La tuberculose est une maladie causant encore aujourd'hui plus d'un million de mort chaque année. De nouvelles solutions vaccinales sont nécessaires pour enrayer cette épidémie. Les sulfoglycolipides, trouvés chez Mycobacterium tuberculosis, se sont révélés capables d'activer le système immunitaire et pourraient ainsi représenter une solution thérapeutique intéressante dans la création d'un nouveau vaccin. Dans ce cadre, nous avons souhaités élaborer de nouveaux analogues de sulfoglycolipides. Pour cela, nous avons employé une méthode de protection régiosélective par catalyse tandem au chlorure de fer(III) hexahydrate précédemment développée au laboratoire pour préparer les cœurs glycosidiques des différents mimes. La méthode d'alkylation asymétrique développée par Myers a également été utilisée pour la préparation des acides polydéoxypropionates portés par les différents analogues. / Tuberculosis is still responsible for more than one million deaths each year. New therapeutic solutions are needed to fight this disease. Sulfoglycolipids, found in Mycobacterium tuberculosis's cell wall, seem to be able to activate immune system and could represent an interesting therapeutic solution for the development of a new vaccine. In this context, we wished to elaborate new sulfoglycolipid analogues. For the synthesis of the glycoside moieties of these analogues, we have used a tandem regioselective protection catalyzed by iron(III) chloride, previously developed in our laboratory. Myers's asymmetric alkylation has also been used for the synthesis of polydéoxypropionate chains.

L'élaboration de méthodes de synthèse, basées sur l’utilisation d’espèces métalliques a été un sujet de tous les instances en chimie organique. Malgré l’efficacité des métaux utilisés en catalyse homogènes, leurs procédures de recyclage restent limitées. Ce pourquoi, une contrainte supplémentaire a été placée dans la conception de catalyseurs, pouvant offrir à la fois l'efficacité de la catalyse homogène et le recyclage de l’hétérogène. Dans ce contexte, les nanoparticules métalliques sont apparues comme objet phare, en raison de leurs propriétés physico-chimiques inégalées. On a découvert que les nanoparticules de métaux nobles présentaient des propriétés catalytiques similaires dans certains cas, aux complexes monoatomiques. De plus, les Au NPs ont montré une activité catalytique remarquable dans l'oxydation d’alcools activés sous O2. Nous avons donc envisagé des procédures multicatalytiques, basées sur les NPs d’Au. Notre choix d'utiliser des catalyseurs solides était pertinent, puisque les nano-catalyseurs, pour lesquels la fraction de sites actifs se trouve en surface, limitent les risques de cross-quenching. Ici, nous présentons trois nouveaux procédés bicatalytiques permettant l’accès, à des chromenes/quinoléines (53-93%) via une oxydation / Michael Addition/ aldolisation, combinant nanocatalyse et catalyse basique, l’accès à des ortho-THC (50-81%) via oxydation / arylation / cyclisation, combinant nanocatalyse et catalyse supportée, ainsi qu’une une oxydation / hydrolyse en cascade, pour accéder à l’HMLA (86%, sel 93%), un grand panel de produits d'activité biologique reconnue, utilisé en parfumerie ou visant une pré-industrialisation via la chimie en flux continu. / Elaboration of synthetic methods based on metal-catalyzed reactions has been a hot topic in organic chemistry. Despite good efficiency, catalysis proceeding homogeneously, are limited in the operation of recovering/recycling of the catalysts. An important stress was placed to design catalysis, offering both the efficiency of homogeneous catalysts and the recyclability of heterogeneous catalysts. In this context, metal nanoparticles merged as a key tool, due to their unique physical and chemical properties. Notably, Au NPs have shown remarkable catalytic activity in the oxidation of activated alcohols under O2 atmosphere. Since now, the access to more complex molecules is the next step forward for this field, we envisioned multicatalytic roads, based on the oxidation of activated alcohols via supported Au NPs. Our choice of using solid catalysts was relevant, since nanostructured catalysts for which the fraction of active sites are located on the surface, limit the risk of cross-quenching. The latter carbonyl formed, could be further converted in situ, via tandem protocol. Herein, we developed novel, atom- and step-economical bicatalytic one-pot processes, to access substituted chromenes/quinolines (53-93%) by tandem oxidation/hetero-Michael addition/aldolisation combining nanocatalysis and base catalysis, ortho-THCs (50-81%) via tandem oxidation/arylation/cyclisation combining nanocatalysis and supported catalysts and a tandem cascade oxidation/hydrolysis to access HMLA (86%, sel 93%). A large panel of products of biological activity relevance, pertaining to the fragrance chemistry or aiming in some cases, pre-industrial scalability via continuous flow applications.

We proposed and demonstrated the first account of large-area, semi-transparent, tandem photosensitive nanocrystal skins (PNSs) constructed on flexible substrates operating on the principle of photogenerated potential buildup, which avoid the need for applying an external bias and circumvent the currentmatching limitation between junctions. We successfully fabricated and operated the tandem PNSs composed of single monolayers of colloidal water-soluble CdTe and CdHgTe nanocrystals (NCs) in adjacent junctions on a Kapton polymer tape. Owing to the usage of a single NC layer in each junction, noise generation was significantly reduced while keeping the resulting PNS films considerably transparent. In each junction, photogenerated excitons are dissociated at the interface of the semi-transparent Al electrode and the NC layer, with holes migrating to the contact electrode and electrons trapped in the NCs. As a result, the tandem PNSs lead to an open-circuit photovoltage buildup equal to the sum of those of the two single junctions, exhibiting a total voltage buildup of 128.4 mV at an excitation intensity of 75.8 μW cm⁻² at 350 nm. Furthermore, we showed that these flexible PNSs could be bent over 3.5 mm radius of curvature and cut out in arbitrary shapes without damaging the operation of individual parts and without introducing any significant loss in the total sensitivity. These findings indicate that the NC skins are promising as building blocks to make low-cost, flexible, large-area UV/visible sensing platforms with highly efficient full-spectrum conversion.

Quantitative Untersuchungen krankheitsspezifischer oder krankheitsassoziierter metabolischer Signaturen in humanen Körperflüssigkeiten („Clinical Metabolomics“) haben zum Ziel neue Ansätze für diagnostische oder therapeutische Konzepte zu entwickeln. Die simultane quantitative Analytik von Aminosäuren (AS) und Acylcarnitinen (AC) mittels Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) ermöglicht die Erfassung wichtiger Stoffwechselwege des humanen Metabolismus. Hierzu zählen der Stoffwechsel der ketogenen AS, des Harnstoffzyklus oder der β-Oxidation langkettiger Fettsäuren. Allerdings wird die Konzentration der verschiedenen metabolischen Parameter in humanen Körperflüssigkeiten durch eine Vielzahl präanalytischer in vitro Störfaktoren und in vivo Einflussgrößen beeinflusst. Diese können zu signifikanten Veränderungen der Laborergebnisse führen. Im Rahmen meiner Promotionsarbeit wurden in vitro Störfaktoren (Probenmaterial, Lagerung u. a.) und in vivo Einflussgrößen (Ernährung, physische Aktivität) untersucht und ein standardisiertes Präanalytik-Protokoll entwickelt. Dazu wurden pro Probe 3 µL Trockenblut (TB), 10 µL Serum oder Plasma nach Butylierung mittels Elektrospray-Ionisations-MS/MS analysiert und jeweils 26 AS und 35 AC in 1,5 Minuten simultan bestimmt. Als Ergebnis der zahlreichen systematischen Präanalytik-Untersuchungen konnten signifikante Konzentrationsunterschiede der Metabolite zwischen kapillärer und venöser Blutentnahme sowie in Abhängigkeit des Hämatokrits gefunden werden. Im Vergleich zu Serum und antikoaguliertem Plasma (EDTA, Citrat, Heparin) waren die Konzentrationen der langkettigen AC im TB 5-fach höher. Nahrungsaufnahme und körperliche Aktivität führten ebenfalls zu signifikanten Veränderungen der AS- und AC-Konzentrationen. Durch Optimierung des Probenaufarbeitungsprotokolls konnte die Variabilität zwischen den Messtagen für 17 AS und 6 AC auf < 20 % gesenkt werden. Die Ergebnisse meiner Promotionsarbeit unterstreichen den Einfluss präanalytischer Faktoren auf die Metabolomanalytik. Durch Etablierung und Einhaltung standardisierter präanalytischer Protokolle kann die präanalytische Varianz der Ergebnisse deutlich verringert werden. Sie stellen somit eine wichtige Voraussetzung für eine qualitativ hochwertige Metabolomanalytik im Rahmen klinischer Studien zur Identifizierung neuer Biomarker dar.

The goal of my diploma thesis was finding a suitable method for unifying score values from various protein identification search tools in MS/MS mass spectrometry into one single score value. Data coming from the output of mass spectrometer are processed in two independent search tools Mascot and X!Tandem. These were selected especially for their wide usage in proteomic labs. Both results are evaluated through newly designed function and unified by single valued score clearly identifying found proteins. Newly designed scoring value is called Matascore and function producing this score was implemented in MATLAB. Function and its results were successfully tested by real data available in public databases on the Internet.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / In the past, the present and the future, Lebanon has been an important link between the East and the West. It was always known as the ‘Switzerland of the East’. Over the years, it was a hotspot for different civilizations that uniquely shaped the genomic backbone of the current Lebanese. It is also a good representation of genetically admixed individuals with diverse phenotype characteristics and unique features. Lebanon, quite like other Middle Eastern populations, lacks sufficient genetic studies that helps to better comprehend the complex genomic composition of different traits and diseases. The lack of good representation of the Middle East and North Africa (MENA) region in global studies has led to ambiguity in discovering special ancestry markers and patterns in the Lebanese genome. Yet, in this study, a thorough investigation into a Lebanese collection shows new patterns that potentially would be helpful in forensic and genealogical applications. The investigation into the autosomal and Y-STRs revealed unique alleles that would be valuable in future forensic investigation analysis. In addition, the assessment of phenotype prediction models to predict eye, hair and skin color showed promising results in terms of prediction performance. Those results encourage the future use of intelligence tools in the regions that in return would aid in serving justice and furthering science research. In fact, ancestry and genetic distance studies confirms the presence of admixture within Lebanon between Europe and North Africa. / 2029-06-01

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Die Massenspektrometrie stellt eine der bedeutendsten Techniken in der analytischen Chemie dar. Bislang können jedoch noch immer nicht alle Prozesse im Massenspektrometer vollständig erklärt werden. Um dazu einen Beitrag zu leisten, wurden DNA Oligonukleotide untersucht. Mit Hilfe der Ionenmobilitätsmassenspektrometrie wurde die räumliche Ausdehnung von Einzelstrang-DNA in Bezug auf ihr Ladungslevel und ihre Sequenz zur Feststellung der nötigen Fragmentationsenergie hin geprüft. So konnte ein sequenzunabhängiger Fragmentierungspunkt ermittelt werden, welcher ausschließlich vom Ladungslevel bestimmt wurde. Es zeigte sich ein linearer Anstieg der benötigten Energie bei zunehmender Ladung, wobei bei mittleren Ladungszuständen ein Sattelpunkt erreicht wurde. Durch IM-MS konnte dieser Bereich als geometrische Umfaltungszone bestätigt werden. Anschließend wurden die Produktfragmente aus unterschiedlichen kollisionsbasierten Fragmentierungstechniken verglichen, wobei sich herausstellte, dass einzelsträngige DNA aufgrund der komplexen und vielseitigen Dissoziationskanäle im Gegensatz zu anderen Stoffklassen große Unterschiede zwischen den Methoden auswies und daher als empfindlicher Sensor für geringfügige Unterschiede in der Fragmentationtechnik dienen kann. Des Weiteren wurden Doppelstränge verschiedenster Sequenzen mittels kollisionsinduzierter Dissoziation bezüglicher ihrer Zerfallswege untersucht. Dabei konnten spezifische Fragmentationsmuster ermittelt werden. Nachdem verschiedene etablierte Tandem-MS-Techniken angewendet wurden konnte abschließend eine neue Vakuumultraviolette Strahlung-basierte MS/MS-Methode entwickelt werden. Bei höher geladenen Ionen konnte eine Ladungsreduktion durch das Herausschlagen von Elektronen erreicht werden. Des Weiteren konnten die bereits bekannten Dissoziationspfade, wie beispielsweise in DNA, beobachtet werden. Außerdem konnten bei anderen Proben, wie z.B. ATP, ebenfalls neue Produktionen generiert werden. / Mass spectrometry represents one of the most important techniques in analytical chemistry today. So far, however, despite extensive use, not all processes in the mass spectrometer can be fully explained. In order to contribute to this, DNA oligonucleotides were investigated. Ion mobility was used to examine the spatial extent of single-stranded DNA in terms of its charge level and sequence in combination with a MS to determine the required fragmentation energies. Thus, structural changes of the ions can be detected. A sequence-independent fragmentation point could be determined, which was determined exclusively by the charge level. It showed a linear increase in the required energy with increasing charge, with a saddle point was present at intermediate charge states. By ion mobility spectrometry this area could be confirmed as a geometric refolding zone. Subsequently, the product ions from different collision-based fragmentation techniques were compared, and it was found that single-stranded DNA showed large differences between the methods due to the complex and versatile dissociation channels. Therefore, it could serve as a sensitive sensor for minor differences in fragmentation technique. Furthermore, double strands of different sequences were investigated by means of collision-induced dissociation with respect to their fragmentation pathways. Specific fragmentation patterns could be identified, which could be assigned to clear trends. After various established tandem MS techniques were used a new vacuum ultraviolet radiation -based MS/MS method was developed and tested. For this purpose, a commercially available deuterium lamp that has a short wavelength, installed in an ion trap MS. With higher charged ions, a charge reduction could be achieved by the ejection of electrons. Subsequently, the already known dissociation pathways could be observed. In addition, new product ions could also be generated for other samples, such as adenosine triphosphate.

L’introduction de composé d’origine anthropogénique (produits pharmaceutiques, et de soin personnel, retardateur de flammes, plastifiants, etc.) par les stations de traitement des eaux usées municipales ainsi que le devenir de ses composés dans l’environnement est une problématique d’intérêt mondial. L’élimination de ses contaminants d’intérêt émergent des eaux usées s’effectue au niveau des stations de traitement des eaux usées qui, pour la plupart, ne sont pas conçues pour réaliser cette tâche. En effet, celles-ci présentent des niveaux très variables d’efficacité de dégradation/transformation de la plupart des contaminants émergents ce qui laisse dans l’effluent de ces stations des concentrations habituellement inférieures à quelques microgrammes par litres d’au moins plusieurs centaines de contaminants. Quelques études ont démontrés que l’exposition chronique à ces concentrations environnementales de différents CIE donne lieu à des effets toxiques chez le méné à tête de boule (effondrement de la population) et le gammare (diminution de l’activité). Cependant, les méthodes classiques utilisées pour l’évaluation de la toxicité ne sont pas suffisamment sensibles pour déceler des effets sublétaux aux concentrations environnementales observées dans les milieux recevant ces rejets de station d’épuration. Bien entendu, il est impossible de concevoir un procédé unique capable d’éliminer la totalité des contaminants d’intérêt émergent (présents ou futurs) des eaux usées. Il est donc nécessaire de créer des approches capables de prioriser et de cibler les composés qui doivent être éliminés. Ce projet de recherche met de l’avant l’hypothèse qu’une étude métabolomique ciblé serait capable de répondre à cette problématique. L’approche utilisée vise à ajouter un ou plusieurs points de terminaison (fluctuation des métabolites) au test de toxicité aiguë des effluents déjà effectué sur la puce d’eau (Daphnia magna) en quantifiant des molécules essentielles à la survie de cette espèce (ecdystéroïdes et acides rétinoïques). Les daphnies sont des modèles idéaux pour ce type d’étude puisqu’il s’agit d’organismes essentiels du zooplancton dans le monde entier. L’espèce D. magna est retrouvée dans l’hémisphère nord dans les lacs, rivières et étangs temporaires, elle se reproduit rapidement, est facile à cultiver et se reproduit par parthénogénèse. La quantification des ecdystéroïdes et acides rétinoïques aux concentrations observées chez la puce d’eau (picogramme par individus) est typiquement atteinte par dosage radio-immunologique (radioimmunoassay). Cependant, ce type de méthode ne permet pas d’identifier spécifiquement l’analyte ciblé, mais plutôt la somme de toutes molécules produisant une réaction immunologique similaire à celui-ci appelée "équivalent immunologique" et les résultats obtenus dépendent de l’anticorps, de la préparation effectuée et du lot de l’anticorps utilisé. Ce manque de sélectivité et variabilité des données obtenues pose problème pour la comparaison inter-laboratoires de résultats et a donc forcé le développement d’une nouvelle méthode analytique. Le présent document décrit le développement et la validation d’une méthode de quantification par chromatographie liquide couplée à un spectromètre de masse permettant d’atteindre des limites de quantification allant de 210 à 380 pg mL-1 pour trois ecdystéroïdes (20-hydroxyecdysone, ecdysone et ponasterone A) et de 5 ng mL-1 pour la somme des isomères de l’acide rétinoïque. La quantification de ces analytes aux faibles concentrations observées chez la puce d’eau a nécessité l’optimisation des paramètres instrumentaux, de la préparation d’échantillon et l’optimisation des conditions chromatographiques. Au final, la 20-hydroxyecdysone a pu être quantifiée à 19 ± 8 pg ind-1 pour les adultes (475 ± 200 pg mL-1, n=3) et à 3.6 ± 1.0 pg ind-1 pour les juvéniles (360 ± 10 pg mL-1, n=3), mais seulement détectée chez les néonates à 0.19 pg ind-1 (19 pg mL-1, n=3). L’ecdysone a également pu être détectée à 1.8 pg ind-1 chez les spécimens de taille adulte (180 pg mL-1, n=3). Le projet suivant vise à augmenter les connaissances sur l’effet de contaminants d’intérêt émergents sur l’environnement et sur le métabolisme de la puce d’eau D.magna ainsi que fournir une méthode potentiellement capable d’évaluer le risque d’exposition à des concentrations environnementales et permettre de prioriser les composés à être évaluer.

The tandem solar cell concept is a promising approach to improve the efficiency of photovoltaic devices. However, characterization of tandem solar cell devices is challenging since correct efficiency determination demands special experimental infrastructure as well as suitable characterization procedures. Even though the appropriate IEC and ASTM measurement standards define all that very precisely, they cannot be applied without special care to organic photovoltaics (OPV) because they were originally developed for inorganic devices. As a consequence, nowadays almost all tandem organic solar cell publications are not using correct characterization procedures, often resulting in questionable efficiency values. The aim of this work is developing a measurement procedure for tandem organic solar cells assuring their correct characterization. Therefore, at first the existing standards and measurement procedures for tandem solar cells are reviewed and challenges when applying these standards to organic solar cells are identified. As main challenges the relatively low fill factors and distinct nonlinearities of organic solar cells are identified. As preliminary experiments, single junction organic solar cells are investigated to analyze the influence of measurement parameters like bias irradiance, bias voltage, and chopper frequency on the external quantum efficiency (EQE) of organic solar cells. This results in parameter sets assuring minimized artifacts for the subsequent EQE determination of the subcells of tandem organic solar cells. The main part of this thesis presents the detailed characterization of a tandem OPV example device. First, EQE is measured and validated by two independent institutes. The EQE results are used to calculate the illumination conditions to reach AM1.5g conditions for both subcells with a multi-source sun simulator. The resulting efficiency value under standard reporting conditions (SRC) is found to be 5% lower than the efficiency measured with a single-source sun simulator. A full spectrometric characterization shows that differing fill factors of the subcells are the reason for this behavior. To overcome the main reason for the complicated measurement procedure of tandem solar cells, the inaccessibility of the individual subcells, three different approaches for the jV-characteristics determination of the subcells are presented. The so-called Bias Voltage Approach is based on EQE-measurements under varying bias voltage and needs no additional electrical contacts. Therefore, it can be applied to existing devices. The Voltage Contact Approach as well as the Current Contact Approach require in changed stack designs. Therefore, they cannot be applied to existing devices but give more accurate results. Finally, a procedure for characterizing tandem organic solar cells is formulated. This procedures aims at giving practical advice how to characterize tandem organic solar cells to achieve results conforming to the measurement standards and being as accurate and reproducible as possible. Hence, this thesis attempts to establish standards for a correct measurement of tandem organic solar cells of which other emerging solar cell technologies can profit as well.