroscopy is a non-invasive and non-destructive molecular identification technique that produces a highly specific spectrum with various bands correlated to the molecular structure of the sample. Its detection sensitivity can be improved using a signal enhancing nanostructured metal surface, which allows the measurement of various chemical species at lower concentrations and/or shorter measurement times. Combining SERS with machine learning methods can, in some cases, increase even further detection and classification capabilities. In order to detect ABs, a confocal laser scanning Raman microscope was built in the laboratory. AB-selective SERS active substrates were developed by immobilizing gold nanostars on glass coverslips. In order to perform an extensive analysis with machine learning algorithms, a database of spectra was developed by measuring several SERS spectra from individual ABs or mixtures of ABs in various molecular matrices. A convolutional neural network model was trained and combined with several spectral processing and data augmentation techniques to perform classification of different BA species based on their spectra. The resulting model was successfully applied to five species of BA and validated at different concentrations.

L'oxyde nitrique (NO), un important messager biologique, est biosynthétisé par une hémoprotéine nommée Oxyde Nitrique Synthase (NOS). Il est produit par une réaction d'oxydation du groupement guanidino de la L-arginine en Nm -hydroxy-L-arginine, qui est ensuite elle-même oxydée en NO et en L-citrulline. Chez les mammifères, deux types de complexes oxygénés formés durant la catalyse par les NOS ont été identifiés: hème-oxy 1 (Bande de Soret centrée à 420 nm) et hème-oxy 2 (Bande de Soret centrée à 430 nm). On sait que hème-oxy 2 possède un caractère ferrique superoxyde (Fe -O2"), puisqu'il a déjà été caractérisé en spectroscopie de résonance Raman. Cependant, peu d'informations sont connues sur le complexe hème-oxy 1. Dans le but de caractériser la nature de complexe hème-oxy 1 ansi que certains intermédiaires impliqués dans le mécanisme de catalyse des NOS, ce dernier a été l'objet d'études en spectroscopie de résonance Raman.

À ce jour, quelques biocapteurs ont été proposés pour mesurer rapidement et facilement les caractéristiques et les propriétés des microrganismes individuels membres d'une population hétérogène, mais aucune de ces approches ne s'est avérée être adéquate pour effectuer des mesures directement sur le terrain. Les biocapteurs pour les organismes microscopiques nécessitent généralement une sensibilité ou une spécificité extrême, qui sont difficiles à combiner avec un dispositif général portatif. Cette étude propose un dispositif portatif basé sur la cytométrie de flux d'impédance qui peut détecter et quantifier le diamètre de microbilles de tailles supérieure à 50 µm directement sur le terrain, tout en présentant un faible coût, une taille réduite, une basse consommation de puissance, et une simplicité de conception et d'opération qui maximise le potentiel de l'impression 3D et de la fabrication industrielle de circuits imprimés. Un exemple est offert afin de démontrer les capacités du capteurs pour de larges échantillons, avec un jeu de données contenant 2380 microbilles détectées de tailles entre 50 µm et 90 µm. / To this day, a couple of biosensors have been proposed to quickly and easily measure the features and properties of individual microorganisms member of an heterogeneous population, but none of these approaches were adequate candidates to perform measurements directly in the field. Biosensors for micron-scale organisms generally require extreme sensitivity or specificity, which are difficult to combine with a portable general device. This study proposes a portable device based on Impedance Flow-Cytometry that can detect and quantify directly in the fields the size and velocity of microbeads of size bigger than 50 µm, while boasting a low cost, low size, low power, and simplicity of design and operation utilizing the potential of 3D-printing and industrial PCB fabrication. An example is provided for a Big Data application from a sampled dataset containing 2380 successfully detected microbeads of sizes between 50 µm and 90 µm.

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Les substances humiques sont des macromolécules possédant de nombreux sites pouvant chélater les métaux. De petites molécules organiques de faibles masses molaires leur sont associées. Bien que minoritaires, elles sont plus mobiles dans les sols et constituent un vecteur essentiel dans le transport des métaux. Les spectroscopies UV - visible et de fluorescence ont permis de déterminer la composition et la stabilité des complexes formés entre l'acide caféique et Al (III) en milieu aqueux à pH 5 et 6,5. On constate qu'une augmentation de pH favorise les complexes de haute stoechiométrie. La complexation d'Al (III) par l'acide humique et la compétition entre cette macromolécule et l'acide caféique ont également été étudiées. Lors de la complexation du métal sur l'acide humique, l'extinction de la fluorescence a permis de déterminer la constante de Stern Volmer. Une interaction entre les deux acides ainsi qu'un partage d'Al (III) pour arriver à un état quasi équilibré ont été observés.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le travail sur le ZnO:Co rapporté dans ce manuscrit, donne une meilleure compréhension des interactions d'échange dans ce composé. La question des interactions spin-spin dans les DMS est abordée à la fois sur le plan théorique et expérimental. Du point de vue théorique, le modèle du superéchange d'Anderson a été utilisé et étendu, afin d'obtenir les valeurs des constantes d'échange sur l'ensemble de la série des DMS II-VI dopés Mn ou Co. Du point de vue expérimental, la combinaison inédite de trois méthodes expérimentales, la diffusion inélastique de neutrons (ou INS), la résonance paramagnétique électronique (ou EPR), et la méthode de mesure des marches d'aimantation sous champ magnétique intense (ou méthode MST), a permis d'établir, pour la première fois, la valeur des dix plus grandes constantes d'échange du ZnO:Co.Les observations faites par INS permettent de mettre en évidence de façon directe une très forte anisotropie spatiale concernant l'intégrale d'échange des premiers voisins. On établit ainsi J(1)=-25,6K et J(2)=-8,5K, correspondant respectivement à la paire des premiers voisins dans le plan (ab), et à la paire des premeirs voisins hors de ce plan. Ce résultat s'explique, en partie, par la présence dans la structure wurtzite d'une contribution ferromagnétique dans le calcul du superéchange, issue d'un chemin formant une boucle et faisant intervenir deux anions distincts.Les mesures effectuées par EPR et par MST permettent d'établir les constantes d'échange entre voisins à plus grande distance. Ainsi, on obtient: J(3)=-1,07K , J(4)=-0,38K , J(5)=0,35K , J(6)=0,17K , J(7)=-0,16K , J(8)=-0,04K , J(9)=-0,03K , |J(10)|=0,013K. / The work performed on ZnO:Co enables a better understanding of exchange constants. The question of the spin-spin interactions in the Diluted Magnetic Semiconducteur (DMS) is studied from both theoretical and experimental approaches. On the théoretical side, a exchange constants for all the II-VI series doped Mn et CO. On the experimental side, the use of three techniques, Inelastic Neutron Scattering (INS), Electron Paramagnetic Resonance (EPR), and the Magnetization Steps (MST) method, has made it possible to establish, for the first time, the ten largest exchange constants in ZnO:Co.The INS experiments show, in direct way, astrong spatial anisotropy of the nearest enighbor exchange integral J(1)=-25.6 K and J(2)=-8.5 K. This result can be explained, in part, by the presence, in the wurtzite structure, of a looped exchange path which involves two distinct anions and is ferromagnetic. To justify this explanation, our model was expanded to cover the entire II-VI series doped Mn and Co. The concurrent results, for the complete series, between the known experimental data and the theoretical exchange values permit the justification and the validation of our hypotheses.The measures performed by EPR and MST enable, for their part, the establisment of the distant neighbor exchange constants. the two techniques give complementary information, and make it possible to directly observe the exchange constants of ZnO:Co going from the third to the tenth largest value, J(3)=-1.07 K ,J(4)=-0.38 K , J(5)=+0.35 K , J(6)=+0.17 K , J(7)=-0.13 K , J(8)=-0.04 K , J(9)=-0.03 K , |J(10)|=0.01 K.

Les mesures de violation de parité sur la transition 6S-7S du cesium confirment, avec une précision de 10%, la prédiction du Modèle Standard des Interactions électromagnétiques, faibles et fortes. Toutefois, des prédictions essentielles de la théorie, telles que les corrections radiatives, ou l'existence d'un couplage axial Z°-nucleon, qui sont de l'ordre de quelques pour cent, n'ont pas encore été testées. Un nouveau projet, en cours de développement, vise à améliorer l'efficacité de la détection (qui était de 1/2000) : l'utilisation d'un faisceau sonde résonnant avec la transition 7S-6P3/2 doit forcer les atomes 7S à émettre sur une seule transition et dans une seule direction. Ce mémoire décrit les expériences préliminaires (et leur interprétation théorique) permettant d'arriver à une bonne compréhension du comportement d'atomes de césium en présence d'un laser continu excitant la transition très Interdite 6S-7S et d'un laser sonde résonnant avec la transition 7S-6P3/2. Les inévitables processus collisionnels Cs-Cs sont pris en compte. Nous avons vérifié qu'en présence du faisceau sonde, l'émission stimulée 7S-6P3/2 a effectivement lieu et que le faisceau sonde est alors amplifié. Nous avons pu montrer également qu'en présence du faisceau sonde, l'orientation des atomes 7S peut être détectée, et ce par deux méthodes différentes : observation de la fluorescence 7S-6P1/2 (sans analyse de polarisation), ou détection de la rotation optique sur le faisceau sonde. Enfin les spectres sans effet Doppler ont montré que, dans les conditions prévues pour la future expérience de violation de parité, la structure hyperfine de la transition 7S-6P3/2 est résolue. La détection d'un alignemont électrofaible dans le niveau 7S1/2, sur laquelle repose le projet, semble donc possible.

Au cours de cette thèse des études principalement de spectroscopie Raman et de spectroscopie d'absorption des rayons X produits par rayonnement synchrotron ont été réalisées dans le but de mieux comprendre l'évolution des propriétés des nanotubes de carbone sous pression et leur intérêt comme matériau précurseur pour la synthèse de nouvelles phases carbonées sous hautes pressions. Cette thèse est constituée de deux parties. La première porte sur l'étude par spectroscopie Raman des nanotubes de carbone monoparois en cellule à enclumes de diamant pour des pressions jusque 40 GPa. Pour suivre l'évolution des propriétés de résonance sous pression, deux longueurs d'onde d'excitation (632.8 et 514.5 nm) ont été employées. Nos résultats montrent qu'une perte des propriétés de résonance se produit de manière progressive sous pression. A 20 GPa les nanotubes de carbone ont totalement perdu leurs propriétés de résonance. L'effet du milieu transmetteur de pression utilisé et l'influence de la provenance des nanotubes de carbone sont également discutés, notamment au niveau du profil des modes hautes fréquences. La seconde partie est consacrée aux nanotubes de carbone monoparois dopés à l'iode. Des expériences de spectroscopie Raman en cellule à enclumes de diamant et d'absorption des rayons X en presse Paris-Edinburgh ont été réalisées sur ce type d'échantillon. Une série de synthèses à haute pression et haute température en presse multi-enclumes (conditions de synthèse: 14.5 GPa, 1500C) ont confirmé la possibilité d'utiliser les nanotubes de carbone dopés comme précurseur pour l'obtention de nouvelles phases carbonées.