En dépit d’importants progrès dans le domaine de la thérapie anti-cancéreuse, les traitements actuels restent controversés, notamment en raison de la quantité importante d'effets secondaires induits. L'immunothérapie ciblée a récemment émergée en tant qu'alternative, afin d'améliorer les modalités de traitement des patients atteints du cancer. Malgré tout, seul un nombre limité d’approches sont aujourd’hui disponibles, et une grande partie des problèmes demeurent actuellement sans solution. C'est dans ce contexte que nous nous sommes intéressés à la conception de structures biomoléculaires innovantes et bifonctionnelles, capables de rediriger des anticorps endogènes, présents naturellement dans la circulation sanguine de l'homme, contre les tumeurs et, ce, sans immunisation préalable. Les anticorps naturels circulant étant polyspécifiques et ayant la capacité d’interagir avec des antigènes glycosylés, nous nous sommes plus particulièrement concentrés sur la conception de glycoconjugués multivalents, ligands d’anticorps endogènes. Une première partie de notre étude a consisté à synthétiser différents glycodendrimères multivalents, reposant sur des châssis peptidiques et obtenus par ligations chimiosélectives, tout en variant la nature du motif glycosylé et des plateformes, ainsi que la valence du conjugué. Puis, dans un second temps, des tests d’interaction par biopuce ont été mis en place avec une lectine modèle, la lectine Helix Pomatia Agglutinin (HPA). Des protocoles expérimentaux visant à calculer des constantes de dissociation de surface, ainsi que des IC50 ont été mis en place, permettant d’identifier de bons ligands de HPA avec des affinités de l’ordre du nanomolaire. Les tests par biopuce ont ensuite été confirmés avec d’autres méthodes d’analyses (BLI, ELLA). Finalement, afin d'identifier des architectures tri-dimensionnelles permettant une affinité optimale avec des anticorps, les tests d’interaction ont été adaptés au criblage de séra humains. Un large panel de glycoconjugués a alors été criblé par biopuce avec une vingtaine de séra, permettant la détermination de structures glycosylés prometteuses, qui pourront par la suite être utilisées dans le cadre de notre approche anti-cancéreuse. / Despite significant progress in anti-cancer therapy, current treatments are still controversial due to numerous side effects. Targeted immunotherapy recently emerged as an ideal alternative to improve treatment modalities for cancer patients. However, very limited approaches are available today and major issues remain to be addressed. In this context, we are interested in the design of biomolecular structures, innovative and bifunctional, able to hijack endogenous antibodies - which are naturally present in the human blood stream - toward cancer cells without pre-immunisation. Since natural circulating antibodies are polyspecific and have the ability to interact with multiple carbohydrate antigens, we focused on the design of multivalent glycodendrimers, as ligands for endogenous antibodies. The first part of our study consisted in synthesizing several multivalent glycoconjugates, based on peptide scaffolds and obtained by chemoselective ligations. To evaluate their influence on antibodies, the nature of both the carbohydrate and the scaffold, and the valency were varied. Then, in a second part of the study, microarray assays were developed with a model lectin, the Helix Pomatia Agglutinin (HPA). Experimental procedures were designed to determine surface dissociation constant and IC50 values, leading to the identification of high affinity ligands for HPA in the nanomolar range. Microarray assays were confirmed by other analytical methods (BLI, ELLA). Finally, the assays on slides were adapted to human sera screening, in order to identify tridimensional architectures highly affine to sera antibodies. A large panel of glycoconjugates were screened by microarray with around twenty sera, leading to the determination of promising glycosylated structures, as antibody ligands. The latter could be subsequently used for our anti-cancer approach.

L'interférométrie par réinjection optique est une technique de mesure dont l'implémentation pour l'interrogation de systèmes fluidiques est assez récente. Le principe de mesure est basé sur la perturbation des paramètres d'émission du laser induite par la réinjection dans la cavité laser de lumière rétro-diffusée par une cible distante. La technique permet le développement de capteurs compact et non-invasifs qui mesurent différents paramètres liés aux déplacements de la cible. En particulier, les interféromètres par réinjection optique prennent avantage de l'effet Doppler pour mesurer la vitesses de traceurs dans les liquides en écoulement. Cet aspect important de la technique de réinjection optique la rend adaptée à une grande variété d'applications dans les domaines du génie chimique et du biomédical où un contrôle des écoulements est requis. Cette thèse présente l'implémentation de capteur basés sur la réinjection optique pour différents systèmes fluidiques où la vitesse locale d'écoulement ou le débit sont directement mesurés. Nous présentons une étude centrée sur les applications où la réinjection optique est utilisée pour la mesure du débit à la micro-échelle avec en particulier une analyse de la robustesse des méthodes de traitement du signal propres aux régimes de diffusion simple et de diffusion multiple. Par ailleurs, nous présentons des résultats expérimentaux de mesures ex vivo où le capteur par réinjection optique est proposé comme alternative pour la myographie. Nous présentons également une implémentation temps réel pour l’estimation du débit instantané d'écoulements dynamiques dans une configuration milli-fluidique. Un système semi-automatisé de détection de particule unique dans un micro-canal est proposé et démontré. Enfin, un capteur basé sur la réinjection optique est implémenté pour la caractérisation des interactions entre deux fluides immiscibles en écoulement à micro-échelle et les mesures réalisées sont comparées à un modèle développé afin de décrire le comportement hydrodynamique des deux fluides dans un micro-réacteur. Le manuscrit décrit une contribution importante pour l'implémentation de capteur par réinjection optique pour des applications fluidiques et en particulier micro-fluidiques. Il présente également des résultats expérimentaux remarquables qui ouvrent de nouveaux horizons pour l'interférométrie à réinjection optique. / Optical feedback interferometry is a sensing technique with relative recent implementation for the interrogation of fluidic systems. The sensing principle is based on the perturbation of the laser emission parameters induced by the reinjection in the laser cavity of light back-scattered from a distant target. The technique allows for the development of compact and noninvasive sensors that measure various parameters related to the motion of moving targets. In particular, optical feedback interferometers take advantage of the Doppler effect to measure the velocity of tracers in flowing liquids. These important features of the optical feedback interferometry technique make it wellsuited for a variety of applications in chemical engineering and biomedical fields, where accurate monitoring of the flows is needed. This thesis presents the implementation of optical feedback interferometry based sensors in multiple fluidic systems where local velocity or flow rate are directly measured. We present an application-centered study of the optical feedback sensing technique used for flow measurement at the microscale with focus on the reliability of the signal processing methods for flows in the single and the multiple scattering regimes. Further, we present experimental results of ex vivo measurements where the optical feedback sensor is proposed as an alternative system for myography. In addition we present a real-time implementation for the assessment of non-steady flows in a millifluidic configuration. A semi-automatized system for single particle detection in a microchannel is proposed and demonstrated. Finally, an optical feedback based laser sensor is implemented for the characterization of the interactions between two immiscible liquid-liquid flowing at the microscale, and the measurement is compared to a theoretical model developed to describe the hydrodynamics of both fluids in a chemical microreactor. The present manuscript describes an important contribution to the implementation of optical feedback sensors for fluidic and microfluidic applications. It also presents remarkable experimental results that open new horizons to the optical feedback interferometry.

Le phénomène d’interférométrie par réinjection optique se produit lorsqu’une portion de la puissance optique du laser est rétrodiffusée par une cible distante puis réinjectée dans la cavité laser ce qui affecte les propriétés d’émission du laser (fréquence et puissance en particulier). Ce principe résulte alors en un capteur interférométrique compact, auto-aligné et sans contact. Des applications récentes des capteurs par réinjection optique dans les domaines de la microfluidique et de l’acoustique ont montré des résultats prometteurs et ouvert de nouveaux domaines de recherche. Pourtant, dans le cadre de ces applications, l’amplitude du signal est extrêmement faible à cause de la faible amplitude des variations de la puissance rétrodiffusée qui est mesurée. Dans cette thèse, un modèle analytique décrivant la dépendance de l’amplitude du signal issu d’une diode laser monomode au courant d’injection et à la température est développé à partir des équations d’évolution de Lang et Kobayashi. Le modèle a été développé pour toutes les méthodes connues d’acquisition du signal interférométrique par réinjection optique : par la photodiode de monitoring incluse dans le boîtier de la diode laser, par la captation de la puissance optique au moyen d’un photodétecteur externe et par l’amplification de la tension aux bornes de la diode laser elle-même. Le modèle démontre que les signaux des photodiodes et de la tension sont liés à l’efficacité externe de la diode laser, qui elle-même est fonction du courant injecté et de la température. Qui plus est, le modèle prédit une évolution très différente de l’amplitude de ces différents signaux en fonction du courant d’injection ou de la température. Un résultat remarquable, confirmé par une campagne de mesures pour ces trois types de signaux sur une large plage de courants d’injection et de températures. Ainsi ce modèle simple permet une compréhension nouvelle des stratégies de polarisation très différentes de la diode laser permettant d’obtenir une sensibilité optimale du capteur dans les différents schémas d’acquisition du signal. Par ailleurs, les relations entre la phase et l’amplitude des signaux issus des photodiodes externes et de monitoring ont été étudiées sur le plan théorique et expérimental ce qui a permis de révéler des résultats inattendus. À partir du modèle et basé sur des observations expérimentales, une étude critique a été menée sur l’impact de la combinaison des trois signaux dans la stratégie de traitement du signal afin d’améliorer la sensibilité du capteur aux réinjections optiques de faible amplitude. / The optical feedback interferometry phenomenon occurs when a portion of the output optical power is back-scattered from a remote target and coupled into the laser cavity to vary the laser’s emission properties (frequency and power mostly). Thus, this scheme results in a compact, self-aligned and contact-less interferometric sensor. Recent applications of optical feedback interferometer in the domains of microfluidics or acoustics have shown promising results and open new fields of researches. However in these applications, the amplitude of the sensing signal is extremely small due to the weakness of the backscattered power changes that are measured. In this thesis, an analytical model that describes the laser injection current and temperature dependence of the optical feedback interferometry signal strength for a single-mode laser diode has been derived from the Lang and Kobayashi rate equations. The model has been developed for all the known signal acquisition methods of the optical feedback interferometry scheme: from the package included monitoring photodiode, by collection of the laser power with an external photodetector and by amplification of the variations in the laser junction voltage. The model shows that both the photodiodes and the voltage signals strengths are related to the laser slope efficiency, which itself is a function of the laser injection current and of the temperature. Moreover, the model predicts different behaviors of the photodiodes and the voltage signal strengths with the change of the laser injection current and the temperature; an important result that has been proven by conducting measurements on all three signals for a wide range of injection current and temperature. Therefore, this simple model provides important insights into the radically different biasing strategies required to achieve optimal sensor sensitivity for the different interferometric signal acquisition schemes. In addition, the phase and amplitude relationships between the external and the in-package photodiode signals have been investigated theoretically and experimentally demonstrating unexpected results. Based on our model and on experimental observations, a critical study has been performed on the impact of the combination of the three signals in the signal processing strategy in order to improve the sensor sensibility to low amplitude optical feedback.

This master thesis studies the behaviour of two aluminium alloys in ultrasonic cleaning at two different intensities, as well as the effect of a cleaning solution, Formula 815 GD-NF on the same surface have been studied with respect to surface roughness and material composition. Methods like Light Optical Microscopy (LOM), Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) and 3D topography using white light interferometry (VSI) was used to study the surface and material composition. It was found that both the ultrasonic cleaning, as well as the solution itself both increase surface roughness of the samples. When crossing a threshold in ultrasonic intensity micro jet cavitation dislodge precipitates, or areas weakened by precipitate to form a large pit. And the following heat from the jet causes the surface to oxidise, becoming more brittle, and be broken up by other cavitation phenomena to cause rapid acceleration of surface roughness in an area originating from the pit.

This PhD thesis deals with elastohydrodynamic lubrication (EHL) under the conditions that occur between mated hypoid gear teeth. The aim is to describe experimentally the behaviour of lubricating film and mechanisms of its formation. The focus is mainly placed on clarifying the influence of direction and magnitude of sliding velocity in circular and elliptical contacts. Generally, it is still assumed that the direction of sliding velocity has no effect on the resulting lubricant film. In this study optical interferometry is used to determine distribution of lubricant film thickness. This work includes new and original results which clarify the studied problem. It was found that the direction of sliding velocity affects shape of the film at high speeds. This relates to the effect on heat flow through the contact. The results have an impact on the development of general EHL theory and provide knowledge applicable in film thickness prediction in the design of real tribological nodes.

Lake Vostok, der größte der über 70 subglazialen Seen in der Antarktis, ist derzeit einer der Forschungsschwerpunkte der geowissenschaftlichen Polarforschung. Der See erstreckt sich unter einer 4 000 m dicken Eisschicht auf über 250 km Länge mit einer Wassertiefe von bis zu 1 000 m. Ziel der hier vorliegenden Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Gezeiten auf den Wasserstand des Sees, die eine bisher nicht betrachtete Komponente in der Zirkulation im See darstellen. Auf Grund seiner Ausdehnung ist das Gezeitenpotential an verschiedenen Punkten auf dem See nicht gleich, sondern weist differentielle Unterschiede auf. Unter der Annahme, dass sich die Seeoberfläche entlang einer Äquipotentialfläche ausrichtet, ergeben sich Gleichgewichtsgezeiten des Sees mit Amplituden von bis zu 4,6 mm für die größte ganztägige Tide K1 und 1,8 mm für die größte halbtägige Tide M2. Differenzen des Luftdruckes zwischen Nord- und Südteil des Sees rufen zusätzlich einen differentiellen inversen Barometer-Effekt hervor. Der inverse Barometer-Effekt besitzt im wesentlichen die spektralen Eigenschaften eines roten Rauschens. Die Variationen erreichen bis zu +/- 20 mm. Zum messtechnischen Nachweis derartiger Höhenänderungen an der Eisoberfläche über dem See wurden drei unterschiedliche Verfahren herangezogen. Differentielle GPS-Messungen zwischen einem Punkt auf aufliegendem Eis und einem zweiten in der südlichen Seemitte bestätigen die Modellvorstellungen und zeigen sowohl mit der Luftdruckdifferenz korrelierte Höhenänderungen als auch Höhenänderungen mit ganz- und halbtägigen Perioden. Die SAR-Interferometrie als flächenhaft arbeitende Methode zur Bestimmung von Höhenänderungen lässt den räumlichen Verlauf der Deformation erkennen. Dabei zeigt sich, dass sich die Aufsetzzone auf dem etwa 50 km breiten See bis in die Seemitte ersteckt. Erdgezeitenregistrierungen, die im Jahr 1969 in der Station Vostok durchgeführt wurden, zeigen zwar Auffälligkeiten wie etwa einen stark erhöhten Luftdruckregressionskoeffzienten und einen Phasenvorlauf der K1-Tide, diese können jedoch nicht eindeutig als Resultat von Höhenänderungen der Seeoberfläche identifiziert werden. Auf Grund der Lage der Station Vostok nahe dem Ufer des Sees ist die Deformation dort schon stark gedämpft. Die zu erwartenden Effekte liegen daher unterhalb der Auflösung der damaligen Messungen. Damit sind die theoretischen Grundvorstellungen über die Reaktion des subglazialen Sees auf Gezeiten- und Luftdruckanregungen herausgearbeitet, sowie diese Effekte mit zwei unabhängigen und komplementären Messverfahren nachgewiesen. / Lake Vostok, the largest of more than 70 subglacial lakes in the Antarctic, is one of the prominent topics of recent geoscientific polar research. The lake extends beneath the 4,000 m thick ice sheet to a length of more than 250 km with a water depth of up to 1,000 m. This thesis aims to investigate the influence of tides on the lake level which has not been considered so far in the discussion of water circulation within the lake. Due to the extent of the lake the tidal potential at different positions on its surface is not equal but exhibits a differential effect. Under the assumption of the lake level to be parallel to an equipotential surface the equilibrium tides of the lake yield amplitudes of up to 4.6 mm for the largest diurnal tidal constituent K1 and 1.8 mm for the largest semi-diurnal wave M2. In addition, differences in air pressure between the northern and the southern part of the lake result in a differential inverse barometric effect. This effect shows red noise characteristics with variations of up to +/- 20 mm. Three different types of measurements were used to verify corresponding height changes of the ice surface above the lake. Differential GPS measurements between one station on grounded ice and one in the southern centre of the lake confirm the concept and show height changes correlated to air pressure differences as well as changes with diurnal and semi-diurnal periods. SAR interferometry as a spatial method to determine height changes reveals the areal extent of the deformation with a grounding zone extending to the centre of the about 50 km wide lake. Gravimetric earth tide data recorded at Vostok Station in 1969 show pecularities such as an increased regression with air pressure and a phase lead of the K1 tide. However, these effects cannot be explicitly attributed to height changes of the lake surface. Due to the position of the station near the edge of the lake the effect is highly attenuated and below the noise level of these measurements. This work introduces the concept of the response of the subglacial lake to the tidal potential and to air pressure forcings and presents evidence for the effect by two different techniques proving the validity of the model.

The Brigham Young University (BYU) Radio Astronomy group, in collaboration with Cornell University, the University of Massachusetts, and the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), have in recent years developed and deployed PAF systems that demonstrated the advantages of PAFs for astronomy. However, these systems lacked the necessary bandwidth and acquisition times to be scientifically viable. This thesis outlines the development of a 20-MHz bandwidth system that can acquire for much longer periods of time and across much larger bandwidths than previous BYU systems. A report of the deployment of this system on the 305-meter reflector at the Arecibo Observatory in Puerto Rico is also summarized.The Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO) is currently constructing a PAF-equipped synthesis imaging array named the Australian Square Kilometre Array Pathfinder (ASKAP) that offers great promise for widening FOVs and enhancing RFI mitigation techniques. Previous work in RFI mitigation has demonstrated effective cancellation for synthesis imaging arrays under the assumption that the processing bandwidth is narrowband and correlator dump times are short. However, these assumptions do not necessarily reflect real-world instrument limitations. This thesis explores simulated adaptive array cancellation algorithm effectiveness as applied on the ASKAP instrument given realistic bandwidths and correlator dump times. The results demonstrate that active RFI mitigation performed across long baselines is largely ineffectual.

[pt] Nas últimas décadas, interações entre luz e matéria provaram ser uma ferramenta versátil para medir e controlar sistemas mecânicos, encontrando aplicações desde detecção de forças até resfriamento ao estado fundamental de nanoesferas. Nesta dissertação, nós apresentamos algumas das ferramentas teóricas necessárias para descrever interferômetros, pinças ópticas e cavidades ópticas, constituintes fundamentais da caixa de ferramentas optomecânica. No regime clássico, estudamos o campo eletromagnético circulante em interferômetros lineares e mostramos como encontrar o campo resultante transmitido, apresentando exemplos de cavidades ópticas com um número arbitrário de elementos dispersivos. Nós também estudamos as forças de pressão de radiação que feixes ópticos podem imprimir em partículas dielétricas e mostramos como o aprisionamento óptico 3D é possível em focos claros e escuros. A potencial aplicação para captura de organismos vivos é estudada. No regime quântico, nós estudamos como o campo ressonante de cavidades ópticas pode interagir de forma dispersiva com diferentes sistemas mecânicos, dando origem a uma dinâmica quântica fechada emaranhante. Ao considerar uma nuvem ultra resfriada de átomos interagindo com dois modos ópticos, mostramos o surgimento de emaranhamento óptico que evidencia a natureza não-clássica do conjunto atômico macroscópico. A viabilidade experimental deste experimento com tecnologia atual é estudada. Além disso, nós investigamos o cenário em que uma pinça óptica posiciona uma partícula levitada dentro de uma cavidade óptica de forma que os fótons da pinça espalhados pela partícula possam sobreviver dentro da cavidade. Já foi demonstrado que esta interação, chamada de espalhamento coerente, pode resfriar nanopartículas até números de fônons menores do que um, atingindo profundamente o regime quântico. Nós mostramos que esta interação também pode gerar emaranhamento mecânico entre muitas partículas levitadas, mesmo em um ambiente a temperatura de 300K. Um resumo sobre sistemas de variáveis contínuas e a caixa de ferramentas numérica customizada usada ao longo deste trabalho são apresentados. / [en] Over the last decades, light-matter interactions have proven to be a versatile tool to measure and control mechanical systems, finding application from force sensing to ground state cooling of nanospheres. In this dissertation, we present some of the theoretical tools that describe interferometers, optical tweezers and optical cavities, fundamental constituents of the optomechanical toolbox. In the classical regime, we study the circulating electromagnetic field within linear interferometers and show how one can find the resulting transmitted field, presenting examples of optical cavities with an arbitrary number of dispersive elements. Moreover, we also study the radiation-pressure forces that optical beams can imprint on dielectric particles and show how 3D optical trapping is possible in both bright and dark focuses. Potential application to trapping of living organisms is studied. In the quantum regime, we study how the resonant field of optical cavities can dispersivelly interact with different mechanical systems, giving rise to an entangling closed quantum dynamics. When considering an ultracold cloud of atoms interacting with two optical modes, we show the emergence of optical entanglement which evidences the nonclassical nature of the macroscopic atomic ensemble. The experimental feasibility of this experiment with current technology is studied. Furthermore, we investigate the scenario where a finely tuned optical tweezer places a trapped particle inside an optical cavity such that the tweezer s scattered photons can survive inside the cavity. This so-called coherent scattering interaction has been shown to cool nanoparticles to phonon numbers lower than one deep into the quantum regime. We show that it also can generate mechanical entanglement between many levitated particles even in a room temperature environment. An overview on continuous variable systems and the custom numerical toolbox used throughout this work are presented.

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