Nous voulons mettre en évidence et analyser les réponses de systèmes biologiques à l’introduction de perturbations et de modulations spatio-temporelles. Plus précisément, afin de développer des stratégies innovantes pour l’étude des systèmes biologiques, nous proposons d’utiliser des outils microfluidiques. Nous concevons des microsystèmes adaptés qui peuvent influer localement sur les comportements biologiques, ceci afin qu’un experimentateur macroscopique puisse contrôler l’environnement externe des objects biologiques dont l’échelle est microscopique. Cette stratégie d’ingénierie est générique et multidisciplinaire. Au cours de cette thèse, elle a été mise en œuvre dans le cadre de deux projets collaboratifs, d’une part à l’échelle de la bactérie E.coli, et d’autre part à celle de l’embryon de souris à un stade post-implantation précoce. Les objets d’étude choisis sont caractéristiques à bien des égards des champs biologiques concernés : taille, représentativité, complexité.Nous avons mis nos compétences de spécialistes en conception et en fabrication de dispositifs fluidiques au service de la ligne DISCO du synchrotron SOLEIL et de l’équipe d’embryologie de la souris de l’IRIBHM. Le nœud de mon travail a été de concevoir et fabriquer les outils microfluidiques réutilisables pour des recherches génériques, qui permettent aux biologistes de se dispenser de l’utilisation d’une salle blanche.Plus précisément, le projet de microbiologie à SOLEIL avait pour object l’étude de l’influx et l’efflux de molécules antibiotiques dans des bactéries. Pour ce faire, nous avons developpé un dispositif réutilisable pour immobiliser les microorganisms et changer leur environnement chimique pendant l’imagerie en microscopie d’epifluorescence dans l’UV. Cette étude s’effectue en utilisant deux partenaires typiques : la bactérie Escherichia coli et un médicament de la famille des fluoroquinolones. Le projet d’embryologie a reposé sur l’électroporation localisée d’acides nucléiques au sein d’embryons de souris et le suivi des migrations cellulaires. Au cours de cette thèse, nous avons développé non seulement des microdispositifs réutilisables mais aussi des protocoles expérimentaux adaptés à l’utilisation de ces instruments miniaturisés.Plus précisément, le projet de microbiologie à SOLEIL avait pour object l’étude de l’influx et lantibiotiques dans des bactéries. Pour ce faire, nous avons developpé un dispositif réutilisable pour immobiliser lesmicroorganismes et changer leur environnement chimique pendant l’imagerie en microscopie d’épifluorescence dans l’UV.Cette étude s’effectue en utilisant deux partenaires typiques : la bactérie E. coli et un médicament de la famille desfluoroquinolones. Le projet d’embryologie a reposé sur l’électroporation localisée d’acides nucléiques des embryons desouris et le suivi des migrations cellulaires. / We want to analyze the responses of biological systems to the introduction of perturbations and spatio-temporal modulations. More specifically, in order to develop innovative strategies for the study of biological systems, we propose to use microfluidic tools. We design adapted microsystems that can locally influence biological behaviors, so that a macroscopic experimenter can control the external environment of biological objects whose scale is microscopic. This engineering strategy is generic and multidisciplinary. In this thesis, it has been implemented in two collaborative projects, on one hand, on the scale of the E.coli bacterium and on the other hand on that of the embryo of mouse at an early stage post-implantation. The selected study objects are characteristic in many respects of the biological fields concerned: size, representativeness, complexity.We extended our expertise in fluidic device design and manufacturing to the service of the DISCO beamline of the synchrotron SOLEIL and the IRIBHM mouse embryology team. The key point of my work has been to design and manufacture reusable microfluidic tools for generic research, which allow biologists to dispense with the use of a clean room.More precisely, the project of microbiology at SOLEIL had for object the study of the influx and the efflux of antibiotic molecules in bacteria. To do this, we have developed a reusable device for immobilizing microorganisms and changing their chemical environment during UV imaging on epifluorescence microscopy. This study is carried out using two typical partners: the Escherichia coli bacterium and a drug from the fluoroquinolone family. The embryology project relied on the localized electroporation of nucleic acids within mouse embryos and the monitoring of cellular migrations.In this thesis, we have developed not only reusable micro-devices but also experimental protocols adapted to the use of these miniaturized instruments.More precisely, the microbiology project at SOLEIL focused on the influx and the efflux of antibiWe have developed a reusable device for immobilizing those microorganisms and changing their chemical environmentduring UV imaging on an epifluorescence microscopy. This study was carried out using two typical partners: thebacterium and a drug from the fluoroquinolone family. The embryology project relied on the localized electroporation ofnucleic acids into mouse embryos and the monitoring of cell migrations.

Le projet présenté ici consiste en la conception et l’étude de faisabilité d’une microturbopompe de type Rankine destinée à être opérée à haute température. Une étude préliminaire est d’abord effectuée pour déterminer la configuration globale ainsi que les matériaux possibles pour l’isolation thermique du dispositif. Il en découle la nécessité d’utiliser des matériaux isolants pour le rotor et la structure statique. Les matériaux retenus sont le quartz et le Pyrex et la surface de la structure statique doit être réduite tout en s’assurant de la solidité du dispositif. Le domaine d’application retenu est la récupération de la chaleur de gaz d’échappements automobiles pour la génération d’énergie électrique. Dans cette application, l’utilisation de panneaux de microturbines pourrait permettre d’économiser jusqu’à 2.7% du carburant consommé. Après que la configuration globale soit définie, les composants rotodynamiques sont conçus en utilisant les modèles physiques les plus actuels. La conception finale comporte la pompe centripète, la turbine à un étage, deux paliers axiaux, un palier radial anisotropique comportant quatre réservoirs ainsi que trois joints d’étanchéité (un joint d’étanchéité spiral à viscosité et deux joints d’étanchéité annulaires) permettant de découpler les écoulements des différents composants. Par la suite, une séquence de procédés est définie ainsi que le concept détaillé incluant les aménagements permettant l’instrumentation et l’opération dans un banc d’essai de la microturbopompe de démonstration. La conception des dix-huit photomasques de fabrication découle de cet exercice. Finalement, des tests de microfabrication sont effectués pour évaluer la faisabilité des principales étapes définies dans la séquence de procédés de fabrication. Les étapes de photolithographie, de gravure du silicium, de collage anodique et par fusion sont démontrées tandis que les défis inhérents à la gravure du Pyrex et du quartz sont explorés. Une approche pour compléter la fabrication d’un dispositif de démonstration est proposée à la fin de ces travaux. Cette étude définit pour la première fois la configuration détaillée d’une microturbopompe à vapeur opérant à haute température, confirmant la faisabilité de ce concept. Les jalons sont posés pour la fabrication d’un prototype de démonstration et la validation des modèles présentés ici.

Pour augmenter sa compréhension du monde qui l’entoure, le physicien moderne ne cesse de travailler au développement d’outils théoriques ou expérimentaux pour l’aider à répondre à ses questions fondamentales. Une partie de ces chercheurs tente de répondre à une question bien définie, mais simultanément très vague : qu’est-ce que le bruit électro- nique? Guidés par cette idée, certains étudient des dispositifs comme la jonction tunnel ou la jonction Josephson, alors que d’autres travaillent à l’amélioration des méthodes de détection du bruit. Le présent mémoire de maîtrise traite donc de la conception d’un outil de détection bien particulier, le micro-bolomètre supraconducteur de niobium-titane-niobium. La théorie derrière le fonctionnement d’un tel dispositif est expliquée à l’aide d’une comparaison entre un bolomètre conventionnel et un bolomètre supraconducteur. Des concepts comme la sensibilité d’un détecteur, la conductance thermique et la méthode d’utilisation sont présentés. Les étapes du procédé de fabrication sont ensuite explicitées dans les moindres détails. Finalement, les propriétés électroniques d’un tel micro-bolomètre sont analysées à l’aide de la courbe caractéristique courant-tension, de la courbe de transition supraconductrice en température et de dfférentes mesures en réflectométrie. La puissance équivalente de bruit (NEP) mesurée est de l’ordre de 10[indice supérieur −17] W/√Hz et le temps caractéristique de détection est de 1.43 μs. Le dispositif présenté dans ce mémoire a un avantage important par rapport aux bolomètres supraconducteurs généralement utilisés : il ne nécessite pas de courant de polarisation continu pour le mettre en fonctionnement. Ceci peut résulter en divers avantages technologiques.

Orientador: Carlos César Bof Bufon / Banca: Lucas Fugikawa Santos / Banca: Nilson Cristino da Cruz / Abstract: In the recent years, the organic electronics' commercial viability and competitiveness became apparent, integrating a diversity of technologies, e.g., OLED flexible displays, large-area solar panels and biocompatible and wearable devices. The manufacturing of electronic devices with organic materials aims at exploiting inherent characteristics- mechanical flexibility, low processing temperatures and the potential of boosting and tailoring specific properties through chemical synthesis. However, there's still a gap between the well-established inorganic and the organic electronics concerning applications on rugged electronics, since the organic semiconductors (OSCs) are very susceptible to harsh conditions, e.g., exposition to UV radiation and gases. In this sense, recent advances on strained nanomembrane (NM) technology has shown enormous potential in the manufacturing of hybrid ultracompact devices in a novel organic thin-film transistor (OTFT) architecture. Through traditional microfabrication techniques-photolithography, thin-film deposition-OTFTs were fabricated on top of strained NMs, which promotes a reshaping of the devices into a 3D tubular architecture when released from the substrate. This process promotes a reduction in about 90% of the footprint area while protecting the OSC in the active area in between the multiple device windings. Therefore, the OTFTs have been endowed with new proprieties without loss of electric performance, while enduring hundreds of mechani... (Complete abstract click electronic access below) / Resumo: A eletrônica orgânica mostrou-se comercialmente viável e competitiva, já sendo integrada em diversas tecnologias, e.g., displays flexíveis de OLED, painéis solares de grande área, dispositivos biocompatíveis/vestíveis, entre outras. A utilização de materiais orgânicos na fabricação de dispositivos eletrônicos explora vantagens como: flexibilidade mecânica, baixas temperaturas de processamento e possibilidade de se implementar melhorias e ajustes por meio de sínteses químicas. Entretanto, a eletrônica inorgânica já bem estabelecida ainda se destaca na área da eletrônica robusta, uma vez que os semicondutores orgânicos (OSCs) são bastante suscetíveis a condições mais extremas, como exposição a gases e radiação. Nesse sentido, a tecnologia de nanomembranas autoenroladas (NM) tem mostrado, nos últimos anos, um grande potencial na fabricação de dispositivos híbridos ultracompactos em uma arquitetura inédita para transistores orgânicos de filmes finos (OTFTs). A partir das técnicas tradicionais de microfabricação-fotolitografia, deposição de filmes finos-fabricou-se OTFTs sobre NMs que, uma vez liberadas do substrato através da remoção sistemática de uma camada de sacrifício, remodelam os dispositivos em uma arquitetura tubular tridimensional, reduzindo a área ocupada em aproximadamente 90% e protegendo os OSCs da área ativa do OTFT entre as múltiplas voltas das NMs. Assim, mostrou-se que a arquitetura confere novas propriedades aos OTFTs sem prejudicar as propriedades elétricas, s... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Mestre

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 86-92).

Thesis (M.S.)--California Polytechnic State University, 2009. / Mode of access: Internet. Title from PDF title page; viewed on Jan. 19, 2010. Major professor: Dr. David Clague. "Presented to the faculty of California Polytechnic State University, San Luis Obispo." "In partial fulfillment of the requirements for the degree [of] Master of Science in Engineering, Biomedical Concentration." "November 2009." Includes bibliographical references (p. 63-65).

Microscope optics have long been used to observe biological samples, when used in conjunction with a laser light source, they can also be a powerful means to probe and manipulate cells. This dissertation describes the development of methodologies for laser-based microfabrication in biological environments. These techniques use pulsed laser light at a wavelength transparent to the experimental medium except in a region with submicron dimensions defined by the focus of a high numerical aperture objective. At the focal region, high intensity light can modify sample material. The localized nature of this energetic event allows it to be accomplished in the vicinity of living cells, enabling microfabrication strategies that are used to probe and modify extracellular environments with high resolution. The basic principles of this process are explored and its use in several applications for cell culture manipulation are described. In one methodology the focused laser induces physical and chemical events that lead to the formation of a micron-scale solid from a precursor protein solution. By translating the relative position of the beam in the solution, arbitrary three-dimensional structures can be formed. The use of protein microstructures as a platform for probing and manipulating cellular microenvironments is investigated and an advanced method of rapidly patterning elaborate structures with a spatial light modulator is demonstrated. The high intensity laser focus is used in a second strategy to create microfluidic conduits in a device consisting of two stacked flow channels, one containing adherent cells in buffer and the other a reagent solution. With laser ablation of a pore, highly defined reagent plumes are directed into the cell-containing chamber where they can dose multiple specifically targeted regions with subcellular specificity. The unique microfabrication technologies described in this dissertation could prove to be of use for researchers developing diagnostic and therapeutic devices and could lead to more advanced tools for studying the basic biology of cells.

Photonic crystals have the capability to control electromagnetic waves due to the existence of photonic bandgap. The devices based on photonic crystal structures usually have the advantage of substantial size reduction compared to their conventional counterparts, which may lead to miniaturization and large-scale integration of optical and optoelectronic devices.In this dissertation, several novel optical devices based on photonic crystals are designed and analyzed, including a compact power splitter, a compact polarizing beam splitter, an optical intersection of nonidentical optical waveguides, and a single mode coupled resonator optical waveguide. The simulation results show superior advantages compared to their conventional counterparts. In addition, a new fabrication method based on combining a custom-built blue laser writer and the technique of optical holography is developed for the purpose of mass production of useful photonic crystal devices.

Thesis (Ph. D.)--University of Texas at Austin, 2007. / Vita. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph.D.)--Hong Kong University of Science and Technology, 2007. / Includes bibliographical references (leaves 178-195). Also available in electronic version.