Dissertationen: „Micro forces“

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Johansson, LarsErik. „Controlled manipulation of microparticles utilizing magnetic and dielectrophoretic forces“. Licentiate thesis, Mälardalens högskola, Akademin för hållbar samhälls- och teknikutveckling, 2010. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:mdh:diva-10544.

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This thesis presents some experimental work in the area of manipulation of microparticles. Manipulation of both magnetic and non magnetic beads as well as microorganisms are addressed. The work on magnetic bead manipulation is focused on controlled transport and release, on a micrometer level, of proteins bound to the bead surface. Experimental results for protein transport and release using a method based on magnetization/demagnetization of micron-sized magnetic elements patterned on a modified chip-surface are presented. Special attention has been placed on minimizing bead-surface interactions since sticking problems have shown to be of major importance when protein-coated beads are used. The work with non-magnetic microparticles is focused on the dielectrophoretic manipulation of microorganisms. Preliminary experimental results for trapping and spatial separation of bacteria, yeast and non-magnetic beads are presented. The overall goal was to investigate the use of dielectrophoresis for the separation of sub-populations of bacteria differing in, for example, protein content. This was, however, not possible to demonstrate using our methods.Within the non-magnetic microparticle work, a method for determining the conductivity of bacteria in bulk was also developed. The method is based on the continuous lowering of medium conductivity of a bacterialsuspension while monitoring the medium and suspension conductivities.

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Cailliez, Jonathan. „Contributions à la modélisation et la commande de capteurs de forces actifs pour la méso et micro-robotique“. Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2020. http://www.theses.fr/2020SORUS278.

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Cette thèse porte sur le développement d’une instrumentation originale et présentant des performances au-delà de l’état de l’art pour la caractérisation et la mesure de forces aux petites échelles. Les travaux présentés couvrent la mesure d’une large gamme de forces mises en jeu en méso et micro-robotique, allant des forces intermoléculaires de l’ordre de quelques µN à des forces de l’ordre du Newton. Le point central réside dans le développement et la mise en œuvre de capteurs basés sur une technologie active particulièrement adaptée pour la caractérisation de forces à gradient variable grâce à une raideur du capteur quasi-infinie en boucle fermée. Trois contributions principales ont été apportées. Sur le plan méthodologique, une nouvelle approche de commande hybride robuste basée sur un placement de structures propre a été proposée et validée expérimentalement dans le cadre de la caractérisation robuste de force d’interaction intermoléculaires en utilisant un microscope à force atomique (AFM). Cette caractérisation a permis de définir les bases du cahier des charges pour la conception et la commande de capteurs actifs mieux a même de caractériser finement les zones instables dans lesquelles les gradients de force sont importants. La seconde contribution réside dans le développement, la conception, la commande et la mise en œuvre d’un capteur actif original de type MEMS (Microsystème électromécanique) ayant la particularité de posséder une caractéristique électromécanique linéaire sur l’ensemble de sa plage de mesure, i.e. +- 20 µN, avec une bande passante supérieure à 2kHz. La troisième contribution réside dans la proposition d’une nouvelle architecture pour la mesure active de forces sur des plages allant du mN au N basée sur un actionnement magnétique et un palier d'air. Ce capteur a été mis œuvre pour la mesure de force magnétique présentant des zones instables lorsque la distance entre la pointe du capteur et l’échantillon magnétique est inférieur à un certain seuil. Les perspectives de cette thèse sont nombreuses en science des matériaux, en biologique et plus généralement en physique. Elle ouvre une nouvelle voie dans la recherche scientifique en microscopie à force atomique active
This thesis focuses on the development of an original instrumentation, with performances beyond the state of the art, for the characterization and the measurement of forces at the small scales. The work covers the measurement of a wide range of forces involved in meso and micro-robotics, from intermolecular forces of the order of a few µN to forces at the Newton level. The focus lies in the development and implementation of sensors based on an active technology particularly adapted for the characterization of forces with a variable gradient thanks to a quasi-infinite sensor stiffness in closed loop. Three main contributions have been made. On the methodological aspect, a new robust hybrid control approach based on Eigen structure assignment has been proposed and experimentally validated for the robust characterization of intermolecular interaction forces using an Atomic Force Microscope (AFM). This characterization has allowed defining the basis of the specifications for the design and the control of active sensors better suited to finely characterize unstable areas in which the force gradients are important. The second contribution lies in the development, design, control and implementation of an original MEMS (Micro-Electro-Mechanical System) type active sensor with the particularity of having a linear electromechanical characteristic over its entire measurement range, i.e. +- 20 µN, with a bandwidth greater than 2kHz. The third contribution lies in the proposition of a new architecture for the active measurement of forces over ranges from mN to N based on a magnetic actuation and an air bearing. This sensor has been implemented for the measurement of magnetic forces with unstable areas when the distance between the sensor tip and the magnetic sample is below a certain threshold. The perspectives to this thesis are numerous in materials science, biology and more generally in physics. It particularly opens a new path in scientific research related to active AFM

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Matope, S., und Der Merwe A. Van. „The application of Van der Waals forces in micro-material handling“. Journal for New Generation Sciences, Vol 8, Issue 1: Central University of Technology, Free State, Bloemfontein, 2010. http://hdl.handle.net/11462/554.

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Published Article
This paper investigates the challenges of employing Van der Waals forces in micro-material handling since these forces are dominant in micro-material handling systems. The problems include the creation of a dust-free environment, accurate measurement of the micro-force, and the efficient picking and placing of micro-work pieces. The use of vacuum suction, micro-gripper's surface roughness, geometrical configuration and material type are presented as alternatives to overcome the challenges. An atomic force microscope is proposed for the accurate measurement of the Van der Waals force between the gripper and the micro-work piece.

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Matope, Stephen. „Application of Van-der-Waals forces in micro-material handling“. Thesis, Stellenbosch : Stellenbosch University, 2012. http://hdl.handle.net/10019.1/71608.

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Thesis (PhD)--Stellenbosch University, 2012.
This doctoral dissertation focuses on the application of Van-der-Waals’ forces in micromaterial handling. A micro-material handling system consists of four main elements, which include: the micro-gripper, the micro-workpart, the picking up position and the placement position. The scientific theoretical frameworks of Van-der-Waals’ forces, presented by Van der Waals, Hamaker, London, Lifshitz, Israelachvilli, Parsegian, Rumpf and Rabinovich, are employed in exploring the extent to which these forces could be applied in a micromanufacturing situation. Engineering theoretical frameworks presented by Fearing, Bohringer, Sitti, Feddema, Arai and Fukuda, are employed in order to provide an in-depth synthesis of the application of Van-der-Waals’ forces in micro-material handling. An empirical or pragmatic methodology was adopted in the research. The Electron Beam Evaporation (e-beam) method was used in generating interactive surfaces of uniform surface roughness values. E-beam depositions of copper, aluminum and silver on silicon substrates were developed. The deposition rates were in the range of 0.6 – 1.2 Angstrom/s, at an average vacuum pressure of 2 x 10-6 mbar. The topographies were analysed and characterised using an Atomic Force Microscope and the corresponding rms surface roughness values were obtained. The Rumpf-Rabinovich equation, which gives the relationship of the exerted Van-der-Waals’ forces and the rms surface roughness values, is used to numerically model the results. In the final synthesis it is observed that the e-beam depositions of copper are generally suited for the pick-up position. Aluminum is suited for the micro-gripper and silver is suited for the placement position in an optimised micro-material handling system. Another Atomic Force Microscope was used in order to validate the numerically modelled results of the exerted Van- der-Waals’ forces. The aim was to measure the magnitude of Vander- Waals’ forces exerted by the e-beam depositions and to evaluate their applicability in micro-material handling operations. The measurements proved that Van-der-Waals’ forces exerted by the samples could be used for micro-material handling purposes on condition that they exceeded the weight of the micro-part being handled. Three fundamental parameters, ie: material type, geometrical configuration and surface topography were used to develop strategies of manipulation of micro-materials by Van-der- Waals’ forces. The first strategy was based on the material type variation of the interactive surfaces in a micro-material handling operation. This strategy hinged on the fact that materials have different Hamaker coefficients, which resulted in them experiencing a specific Van-der- Waals’ forces’ intensity during handling. The second strategy utilised variation in the geometrical configuration of the interacting surfaces. The guiding principle in this case was that, the larger the contact area was, the greater the exerted Van-der-Waals’ forces would be In the analytical modelling of Van-der-Waals’ forces with reference to geometrical configuration, a flat surface was found to exert more force than other configurations. The application of the design, for purposes of manufacturing and assembling (DFMA) criteria, also proved that flat interactive surfaces have high design efficiency. The third strategy was based on surface roughness. The rougher the topography of a given surface was, the lesser the Van-der-Waals’ forces exerted were. It was synthesised that in order for a pick-transfer-place cycle to be realised, the root-mean-square (rms) interactive surface roughness values of the micro-part (including the picking position, the micro-gripper, and the placement position) should decrease successively. Hybrid strategies were also identified in this research in order to deal with some complex cases. The hybrids combined at least two of the aforementioned strategies.

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Haliyo, Sinan D. „Les forces d'adhésion et les effets dynamiques pour la micro-manipulation“. Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066529.

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Pitt, Ford Charles William. „Unsteady aerodynamic forces on accelerating wings at low Reynolds numbers“. Thesis, University of Cambridge, 2013. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.608219.

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Van, der Merwe A., und S. Matope. „Manipulation of Van der Waals' forces by geometrical parameters in micro-material handling“. Journal for New Generation Sciences, Vol 8, Issue 3: Central University of Technology, Free State, Bloemfontein, 2010. http://hdl.handle.net/11462/574.

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Published Article
This paper explores the manipulation of Van der Waals' forces by geometrical parameters in a micro-material handling system. It was observed that the flat-flat interactive surfaces exerted the highest intensity of Van der Waals' forces followed by cone-flat, cylinder-flat, sphere-flat and sphere-sphere interactive surfaces, respectively. A conical micro-gripper proved to be versatile in manipulating the Van der Waals' forces efficiently in a 'picking up' and 'releasing' mechanism of micro-work parts. It was deduced that the pick-up position should be rough and spherical, and the placement position should be smooth and flat for an effective 'pick-and-place' cycle to be realised.

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Wang, Ji. „Suspended Micro/Nanofiber Hierarchical Scaffolds for Studying Cell Mechanobiology“. Thesis, Virginia Tech, 2015. http://hdl.handle.net/10919/76884.

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Extracellular matrix (ECM) is a fibrous natural cell environment, possessing complicated micro-and nano- architectures, which provides signaling cues and influences cell behavior. Mimicking this three dimensional environment in vitro is a challenge in developmental and disease biology. Here, suspended multilayer hierarchical nanofiber assemblies fabricated using the non-electrospinning STEP (Spinneret based Tunable Engineered Parameter) fiber manufacturing technique with controlled fiber diameter (microns to less than 100 nm), orientation and spacing in single and multiple layers are demonstrated as biological scaffolds. Hierarchical nanofiber assemblies were developed to control single cell shape (shape index from 0.15 to 0.57), nuclei shape (shape index 0.75 to 0.99) and focal adhesion cluster length (8-15 micrometer). To further investigate single cell-ECM biophysical interactions, nanofiber nets fused in crisscross patterns were manufactured to measure the "inside out" contractile forces of single mesenchymal stem cells (MSCs). The contractile forces (18-320 nano Newton) were found to scale with fiber structural stiffness (2 -100 nano Newton/micrometer). Cells were observed to shed debris on fibers, which were found to exert forces (15-20 nano Newton). Upon CO? deprivation, cells were observed to monotonically reduce cell spread area and contractile forces. During the apoptotic process, cells exerted both expansive and contractile forces. The platform developed in this study allows a wide parametric investigation of biophysical cues which influence cell behaviors with implications in tissue engineering, developmental biology, and disease biology.
Master of Science

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Vignaud, Timothée. „Production de forces par le cytosquelette d'actine : mécanismes et régulation par le micro-environnement“. Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENY056/document.

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Les travaux présentés se sont intéressés à la régulation des forces produites par le cytosquelette d'actine. Le rôle primordial joué par le microenvironnement a été au centre de nos investigations. L'étude de ces phénomènes a nécessité le développement de techniques innovantes. La première permet le contrôle en temps réel de la forme de la cellule. Elle utilise un laser UV pulsé pour modifier le microenvironnement adhésif de la cellule et contrôler les zones disponibles pour son étalement. La seconde est une amélioration d'une technique existante au sein du laboratoire. Il s'agit de produire des îlots de protéines d'adhésions, de forme contrôlée, sur un substrat déformable d'acrylamide. Ces supports permettent le contrôle de la taille de la cellule et de son organisation interne. En outre, l'élasticité de l'acrylamide permet la mesure des forces générées par la cellule. La dernière technique a combiné le patterning sur acrylamide avec l'ablation laser. Les forces produites au sein d'une structure particulière du cytosquelette ont ainsi pu être estimées. Deux grands mécanismes de régulation des forces ont pu être mis en évidence. L'utilisation de techniques de spectrométrie de masse, de mesure de forces et de biologie moléculaire a permis de mettre en évidence la coopération entre les différents types d'intégrines au niveau de l'adhésion cellulaire. Cette coopération permet un couplage entre l'architecture du cytosquelette et la quantité de moteurs moléculaires mettant en tension ces structures. Ces mécanismes sont primordiaux pour l'adaptation de la cellule à la rigidité de son environnement. Ce sont les structures d'actine qui produisent les forces qui seront transmises au niveau des adhésions. La corrélation entre la taille de ces structures et les forces générées est encore mal caractérisée. La relation entre taille des fibres de stress et répartition des forces au sein de la cellule a pu être étudiée et suggère que la force produite par une fibre de stress augmente avec sa longueur. Une étude systématique de la contractilité des cellules, sur des patterns de différentes tailles, a permis de montrer la relation entre la taille des fibres de stress et la force générée. Une relation biphasique a ainsi été mise en évidence. Quand la taille de la cellule augmente, la force générée au sein des fibres de stress commence par augmenter avant de diminuer au delà d'une longueur critique. Cette longueur correspond également à la taille maximale observée sur des cellules libres de s'étaler sans contraintes. Les résultats obtenus suggèrent que cette chute de force est liée à une augmentation excessive du ratio myosine/actine qui ne permet plus une production de force efficace. Le mécanisme pourrait faire intervenir le désassemblage des structures d'actine par la myosine ou la quantité insuffisante d'actine pour permettre un travail efficace des moteurs moléculaires. La rencontre de ces deux mécanismes permet de définir le champ des possibles pour la cellule en terme de contractilité. Le mécanisme de chute de forces observé n'a pas pu être expliqué à ce jour mais nous travaillons activement pour qu'il le soit dans les mois à venir. Ce phénomène aura sans doute un grand rôle à jouer dans l'intégrité mécanique des tissus et les phénomènes de migration. La chute de force au delà de la longueur critique permet en effet de déstabiliser les adhésions et pourrait être à l'origine de la rétraction de la cellule dans la migration ou du détachement d'une cellule de ces voisines dans le cas d'un tissu sous forte contraintes. Ce détachement protégerait ainsi la cellule d'un déchirement sous l'effet de forces trop importantes
Our work has been focused on the regulation of the forces generated by the actin cytoskeleton. We have more precisely studied the role of the cellular microenvironment in this process. It was necessary to overcome some technical challenges to study these mechanisms. We developed two new techniques. The first one allows for the dynamic control of cell shape. A pulsed UV laser is used to modify the adhesive microenvironment around the cell and to create new area available for cell spreading. The second technique is an improvement of an existing technique from the laboratory. It consists in producing ECM protein islands on a elastic acrylamide substrate. This substrate provides the control of cell shape and internal organization. Plus, the elasticity of the substrate is compatible with traction forces measurements. The last technique combines acrylamide micropatterning and laser ablation of intracellular actin structures. Thus, the forces produced by a particular intracellular structure can be estimated. Two keys mechanisms of force regulation were shown. The use of mass spectrometry, traction force microscopy and molecular biology made it possible to study the interaction between different integrins in the adhesion complex. Cooperation was shown. It allows for the coupling between the architecture of the cytoskeleton and the amount of molecular motors in action. This process is necessary for the adaptation of cell forces to substrate stiffness. Actin structures are the one responsible for force production. This force can then be transmitted to the environment through adhesions.. The link between the length of actin fibers and the force produced was more precisely studied. The results showed a correlation between stress fibers length and the force generated inside it. This was true only above a certain critical value. After that, the force was rather decreasing with increasing fiber length. This critical length corresponds to the maximal length of cell axis on infinite 2D substrate. Our main hypothesis is that a too high myosin/actin ratio will block the proper force production/transmission within the fiber. Disassembly of actin by myosin or limited pool of actin are the two explanations we are currently following. The combination of these two-regulation process put brakes on force production by the cell. Above a certain length, the force produced is decreasing. This decreases in turn the strength of the adhesions anchored to these fibers. This will destabilize the adhesions and causes cell retraction The interplay between the regulation by the adhesion and the production of forces within the fiber set some limits on the level of forces produced by the cell. These processes are likely to be modified in a pathological context and can lead to tumor formation. They also protect the cell from being destroyed by stretching. If the length/stretch is too high, the cell will decrease its forces and detach from neighboring cells. This provide a system protecting the cell from being destroyed by massive deformations within the body

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Alvo, Sébastien. „Étude, modélisation et mesure des forces d'adhésion à l'échelle microscopique“. Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00772533.

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La manipulation d'objets de tailles microscopiques, dont le comportement est régi par des effets de surfaces, nécessite des modèles d'interaction fiables entre les micro-objets et les organes terminaux des robots. De nombreux paramètres entrent en considération dans la modélisation des forces d'adhésion. Il apparaît donc nécessaire de déterminer l'influence de chacun afin de maîtriser en particulier la force à exercer pour séparer deux objets en contact dite force de pull-off. De plus, à l'échelle microscopique, la mesure des efforts d'interaction au cours de la manipulation est complexe et n'est possible que dans certains cas particuliers. L'approche générale proposée dans ce manuscrit repose sur trois étapes. Après une présentation du contexte de ces travaux, la première étape consiste à identifier les modèles et les moyens de mesure de la littérature (chapitre 1). Deux approches sont alors mises en avant pour modéliser les forces de pull-off. Les forces et les faiblesses des modèles sont étudiées plus en détail au chapitre 2 afin de développer, au cours de la seconde étape, un nouveau modèle de force d'adhésion (chapitre 3). Ce dernier met en avant le couplage entre les déformations et les forces d'adhésion et révèle des différences majeures entre les échelles microscopique et nanoscopique. Enfin, l'objectif de la troisième étape est de corréler ce modèle avec des observations expérimentales. L'analyse des résultats expérimentaux effectuée au chapitre 4 montre la difficulté de modéliser des interactions entre des micro-objets réels et met en avant un effet d'échelle s'appliquant aux forces électrostatiques.

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Bauër, Pierre. „Mesures mécaniques et génération de forces de réseaux d’actine branchés avec des micro-cylindres magnétiques“. Thesis, Paris 6, 2015. http://www.theses.fr/2015PA066428/document.

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Les travaux effectués dans cette thèse concernent la mécanique des gels d'actine branchés in vitro ainsi que leur processus de génération de forces contre des parois. Pour étudier ces effets, nous avons développé un nouveau montage expérimental, basé sur des mesures via l'auto assemblage de microcylindres superparamagnétiques sous un champ magnétique. Cela nous permet d'en déduire les relations entre force et vitesse des réseaux d'actine branchés, ainsi que de faire le lien entre force et mécanique, des sujets cruciaux en mécanique et en migration cellulaire
The work done during this tesis concerns the mechanics and force generation processes of branched actin networks reconstructed in vitro. To study these effects, we’ve developped a new experimental setup, based on self assembly of supermaramagnetic microcylinders under a magnetic force. This allows us to obtain relations between force and growth velocity of branched actin networks, as well as linking force generation with mechanics, which are crucial to understand cell mechanics and migration

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Hendrick, Gary. „Modeling and Experimentation of Micro-Scale Self-Assembly Processes“. Scholar Commons, 2010. https://scholarcommons.usf.edu/etd/1656.

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Self-Assembly in the context of micro-scale integration refers to a developing set of techniques which exploit phenomena resulting in the spontaneous integration of micro-scale components into designed systems. Self-Assembly may be leveraged most effectively in parallel assembly processes. This thesis studies the modeling of micro-scale self-assembly processes as stochastic processes. The researchers propose that self-assembly processes may be modeled as Markov chains. In order to develop these models a Self-Assembly test system was created and trials were conducted using this system. Initial tests into the hypothesis that variables contributing to the transition probabilities include the kinetic energy of the assembly interaction, the energy minimized during assembly, and the area fraction of bonding sites on the assembly surface are tested.

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Ballard, Darin J. „Properties of root cementum: part 11 continuous versus intermittent controlled orthodontic forces on root resorption. a micro-ct study“. Thesis, Faculty of Dentistry, 2006. http://hdl.handle.net/2123/4307.

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Bongué, Boma Malika. „Modélisation de la fissuration pour l'évaluation de la perte d'étanchéité des structures en béton armé sous chargements mécaniques“. Phd thesis, Ecole des Ponts ParisTech, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00003418.

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L'évaluation du comportement de structures de béton armé est une problématique cruciale dans le domaine du génie civil : l'objectif de cette thèse est la mise en place d'un modèle mécanique capable de décrire l'évolution des paramètres physiques qui régissent l'évolution de la perméabilité de ce matériau. Le béton (initialement micro-fissuré) est modélisé comme un milieu fia microstructure : la cinématique du corps est enrichie par une variable caractéristique de la taille et de l'orientation du champ de fissure. La théorie des forces configurationnelles est utilisée afin de tenir compte des évolutions irréversibles des micro-défauts. Ces deux approches nous permettent de déterminer les équations d'équilibre régissant la déformation du milieu ainsi que la propagation des fissures. Les paramétres utilisés pour décrire la microstructure ont été choisis de faficon fia schématiser le milieu poreux : la résolution des équations de Stokes sur le volume élémentaire représentatif (microstructure) permettra d'évaluer la perméabilité intrinsèque en tout point du corps. Un exemple a été détaillé : on détermine le comportement d'un solide en traction tout en considérant des conditions d'étude simplifiées (champ de fissures homogène, isostaticité, application de la mécanique linéaire de la rupture). Déformation, propagation des fissures et perte de rigidité sont déterminées en fonction du chargement. On présente par ailleurs l'évolution de la perméabilité du milieu : une fois amorcée, la propagation du champ de fissure devient la cause principale de la perte d'étanchéité.

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Chau, Alexandre. „Theoretical and experimental study of capillary condensation and of its possible application in micro-assembly“. Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2007. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210619.

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Nowadays, the assembly of small (<1mm) components has become an industrial reality. Many domains like MEMS, surgery, telecommunications, car industry, etc. now have large use of micro-parts. At this scale, predominant forces are different than in macroworld. The pieces often undergo adhesion problems. The adhesion forces can be splitted in different components :van der Waals, electrostatics and capillary condensation. This work focuses on capillary condensation as it often can be the major component of the adhesion force.

The first part of this work details a review of literature of different fields involved in capillary condensation. A simulation tool is then implemented and theoretically validated in the second part of the work. Finally, a test bed is presented; this bed is then used to experimentally validate the simulation results.

Experiments and simulation results are shown to concord. Therefore, the simulation tool can be used to model the force due to capillary condensation.
Doctorat en Sciences de l'ingénieur
info:eu-repo/semantics/nonPublished

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Boukallel, Mehdi. „Etude, conception et réalisation d'un capteur de micro et nano-forces : application à la mesure d'élasticité des ovocytes“. Phd thesis, Université de Franche-Comté, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00259349.

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Dans le domaine de la microrobotique, la manipulation d'objets de petites tailles (micromécanismes, cellules, etc...) est courante. Afin de caractériser les interactions aux dimensions de travail considérées, la mesure de force en microrobotique est nécessaire. Dans cette optique, nous avons développé un capteur de forces qui repose sur un principe de lévitation magnétique passive et ne nécessitant pas d'asservissement pour assurer la lévitation. Les dimensions globales du capteur n'excèdent pas un volume total de 170 mm x 100 mm x 60 mm. Le capteur est composé d'une tige en matériau polymère, servant d'effecteur, sur laquelle sont fixés deux aimants permanents. L'ensemble tige et aimants permanents lévite entre deux plaques de graphite à l'aide d'une configuration particulière d'aimants porteurs. La mesure de force avec le capteur développé peut se faire principalement suivant trois directions. L'utilisation de ce capteur permet de couvrir une plage de mesure deforce allant de quelques dizaines de nanonewton (nN) à plusieurs milliNewton (mN) avec une résolution de mesure de l'ordre du nanoNewton (nN). Les modèles magnétiques et diamagnétique développés permettent de déterminer les forces qui s'appliquent sur l'effecteur par le biais de la connaissance de la position spatiale de la tige. En terme applicatif, le capteur de forces est actuellement utilisé pour la détermination des caractéristiques mécaniques de cellules humaines de type ovocyte. Ce travail est mené en étroite collaboration avec l'équipe de fécondation in vitro du CHU de Besançon.

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Karam, Jean-Christophe. „Collision d'un atome métastable de gaz rare sur une surface nono ou micro-structurée et optique atomique“. Paris 13, 2005. http://www.theses.fr/2005PA132029.

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Dans ce travail on a montré l'occurrence de transitions exothermiques et endothermiques entre les niveaux métastables 3P2 et 3P0 dans la collision d'atomes de gaz rare avec une surface solide. Le développement d'une source d'atomes métastables utilisant le processus d'échange de métastabilité au sein d'un jet supersonique a permis ensuite d'observer la diffraction par un réseau de nanofentes, puis, dans une expérience de collision sur un réseau micrométrique en Cuivre en présence d'un champ magnétique externe, d'observer des transitions Zeeman au sein du niveau 3P2. Le calcul, à partir des données spectroscopiques, de l'interaction de van der Waals entre un atome d'argon métastable dans l'état 3P2 et une surface conductrice plane a révélé outre une partie scalaire, une partie quadrupolaire modifiant l'énergie des sous niveaux au voisinage de la surface. Un modèle d'évolution soudaine prédit alors une probabilité de transition dont l'ordre de grandeur est en accord avec l'expérience.

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Cheng, Linda Lam. „Repair of root resorption four and eight weeks following the application of continuous light and heavy forces for four weeks: micro-ct and histology studies“. Thesis, Faculty of Dentistry, 2007. http://hdl.handle.net/2123/4308.

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Lefebvre, Aline. „Modélisation numérique d'écoulements fluide-particules : prise en compte des forces de lubrification“. Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112298.

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Cette thèse comporte trois parties. Dans la première, nous présentons une méthode de simulation d'écoulements fluide/particules. Nous montrons que la pénalisation du tenseur des contraintes, associée à une discrétisation en temps par la méthode des caractéristiques, conduit à une formulation variationnelle de type Stokes généralisée. Des tests numériques sont effectués sous FreeFem++ afin d'étudier la convergence. Nous en présentons également trois exemples d'utilisation. Dans la seconde partie nous proposons un modèle permettant de prendre en compte les forces de lubrification dans les simulations directes d'écoulements fluide/particules. Nous présentons d'abord un modèle de contact visqueux dans le cas particule/plan, obtenu comme limite, à viscosité nulle, du modèle de lubrification. Nous décrivons ensuite un algorithme reposant sur une étape de projection des vitesses, à chaque instant, sur un espace dit de vitesses admissibles. On montre alors la convergence du schéma et on généralise l'algorithme au cas multi-particules. Nous en présentons également un exemple de programmation orientée objet. Dans la dernière partie, nous considérons un système discret de sphères (boulier en 1D) qui interagissent à travers la force de lubrification. Le modèle microscopique repose sur le développement de cette force à courte distance. Nous proposons une équation constitutive marcoscopique, de type Newtonien, reposant sur une viscosité linéique proportionnelle à l'inverse de la fraction locale de fluide. Nous établissons la convergence du modèle microscopique vers le modèle macroscopique proposé
This PhD thesis is made of three parts. In the first one, we present a method to simulate fluid/particle flows. We show that the penalty method, combined to a time discretization performed using the method of characteristics leads to a generalized Stokes variational formulation. Numerical tests are implemented with FreeFem++ to study the convergence. We also present three examples using this method. In the second part we propose a model to take into account lubrication forces in direct simulations of fluid/particle flows. We first present a "viscous contact" model in the plane/particle case, obtained as the vanishing viscosity limit of the lubrication model. Then, we describe an algorithm based on a projection of the velocities, at each time step, over a set of admissible velocities. Next, we prove the convergence of the scheme and generalize the algorithm to the multi-particle case. We also present an example of object oriented programming of it. In the last part, we consider a discrete system of spheres (chain in 1D) interacting through a lubrication force. The microscopic model relies on the development of that force at small distance. We propose a macroscopic constitutive equation, of Newtonian type, which relies on an elongational viscosity which is proportional to the reciprocal of the local fluid fraction. We establish the convergence of the microscopic model towards the solution of the proposed macroscopic model

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Dib, Marcel Henrique Militão. „Micro e nanousinagem dos materiais frágeis“. Universidade de São Paulo, 2018. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18145/tde-15022019-121710/.

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Materiais frágeis, tal como o silício, têm sido utilizados em sistemas microeletromecânicos, semicondutores e dispositivos ópticos infravermelhos. Estes materiais são considerados de difícil usinabilidade devido à tendência de sofrerem fraturas. O grande desafio na usinagem dos materiais cristalinos é alcançar uma remoção de material por deformações plásticas (regime dúctil), pois, nessas condições as superfícies ópticas usinadas são geradas sem nenhum dano. Esse regime de usinagem pode ser alcançado em escalas submicrométricas, de forma que, em muitos cristais, as pressões impostas pela ferramenta são altas o suficiente para conduzirem uma transformação de fase do material, favorecendo, assim, a usinagem. Embora pesquisas sobre a relação entre a endentação e a usinagem tenham sido desenvolvidas, a busca por métodos matemáticos com base nas forças e deformações de endentação para serem usados em usinagem de modo a identificar as condições ótimas para remoção de material em regime dúctil não são triviais. O presente trabalho propõe uma relação mais direta com os resultados de endentação para determinar os parâmetros ótimos de usinagem dos materiais frágeis, correlacionando a área da face do endentador em contato e a área efetiva da secção de corte em usinagem. Para isso, ensaios de endentação e experimentos de usinagem com ferramenta de diamante foram realizados em escala micro e nanométrica. O material analisado aqui foi o silício monocristalino (100). Uma matriz experimental foi planejada para as possíveis correlações da variação do ângulo de saída da ferramenta e do avanço de usinagem com as áreas de endentação e o surgimento das trincas e fraturas; forças de usinagem e a pressão de transição frágil-dúctil; tensão residual; espessura crítica de corte e o estado das superfícies usinadas. Em relação às durezas obtidas, foi preciso separá-las em dois estágios: antes do surgimento das trincas durante a endentação e depois desse ponto. Durante a usinagem, a melhor remoção de material em regime dúctil foi obtida na direção mais dura do silício. Os ângulos de saída que proporcionaram resultados desfavoráveis em termos de integridade superficial foram o de -25° e ângulos mais negativos que -60°. A pressão de transição se apresentou de 12 GPa a 13 GPa, sendo que as energias específicas de corte seguiram o mesmo comportamento: 9 j/mm³ a 10 j/mm³ respectivamente. A tensão residual se mostrou inversamente proporcional às forças de usinagem. As espessuras crítica-efetivas de corte variaram de 100 nm a 560 nm. Os valores das espessuras críticas de corte estimadas pelos ensaios de endentação variaram de 200 nm a 530 nm. Portanto, foi possível mostrar que os valores de espessura crítica estimados pelo método proposto, com base nos resultados de endentação, corresponderam muito bem às espessuras críticas obtidas nos experimentos de usinagem. Assim sendo, torna-se possível determinar por meio de tal técnica os valores ótimos de usinagem, podendo ser aplicada para qualquer material cristalino.
Brittle materials, such as silicon, have been used in microelectromechanical systems, semiconductor and infrared optical devices. These types of materials are considered of difficult to machine due to the tendency to suffer fractures. The great challenge in the machining of crystalline materials is to achieve a removal of material by plastic deformations (ductile regime), because in these conditions the machined optical surfaces are generated without any superficial damage. This type of machining can be achieved on a submicrometric machining scale, so that the pressures imposed by the tool are high and lead to a phase transformation of many crystals favoring the machining in ductile regime. Although research on the relationship between microindentation and micromachining has been developed, the search for mathematical methods based on the forces and the deformations of indentation to be used in machining in order to identify the machining conditions under regime ductile are non-trivial. The present work proposes a more direct relationship with the results of the indentation to determine the optimal parameters of the fragile materials, correlating the indenter face area and the cutting section effective area in machining. For this purpose, indentation tests and diamond tool machining experiments were carried out on a micro and nanometric scale. The material analyzed here was monocrystalline silicon (100). An experimental matrix was planned for the possible correlations of the variation of the tool rake angle and of the machining feed with the areas of indentation and the beginning of cracks and fractures; cutting forces and the fragile-ductile transition pressure; residual stress; critical cutting thickness and the state of machined surfaces. In relation to the hardness obtained, it was necessary to separate them in two stages: before the emergence of the cracks during the indentation and after that point. During machining, the best removal of ductile material was obtained in the hardest direction of the silicon. The rake angles which gave unfavorable results in terms of surface integrity were -25° and angles more negative than -60°. The transition pressure reached values from 12 GPa to 13 GPa, and the specific shear energies followed the same behavior: 9 j/mm³ at 10 j/mm³ respectively. The residual stress was inversely proportional to the machining forces. Critical-effective uncut thicknesses ranged from 100 nm to 560 nm. The values of the critical uncut thicknesses estimated by the indentation tests ranged from 200 nm to 530 nm. Therefore, it was possible to show that the critical thickness values estimated by the proposed method, based on indentation results, corresponded very well to the critical thickness obtained in the machining experiments. Thus, it is possible to determine by means of such a technique the optimum values of machining, which can be applied to crystalline material.

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Lambert, Pierre. „A contribution to microassembly: a study of capillary forces as a gripping principle“. Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2004. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/211129.

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La tendance à la miniaturisation des produits n'est pas sans influence sur l'évolution de leurs moyens de production et d'assemblage. En effet, dû à la réduction d'échelle, l'assemblage de petits composants (appelé microassemblage) est perturbé par les forces de surface comme les forces de capillarité. Ces forces, exercées par le pont liquide reliant manipulateur et composant, sont habituellement négligeables (et négligées) dans l'assemblage conventionnel dominé par les forces de gravité. L'approche originale suivie dans ce travail consiste à tirer parti de ces effets et à les utiliser pour la manipulation de microcomposants, c'est-à-dire de composants dont la taille va de quelques dizaines de microns à quelques millimètres. Ce travail tente donc d'apporter quelques réponses aux problèmes de conception posés par un tel choix: quels sont les avantages d'une telle approche? Comment ces forces `fonctionnent-elles'? Sont-elles suffisamment grandes pour manipuler des microcomposants? Comment, dans ce cas, relâcher le composant? Quel rôle la tension de surface joue-t-elle? En quoi le choix des matériaux est-il important? Comment optimiser la conception du manipulateur? Tout au long de ce travail, le lecteur trouvera un inventaire des principes de manipulation existants, les éléments nécessaires à la modélisation des forces de capillarité, ainsi que la description de la simulation et du banc d'essai développés par l'auteur dans le but d'étudier ces paramètres de conception. Les résultats présentés dans cette thèse recouvrent essentiellement deux thèmes: quelles sont les règles de conception à suivre pour maximiser les forces de capillarité (problème de la préhension) et comment choisir une stratégie de relâche adéquate (problème de la relâche)?
Doctorat en sciences appliquées
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Paetyangkul, Anchalee. „The extent of root resorption after the application of continuous and controlled orthodontic forces for 12 weeks: a micro-ct scan study“. Thesis, Faculty of Dentistry, 2007. http://hdl.handle.net/2123/4287.

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Valsamis, Jean-Baptiste. „A study of liquid bridge dynamics: an application to micro-assembly“. Doctoral thesis, Universite Libre de Bruxelles, 2010. http://hdl.handle.net/2013/ULB-DIPOT:oai:dipot.ulb.ac.be:2013/210117.

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Micro-assembly processes suffer from some breaches due to the continuing trend towards an increase in the production capabilities as well as in the size reduction of the components manipulated. Usual manipulating schemes have reached their limit and capillary forces constitute a valuable alternative strategy.

The goal of this work is to describe the dynamics of liquid bridges in the application of micro-assembly processes. The description is obtained using the Kelvin-Voigt model, with a spring, a damper, and a mass connected in parallel, supported by numerical simulations, analytical approximations and experiments.

The works is divided into three parts. First we present important aspects of microfluidics, as well as the constitutive equations and an overview of numerical approaches used to describe fluid flow problems with moving interfaces.

The second part is devoted to the capillary rise case, intended to validate and to compare the numerical approaches to analytical laws and experimental results. The implementation of the slipping and the dynamic contact angles is discussed.

The last part focuses on the dynamics of the liquid bridge. The liquid bridge is confined between two circular and parallel plates and presents an axial symmetry. The description reveals that the stiffness depends on the surface tension and on the shape of the air/liquid interface, the damping coefficient depends on the viscosity and the volume of liquid and the equivalent mass depends on the density and the volume.

Doctorat en Sciences de l'ingénieur
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Karniychuk, Maksim. „Combination of Lateral and Normal Forces for Investigation of Mechanical Properties and Tribological Behaviour of Bulk and Coated Materials on the Micro-Scale“. Doctoral thesis, Universitätsbibliothek Chemnitz, 2006. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:swb:ch1-200601120.

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In the last half of the XX century and the first years of the XXI century a large amount of methods for the determination of mechanical and tribological properties of materials on the micro- and nano-scale were developed. However, some problems and disadvantages are kept up to now. The combined application of normal and lateral forces allows to extend the possibilities of conventional contact mechanical approaches for investigations of mechanical and tribological behaviour of bulk and coated materials. Due to the unique construction of the Lateral Force Unit (LFU) the lateral force can be applied to the sample during normal indentation by the commercial nanoindenter UMIS 2000. Thus, the presented thesis reports the detailed study of the LFU capabilities for the determination of mechanical properties and tribological behavior on the micro-scale. At first it was found that the most appropriate standard position for the correct combined application of normal and lateral forces is the LFU inclination by 3.3° with respect to the UMIS stage. This standard position allows to minimize the influence of different factors on the measuring process. It was shown that the shape of normal displacement-time curves is the most convenient after the thermal drift correction for the simplification of the determination of such parameters as the maximal normal displacement and the residual normal deformation obtained by lateral force application. It was found that the crack formation can be detected as the observation of sudden change of lateral displacement in lateral force-displacement curve together with normal displacement in normal displacement-time curve. These investigations were performed for single-crystal sapphire. For the first time the crack in single-crystal sapphire was detected by the contact mechanical method in situ. The critical tensile stress for the crack formation in single-crystal sapphire was determined as 9.68+-0.22 GPa. It was established that the onset of plastic deformation can be detected by the observation of shape change of lateral force-displacement curve together with the appearance of residual normal deformation in normal displacement-time curve. These investigations were done for bulk BK7 glass and silicon dioxide film with thickness of 951 nm on silicon substrate. The yield strength for the silicon dioxide film was evaluated as 6.83+-0.02 GPa. It was found that the static friction of materials couples can be evaluated by the analysis of lateral force-displacement curves with the error of 5-10 %. The static friction coefficients for fused silica, BK7 glass, single-crystal sapphire as well as SiO2, DLC and CrN0.08 coatings were determined against diamond, tungsten carbide and sapphire spherical indenter with different radii. The effect of normal load on static friction for fused silica and BK7 glass against 10.5 µm diamond spherical indenter was also studied. It was found that the onset of plastic deformation leads to a significant change of static friction
In der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts und während den ersten Jahren des 21. Jahrhunderts wurden zahlreiche Methoden zur Untersuchung mechanischer und tribologischer Materialeigenschaften auf der Mikro- und Nanometerskala entwickelt. Trotz der Fortschritte auf diesem Gebiet blieben vielfältige Fragestellungen unbeantwortet oder waren mit den vorhandenen experimentellen Untersuchungsmethoden nicht zugänglich. Mit der kombinierten Belastung aus Lateral- und Normalkräften wurden die etablierten Messverfahren um einen viel versprechenden Ansatz zur Charakterisierung mechanischer sowie tribologischer Eigenschaften erweitert, der sowohl für Massiv- als auch Schichtmaterialien anwendbar ist. Die einzigartige Konstruktion einer Lateralkrafteinheit bietet als separates Bauteil die Möglichkeit während eines Standardeindringversuches mittels des kommerziellen Nanoindenters UMIS 2000 bei normaler Last, eine laterale Belastung zu überlagern. Die vorliegende Arbeit zeigt eine detaillierte Studie der Einsatzmöglichkeiten der Lateralkrafteinheit hinsichtlich der Charakterisierung mechanischer Eigenschaften und tribologischen Materialverhaltens auf der Mikrometerskala. Zunächst wurde herausgefunden, dass eine Verkippung der Lateralkrafteinheit von 3,3° gegenüber dem UMIS-Rahmen notwendig ist, um eine hochgenaue und definierte Belastung aus lateraler und normaler Kraft auf die Probe auszuüben. Mit dieser durchgeführten Korrektur der Ausrichtung gelang es weitere auf den Messprozess einwirkende Effekte zu minimieren. Nach der Korrektur der thermischen Drift scheinen die gemessenen Normalverschiebungs-Zeit-Kurven für die Bestimmung von mechanischen Parametern wie maximaler Verschiebung oder bleibender Eindrucktiefe bei lateraler Belastung geeignet zu sein. Als ein weiteres Ergebnis gelang es, durch die kombinierte Belastung der Kraftkomponenten Bruchversagen nachzuweisen. Das Materialversagen wurde durch eine abrupte Änderung der lateralen Verschiebung im Last-Verschiebungs-Diagramm angezeigt. Mit dieser Methode wurde erstmalig in-situ das Bruchversagen am Beispiel des einkristallinen Saphirs detektiert. Die kritische Zugspannung, die zur Bruchbildung bei Saphir führte, war 9,68+-0,22 GPa. Die Analyse der Kurvenform der Kraft-Verschiebungs-Kurven für die Lateralbelastung im Zusammenhang mit dem Auftreten von bleibender Deformation in den zugehörigen Verschiebungs-Zeit-Kurven der normalen Belastung liefert den Beginn der plastischen Deformation. Massive BK7-Glasproben sowie SiO2-Schichten wurden untersucht. Für die Fließspannung der SiO2-Schicht wurde ein Wert von 6,83+-0,02 GPa ermittelt. Der Haftreibungskoeffizient für verschiedene Materialpaarungen wurde aus den Last-Verschiebungs-Kurven mit einer Genauigkeit von 5-10 % berechnet. Zu den untersuchten Materialien gehörten Quarz, einkristallines Saphir, BK7-Glas sowie SiO2-, DLC- und CrN0.08-Schichten, die mit Diamant, Wolframkarbid und Saphir-Indentern gepaart wurden. Zusätzlich wurde der Einfluss der Normallast auf den Haftreibungskoeffizienten für Quarz und BK7-Glas gegen Diamant studiert. Es zeigte sich, dass der Beginn der plastischen Deformation zu signifikanten Änderungen der Haftreibung führt

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Ng, Carolyn Lian Tat. „The extend of orthodontically induced inflammatory root resoption following transverse and vertical jiggling movement with heavy forces for 12 weeks: A micro-CT study“. Thesis, Faculty of Dentistry, 2015. http://hdl.handle.net/2123/13450.

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Guyout, Laurent. „Usinabilité d'aciers inoxydables type 316 L : application au micro-fraisage“. Thesis, Besançon, 2014. http://www.theses.fr/2014BESA2002/document.

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Le micro-fraisage (diamètre fraise < 1 mm) permet l’usinage précis de structures en 3D, à des dimensions micrométriques, dans desmatériaux d’ingénierie, se plaçant aux frontières de deux mondes : d’une part, le fraisage traditionnel appelé « fraisage macro » et d’autre part,la micro-fabrication et ses techniques dites de « salle blanche ».L'étude innovante porte sur le micro-fraisage d’aciers inoxydables 316L avec des micro-fraises cylindriques en carbure de tungstèneavec un équipement industriel (machine outil commercialisée et non optimisée) permet d’accentuer les nombreuses difficultés technologiquesliées à la mise en oeuvre du micro-fraisage et d’effectuer directement un transfert de compétences vers l’industrie. L’acier 316L(biocompatible, réputé de difficilement usinable) n’a jamais été étudié en micro-fraisage.L’étude aborde, au travers de neufs ratios caractéristiques du micro-fraisage, les problématiques de choix de moyens et de méthodespour caractériser la technique du micro-fraisage.Après analyses des paramètres de l’étude et des caractérisations des usinages, la définition géométrique optimale d’une micro-fraiseinnovante est proposée. Sa tenue en service est validée par des tests en usinage dans l’acier 316L, répondant ainsi, à une problématique decoupe négative à basse vitesse de coupe avec des effets d’échelle du matériau.Une originalité de l’étude est d’aborder l’effet de la population inclusionnaire visant à améliorer l’usinabilité. En comparant lesrésultats obtenus par micro-fraisage de 2 nuances d’acier 316L, la population inclusionnaire de l’acier 316L n’est pas identifiée comme unfacteur améliorant l’usinabilité à l’échelle de la coupe micro
The micro-milling ( tool diameter < 1 mm) target the precise machining of 3D structures to micrometric dimensions, in engineeringmaterials, to be placed at the borders of two worlds : the one hand , the traditional milling called "macro milling" and other hand, the microfabricationand its so-called "clean room" techniques.The innovative study focuses on the micro-milling of 316L steel with carbide micro end mills with industrial equipment (machine toolmarketed unoptimized) can caricature the many technological challenges related to the implementation of the micro-milling and make a directtransfer of skills to the industry. 316L steel (biocompatible, reputed difficult to machine) has never been studied in micro-milling.The study looks at ratios through new features of the micro-milling, the problems of choice of means and methods to characterizemicro-milling.After analysis study parameters and machined parts, the optimal geometric definition of an innovative micro end mill is proposed.Service behavior is validated by testing machining in 316L steel, responding to a question of negative cutting with low cutting speeds andscale effects of the material.An originality of the study is to address the effect of the inclusion population to improve machinability. Comparing the resultsobtained by micro-milling two 316L steel grade, the inclusion population of 316L steel is not identified as a factor improving themachinability cutting at micro scale

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Rodriguez-Otazo, Mariela. „Réalisation de pinces optiques pour la manipulation de nano et micro objets individuels d'intérêt chimique ou biologique“. Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112099.

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Nous avons construit une expérience de pinces optiques basée sur l'utilisation d'un microscope optique inversé. Deux classes de micro objets ont été étudiées : 1 - Des particules colloïdales sphériques ou approximativement sphériques, soit homogènes tels des colloïdes de silice pure élabores par méthode sol-gel ou des billes commerciales de latex, soit inhomogènes tels des particules composites constituées d'un coeur métallique d'or entouré d'une coquille de silice. 2 - Des micro-monocristaux d'une molécule organique fluorescente présentant une forme non sphérique, parallélépipédique. Notre étude a démontré un piégeage efficace même sur les plus petites particules contenant un noyau d'or. Pour les nanoparticules hybrides d'or-silice, la constante élastique du piège optique expérimentalement mesurée est plus forte que pour les nanoparticules de silice avec un diamètre semblable. Ce résultat est en accord avec un modèle simple fondé sur l'accroissement de la polarisabilité de la particule dû à la présence du noyau d'or. L'influence de la polarisation de la lumière a été étudiée et nous avons discuté le choix du détecteur de position. Les microcristaux organiques s'orientent de sorte que leur axe long soit dans la direction axiale du faisceau de piégeage, l'axe court suit la direction de la polarisation linéaire du faisceau. En polarisation circulaire ou elliptique, les cristaux se mettent spontanément en rotation avec des vitesses de rotation tout à fait élevées, jusqu'à 500 tours par seconde. C'est la première fois qu'un tel résultat est reporté pour des particules de la taille de nos cristaux. Un autre résultat surprenant est que lorsque la puissance incidente augmente, la vitesse de rotation augmente aussi comme attendu mais après passage par un maximum, alors que la puissance continue de croître, la vitesse de rotation diminue jusqu'à arrêt complet de la rotation, et cette évolution n'est pas réversible ! La thèse présentée est une thèse réalisée dans un cadre de cotutelle entre l'Université Paris 11 et l'Institut Supérieur des Sciences et Techniques Avancées - Université de La Havane à Cuba
We built an experiment of optical tweezers based on the use of an inverted optical microscope. Two classes of micro objects were studied : 1 - spherical or roughly spherical colloidal particles, either homogeneous such as colloids of pure silica elaborated through a sol-gel method or commercial latex balls, or inhomogeneous such as composite particles made up of a metal gold core embedded in a silica shell. 2 - micro-single crystals of a fluorescent organic molecule presenting a nonspherical, parallelepipedic form. Our study showed an effective trapping even on the smallest particles containing a gold core. For the hybrid gold-silica nanoparticles, the elastic constant of the optical trap measured in experiments is stronger than for the silica nanoparticles with a similar diameter. This result is in agreement with a simple model based on the increase in polarizability of the particle due to the presence of the gold core. The influence of the polarization of the light was studied and we discussed the choice of the detector of position. The organic microcrystals are directed so that their long axis is in the axial direction of the trapping beam; the short axis follows the direction of the linear polarization of the beam. In circular or elliptic polarization, the crystals are put spontaneously in rotation with high speed up to 500 turns per second. It is the ¯rst time that such a result is deferred for particles of the size of our crystals. Another surprising result is that when the incident power increases, the rotation speed also increases as expected but after the passage by a maximum, whereas the power continues growing, the rotation speed decreases until complete stop of rotation, and this evolution is not reversible ! The thesis presented is a thesis carried out within a framework of cotutelle between the University Paris 11 and the Higher Institute of Science and Advanced Technologies - Havana University in Cuba

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Le, Berre Maël. „Dépôt de matière et formation de motifs sur une surface solide : Méthodes microfluidiques, Contrôle par forces capillaires et Génération de vésicules géantes“. Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00388698.

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Ce travail de thèse a eu pour objectif de développer de nouvelles méthodes de dépôts et de formation de motifs pour mieux contrôler l'organisation de molécules d'intérêt biologique sur des substrats solides.
Dans la première partie du manuscrit, nous présentons une méthode originale, la micro-aspiration, permettant de réaliser des assemblages réversibles de canaux microfluidiques sur un substrat et servir à guider les liquides. Nous avons étudié les propriétés de ces systèmes avec des modèles physiques simples et appliqué ces phénomènes à la micromanipulation de liquides, le dépôt de protéines à diverses concentrations sur un substrat, la fabrication de motifs de polymères, nanoparticules, gels, etc.
Dans la seconde partie, nous avons exploré des nouvelles méthodes de dépôt de films de phospholipides multicouches sur des substrats solides et les avons appliqués à la fabrication de vésicules unilamellaires géantes de taille contrôlée. Tout d'abord, l'adaptation de techniques conventionnelles (micro-contact printing, moulage, etc.) a permis d'obtenir des motifs de phospholipides de taille micrométrique. Les dépôts ont ensuite été réalisés par retrait d'un ménisque en situation d'évaporation (assemblage capillaire). Nous avons identifié deux régimes de dépôt en fonction de l'importance relative des forces visqueuses et de l'évaporation, permettant un contrôle de l'épaisseur du film jusqu'à 200 nm à la bicouche près. L'émergence d'instabilités de mouillage ou le guidage sur micro-structures ont permis en outre de réaliser des motifs variés. En utilisant des substrats comme électrodes, ces différents niveaux d'organisation ont permis d'obtenir par électroformation des vésicules unilamellaires géantes de taille contrôlée. L'ensemble de ces travaux ouvre de nouvelles voies à la réalisation de surfaces et de motifs micrométriques d'intérêt biologique.

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Wu, Andy Tzong Jong. „The extent of root resorption following the application of light (25g) and heavy (225g) controlled rotational orthodontic forces for 4 weeks: a micro-CT study“. Thesis, The University of Sydney, 2009. https://hdl.handle.net/2123/28194.

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In 1932 Beck and Marshall defined root resorption as the destruction of formed tooth structure. Root resorption results in the loss of substance from dentine or cementum and can present as either a physiological or pathological process. Physiological root resorption can occur in both deciduous and permanent dentition. Root resorption of the deciduous dentition is a normal and essential physiological process that facilitates natural exfoliation. Pathological resorption is an inflammatory process that is triggered by numerous factors. Root resorption following orthodontic treatment is intimately associated with the biological processes that occur during tooth movement. To date, the mechanism of orthodontically induced inflammatory root resorption (henceforth referred to as OIIRR) has not been fully understood. The pathological process is related to local injury of the periodontal ligament associated with the removal of hyalinised tissue. This process has been found to take place when local areas of the periodontal ligament are overcompressed. The phenomenon is widely known as OIIRR and is often unpredictable; it is an inevitable pathological consequence of orthodontic tooth movement that compromises the success of orthodontic treatment. The incidence of OIIRR ranges from 73% to 100% in recent studies} and its prevalence has been shown to increase with orthodontic treatment. Experimental research concludes that all human teeth develop resorption lacunae on the pressure side of the root surface shortly after application of orthodontic forces.

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Liu, Xiaoyan. „Surface Force and Friction : effects of adsorbed layers and surface topography“. Doctoral thesis, KTH, Yt- och korrosionsvetenskap, 2014. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-157321.

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Interfacial features of polymers are a complex, fascinating topic, and industrially very important. There is clearly a need to understand interactions between polymer layers as they can be used for controlling surface properties, colloidal stability and lubrication. The aim of my Ph.D study was to investigate fundamental phenomena of polymers at interfaces, covering adsorption, interactions between polymer layers and surfactants, surface forces and friction between adsorbed layers. A branched brush layer with high water content was formed on silica surfaces by a diblock copolymer, (METAC)m-b-(PEO45MEMA)n, via physisorption. The adsorption properties were determined using several complementary methods. Interactions between pre-adsorbed branched brush layers and the anionic surfactant SDS were investigated as well. Surface forces and friction between polymer layers in aqueous media were investigated by employing the Atomic Force Microscopy (AFM) colloidal probe technique. Friction forces between the surfaces coated by (METAC)m-b-(PEO45MEMA)n in water are characterized by a low friction coefficient. Further, the layers remain intact under high load and shear, and no destruction of the layer was noted even under the highest pressure employed, about 50 MPa. Interactions between polymer layers formed by a temperature responsive diblock copolymer, PIPOZ60-b-PAMPTMA17 (phase transition temperature of 46.1 °C), was investigated in the temperature interval 25-50 °C by using the AFM colloidal probe technique. Friction between the layers increases with increasing temperature (25-45 °C), while at 50 °C friction was found to be slightly lower than that at 45 °C. We suggest that this is due to decreased energy dissipation caused by PIPOZ chains crystallizing in water above the phase transition temperature. The structure of 1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DPPC) bilayers was determined by X-ray reflectometry. Surface forces and friction between DPPC bilayer-coated silica surfaces were measured utilizing the AFM colloidal probe technique. Our study showed that DPPC bilayers are able to provide low friction forces both in the gel (below ≈ 41°C) and in the liquid crystalline state (above ≈ 41°C). However, the load bearing capacity is lower in the gel state. This is attributed to a higher rigidity and lower self-healing capacity of the DPPC bilayer in the gel state. Friction forces in single asperity contact acting between a micro-patterned silicon surface and an AFM tip was measured in air. We found that both nanoscale surface heterogeneities and the µm-sized depressions affect friction forces, and considerable reproducible variations were found along a particular scan line. Nevertheless, Amontons’ first rule described average friction forces reasonably well. Amontons’ third rule and Euler’s rule were found to be less applicable to our system.

QC 20141209

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Legrand, Olivier. „Conductivité de l'ADN : études à l'échelle de la molécule unique“. Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00110331.

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Nous présentons dans ce manuscrit la réalisation et la caractérisation d'une double pince optique,
nous permettant de pratiquer des micromanipulations à l'échelle de la molécule unique sur des surfaces
opaques, et de mesurer des forces jusqu'à une vingtaine de piconewtons.
Ce montage est d'abord utilisé pour déposer sur des électrodes de mesures des molécules uniques
d'ADN , afin d'en explorer les propriétés de transport de charges (propriétés d'intérêts technologiques
dans le cadre de l'électronique moléculaire). Nous n'avons observé aucun courant dû à la présence de la
molécule. Nous concluons pour la résistance des brins d'ADN de 70 nm de long à une borne inférieure de
10^11 Ohm en solution, et de 10^13 Ohm à sec.
Nous présentons de plus des mesures de forces sur un système d'intérêt biologique : le dégrafage d'un
fragment de l'ARN ribosomique 23S de la bactérie Escherichia coli. Cette étude préliminaire nous a
permis d'arriver à des conclusions en accord avec d'autres expériences du même type.

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Ghibaudo, Marion. „Influence des propriétés mécaniques du substrat sur l'adhésion et la migration cellulaire“. Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00345790.

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L'adhésion et la migration des cellules jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes cellulaires qui vont de la morphogenèse à la prolifération tumorale en passant par la réparation des tissus. Il est maintenant bien établi que l'environnement physique et mécanique des cellules a une grande influence sur de nombreuses fonctions cellulaires comme l'adhésion et la migration ainsi que sur leur devenir et donc leur différentiation. Pour contrôler les propriétés de l'environnement cellulaire, nous avons choisi de combiner des méthodes de micro-fabrication issues de la microélectronique aux techniques de biologie cellulaire et moléculaire. Nous nous sommes notamment intéressés à l'influence de la rigidité du support sur la migration cellulaire et les forces mécaniques exercées par les cellules, des fibroblastes, sur la matrice. Pour cela, nous avons utilisé un substrat constitué de micro-piliers flexibles, qui ont servi de micro-capteurs de force. Nous avons montré que les cellules employées adaptent les forces qu'elles exercent sur leur support à la rigidité de ce dernier. Nous avons ensuite étudié l'influence de la topographie du substrat sur la migration cellulaire. Nous avons pour cela également utilisé des micro-piliers, mais dont le diamètre est 5 à 10 fois supérieur aux précédents. Les cellules, en migrant, rencontrent donc alternativement des surfaces lisses et rugueuses. Nous avons montré que dans ces environnements, les cellules adoptent un comportement s'approchant de celui observé dans un gel tridimensionnel et que le noyau joue un rôle dans cette migration. Enfin, nous avons abordé l'étude de l'étalement cellulaire dans ces environnements texturés.

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Liberti, Caroline Elizabeth. „Self-Alignment of Silicon Microparts on a Hexadecane-Water Interface by Surface Tension“. Scholar Commons, 2011. http://scholarcommons.usf.edu/etd/3207.

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Mechanical assembly of systems and structures on the micro-scale can be inefficient as pthesiss of sub-millimeter dimensions are difficult to manipulate. Cutting edge manufacturing methods implement self-assembly as an approach to ordering micro and nano-sized parts into a desired arrangement. This thesis studies a technique utilizing surface tension as a method of actuating microparts on a liquid-liquid interface via lateral capillary interactions. Preliminary experimentation is conducted to investigate the feasibility of developing a new method for self-alignment of microparts by observing the influence of interfacial geometry on the movement of silicon tiles along a hexadecane-water interface. Different surface geometries are created by implementing vertical rods of different wetting properties that alter the curvature of the interface. Results demonstrate that the microparts attain an equilibrium separation distance from the vertical rods. It is indicated that this equilibrium distance is determined by the dimensions of the micropart and the curvature of the interface. With further investigation, these results may be used to cultivate a method for self-alignment of microparts into rings of a desired radius.

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Cavatore, Etienne. „Microscopie optique appliquée à la micro-manipulation par pinces magnétiques à haute résolution et à la visualisation de nano-objets métalliques“. Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00627431.

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Dans une première partie de ce travail, nous avons développé de nouveaux outils pour la micromanipulation d'ADN en pinces magnétiques. Cet appareil permet d'appliquer une force contrôlée à une molécule d'ADN tout en mesurant son extension. Nous avons amélioré la résolution spatiale du dispositif, limitée par le bruit de photons affectant la détection optique, et la mesure de force, limitée par la résolution temporelle de la microscopie vidéo. Nous avons donc couplé une imagerie haute-fréquence par ondes évanescentes aux pinces magnétiques et l'avons appliqué à un nouveau principe de séquençage d'ADN démontrant une résolution sub-nanométrique. Pour mesurer de hautes forces, nous avons mis au point un protocole de modulation de l'exposition vidéo qui permet d'échantillonner correctement les fluctuations browniennes du système senseur magnétique-brin d'ADN et de restaurer leur niveau au-delà de la fréquence de coupure du système d'acquisition. Dans une seconde partie, nous proposons une imagerie photothermique, en champ large et en temps réel, de nanoparticules métalliques pour le marquage de moteurs moléculaires uniques. Nous avons démontré la possibilité d'imager rapidement des nanoparticules d'or uniques par effet photothermique, cependant des améliorations restent à produire pour visualiser des nanoparticules de taille adaptée aux applications biologiques. Dans cette optique, nous avons aussi exploré un nouveau mode de chauffage périodique et spatialement étendu: les interactions électromagnétiques entre champ radio-fréquence et nanoparticules métalliques. Finalement, nous avons appliqué le principe de démodulation optique utilisé pour la photothermie à l'identification sélective d'espèces biochimiques résonantes, visualisées en microscopie de fluorescence.

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Acosta, Mejia Juan Camilo. „Atomic force microscopy based micro/nanomanipulation“. Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066691.

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A l’échelle nanoscopique, un problème scientifique fondamental réside dans la difficulté de manipuler de façon interactive et répétable un nano-objet. Cette difficulté est un frein majeur pour des applications comme les nanotransistors, les nanosystèmes ou les futurs NEMS (Nano Electro Mechanical System). Ces dispositifs émergents sont ainsi ralentis dans leur cadre expérimental. Cette thèse s’inscrit dans la continuité des recherches développées au sein de l’équipe de microrobotique de l'ISIR. Elle se focalise sur l'exploitation de capteurs d'effort pour la manipulation contrôlée à plusieurs doigts actifs. Le microscope à force atomique est utilisé pour ses propriétés de capteur d'effort. Dans un premier temps, un préhenseur composé de deux doigts indépendants avec mesures des forces d'interaction a été conçue. Avec ce système original, des micromanipulations en trois dimensions de microsphères ont été réalisée avec succès dans l'air, en mesurant de façon continue les efforts d'interaction. Ce système a aussi été utilisé pour saisir et déposer des nanofils afin de former des nanocroix, ces dernières étant des nanostructures émergentes pour la fabrication, par jonctions, de nanotransistors. Par la suite, des oscillateurs en quartz ont été utilisés pour la caractérisation de nanostructures, avec retour d'effort dynamique. Le comportement non-linéaire en raideur de nanohélices lors de l'élongation a été caractérisé pour la première fois sur la totalité de la plage. Enfin, des sondes en quartz de haute fréquence ont été exploitées pour augmenter la vitesse d'acquisition d'images de l'AFM. De cette manière, la tâche de manipulation et d'imagerie en parallèle sous AFM a été optimisée et de nombreuses applications sont maintenant envisagées

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Lecarme, Olivier. „Propriétés optiques de colloïdes assemblés : plasmonique et confinement diélectrique“. Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00673254.

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Les solutions colloïdales constituées de nanoparticules en solution sont une famille d'objets aux propriétés optiques uniques. Leur utilisation comme élément de base à la fabrication de composants optiques sublongueur d'onde pourrait permettre la naissance de nouvelles applications en particulier dans le domaine de l'optique intégrée et de la détection biologique. La manipulation de ces particules reste toutefois un défi en raison de leur taille et de leur dispersion aléatoire dans un milieu liquide. Dans ce contexte, nous avons réalisé des nouveaux composants optiques grâce au développement de techniques de fabrication basées sur la méthode d'assemblage capillaire assisté par convection. Deux types de structures ont été réalisés puis évalués en terme de comporte- ment optique : les dimères métalliques d'Au et les microsphères diélectriques de polystyrène assemblées en chaînes ou en réseaux. Pour les dimères, une étude fondamentale a été effectuée sur les phénomènes plasmoniques régissant les propriétés optiques de ces objets. Leur potentiel en tant que détecteur ultrasensible SERS et nanoantenne à boîtes quantiques a ensuite été approfondi. Pour les microsphères, une étude sur la propagation et la diffusion des modes de galerie présents dans ces objets a tout d'abord été réalisée dans le but d'en faire des candidats pour la détection ultrasensible. Les propriétés de guidage de la lumière dans des assemblages en chaîne ont ensuite été traitées. Afin de compléter ce travail un dernier composant optique a été développé en complément des guides et capteurs colloïdaux déjà réalisés. Il s'agit d'une nouvelle génération d'émetteurs localisés conçus pour un usage large et versatile et qu'il est possible de définir comme microsource de lumière blanche.

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Wei, Yu Zhang. „Design and development of new micro-force sensors“. Thesis, University of Macau, 2017. http://umaclib3.umac.mo/record=b3691170.

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Karniychuk, Maksim B. „Combination of lateral and normal forces for investigation of mechanical properties and tribological behaviour of bulk and coated materials on the micro-scale Kombination von Lateral- und Normalkräfte für die Untersuchung von mechanischen Eigenschaften und des tribologischen Verhaltens massiver und beschichteter Materialien im Mikrometerbereich /“. [S.l. : s.n.], 2006.

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Jiao, Feifei. „Investigation on micro-cutting mechanics with application to micro-milling“. Thesis, Brunel University, 2015. http://bura.brunel.ac.uk/handle/2438/12066.

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Nowadays technology development places increasing demands on miniature and micro components and products, and micro-milling is one of the most flexible machining processes in manufacturing 3D structures and complex structured surfaces. A thorough and scientific understanding on fundamentals of the micro-milling process is essential for applying it in an industrial scale. Therefore, in-depth scientific understanding of the micro-cutting mechanics is critical, particularly on size effect, minimum chip thickness, chip formation, tool wear and cutting temperature, etc. so as to fulfil the gap between fundamentals and industrial scale applications. Therefore, three key fundamental research topics are determined for this research, and a comprehensive study on those topics is conducted by means of modeling, simulation, experiments. The topics include chip formation process in micro-milling, novel cutting force modeling in multiscale and study on the tool wear and process monitoring. The investigation into chip formation process in micro-milling consists of three stages; the micro-cutting process is firstly simulated by means of FEA with a primary focus on finding the minimum chip thickness for different tool/material pair and explaining the size effect; the simulation results are then validated by conducting micro-cutting experiment on the ultra-precision lathe. Experiments are carried out on aluminium 6082-T6 with both natural diamond and tungsten carbide tool. By knowing the minimum chip thickness for different tool/material pair, the chip formation process is investigated by performing comparative study by using the diamond and tungsten carbide micro-milling tools. As the minimum chip thickness for diamond micro-milling tool is smaller than that for tungsten carbide tool compared to nominal chip thickness, MCT is ignored in diamond micro-milling. Thus the comparative study is conducted by utilizing both tools with perfectly sharpened cutting edge and tools with the rounded cutting edge in micro-milling. The chips are inspected and associated with cutting force variations in the micro-milling process. The findings are further consolidated by comparing with research results by other researchers. The cutting force modeling is developed in three different aspects, e.g. cutting force on the unit length or area and cutting force on the unit volume in order to better understand the micro-cutting mechanics in aspects of size effect, tool wear mechanism and the cutting energy consumption. The mathematical modeling firstly starts with a novel instantaneous chip thickness algorithm, in which the instantaneous chip thickness is computed by taking account of the change of tool geometry brought about by the tool runout; then the collected cutting forces are utilized to calibrate the model coefficients. For accurate measurement on cutting forces, the Kalman Filter technique is employed to compensate the distortion of the measured cutting force. Model calibration is implemented using least-square method. The proposed cutting force model is then applied in micro-milling to represent the conditions of tool wear and the cutting energy consumption. Further study on the surface generation simulation is based on force model and its comparison with the machined surface is also performed. Cutting experiments using the new tungsten carbide tool are carried out and the tool wear is monitored offline at different machining stages. The dominant tool wear types are characterised. Tool wear is investigated by mainly analysing cutting force at different tool wear status. Frequency analysis by Fourier Transform and Wavelet Transform are carried out on the force signals, and features closely related to the tool wear status are identified and extracted. The potential of applying these features to monitoring the tool wear process is then discussed. Experimental studies to machine the structured surface and nano-metric level surface roughness are presented, the machining efficiency, dimensional accuracy and tool-path strategies are optimised so as to achieve the desired outcomes. Moreover, investigation on cutting temperature in micro-cutting is also studied to some extent by means of simulation; the influence of cutting edge radius on cutting temperature is particularly investigated. Investigation on above aspects provides systematic exploration into the micro-milling process and can contribute substantially to future micro-milling applications.

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Beyeler, Felix Martin. „Capacitive micro force sensing for biological and biomedical applications /“. Zürich : ETH, 2008. http://e-collection.ethbib.ethz.ch/show?type=diss&nr=18100.

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Acosta, Mejía Juan Camilo. „Micro/Nanomanipulation basée sur un Microscope à Force Atomique“. Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00776562.

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A l'échelle nanoscopique, un problème scientifique fondamental réside dans la difficulté de manipuler de façon interactive et répétable un nano-objet. Cette difficulté est un frein majeur pour des applications comme les nanotransistors, les nanosystèmes ou les futurs NEMS (Nano Electro Mechanical System). Ces dispositifs émergents sont ainsi ralentis dans leur cadre expérimental. Cette thèse s'inscrit dans la continuité des recherches développées au sein de l'équipe de microrobotique de l'ISIR. Elle se focalise sur l'exploitation de capteurs d'effort pour la manipulation contrôlée à plusieurs doigts actifs. Le microscope à force atomique est utilisé pour ses propriétés de capteur d'effort. Dans un premier temps, un préhenseur composé de deux doigts indépendants avec mesures des forces d'intercation a été conçue. Avec ce système original, des micromanipulations en trois dimensions de microsphères ont été réalisée avec succès dans l'air, en mesurant de façon continue les efforts d'interaction. Ce système a aussi été utilisé pour saisir et déposer des nanofils afin de former des nanocroix, ces dernières étant des nanostructures émergentes pour la fabrication, par jonctions, de nanotransistors. Par la suite, des oscillateurs en quartz ont été utilisés pour la caractérisation de nanostructures, avec retour d'effort dy- namique. Le comportement non-linéaire en raideur de nanohélices lors de l'élongation a été caractérisé pour la première fois sur la totalité de la plage. Enfin, des sondes en quartz de haute fréquence ont été exploitées pour augmenter la vitesse d'acquisition d'images de l'AFM. De cette manière, la tâche de manipulation et d'imagerie en parallèle sous AFM a été optimisée et de nombreuses applications sont maintenant envisagées.

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Carpentier, Simon. „Caractérisation à l'échelle micro/nanométrique par Force Feedback Microscope“. Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY082/document.

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La mesure quantitative de propriétés mécaniques à l’échelle nanométrique en matière molle est un réel enjeu pour de nombreux domaines, en particulier en biologie. Cette thèse propose une technique de microscopie, appelé Force Feedback Microscopy (FFM), permettant de mesurer simultanément la force statique, la raideur G’ (N/m) et la dissi- pation G” (N/m) à une fréquence arbitraire à l’échelle nanométrique.Cette technique utilise un microlevier AFM muni d’une pointe ou d’une sphère. Une contre-force, qui maintient en temps réel la position de la pointe constante, permet de maintenir le système mécaniquement stable et de mesurer la force statique. Dans cette configuration, le régime linéaire de l’interaction et de oscillateur harmonique est obtenu grâce à de petites amplitudes d’oscillation. Dans le formalisme de la réponse linéaire, la raideur G’ et la dissipation G” sont obtenues par une transformation linéaire de l’amplitude et de la phase.Grâce à des cas d’école (couplage électrostatique et confinement hydrodynamique), les performances expérimentales sont démontrées.Grâce au FFM, nous présentons les propriétés viscoélastiques mesurées d’un nanomé- nisque à partir de mesure à différentes fréquences. Nous mettons en évidence un régime hors-équilibre thermodynamique, où le nanoménisque oscille à volume constant avec une ligne de contact ancrée.Une méthode de mesure sans contact direct en milieu liquide de propriétés mécaniques d’échantillon mince et mou à l’échelle nanométrique est présenté. Cette méthode, basé sur le travail E.Charlaix avec le SFA (le Surface Force Apparatus fût le premier instrument à mesurer les forces de Van der Walls), permet de s’affranchir des forces de surfaces qui dominent à faible indentation lors de mesure par contact direct. Le travail effectué pendant ma thèse permet de positionner le FFM comme un nano-SFA.Afin de mettre cette méthode à disposition pour le plus grand nombre, le transfert technologique vers un AFM commercial est effectué
Quantitative measurement of mechanical properties of soft material at the nanoscale is a real challenge for many areas, particularly in biology. This thesis proposes a microscopy technique called Force Feedback Microscopy (FFM) for simultaneously measuring the static force, the stiffness G’(N / m) and the dissipation G"(N / m) at an arbitrary frequency at the nanoscale.This technique uses an AFM cantilever with a tip or sphere. A feedback force, that maintains in real time the position of the tip constant, ensures the mechani- cally stability and measure the static force. In this configuration, the linear regime of interaction and harmonic oscillator is obtained through small oscillation ampli- tudes. In formalism of the linear response, the stiffness G’ and the dissipation G" are obtained by a linear transformation of the amplitude and phase. Through case study (electrostatic coupling and hydrodynamic confinement), experimental performance is demonstrated.Thanks to the FFM, we present the measured viscoelastic properties of nanomenis- cus for different measurement frequencies. We highlight a thermodynamic system out of equilibrium, where the nanomeniscus oscillates at constant volume with a locked contact line.A method for non-contact measurement in liquid medium of mechanical prop- erties of thin and soft sample at the nanoscale is presented. This method, based on the work of E.Charlaix with SFA (the Surface Force Apparatus was the first instrument to measure the forces of Van der Waals), overcomes the forces of sur- faces that dominate at low indentation during direct contact measurement. The work done during my PhD positions the FFM as a nano-SFA.To put this method available to the greatest number, technology transfer to commercial AFM is performed

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Maung, Rohan. „Micro/nano deformation of agglomerates“. Thesis, Imperial College London, 2001. http://hdl.handle.net/10044/1/11823.

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Kershner, Ryan J. (Ryan Joseph) 1976. „Surface forces during electrophoretic assembly of micron scale silica particles“. Thesis, Massachusetts Institute of Technology, 2004. http://hdl.handle.net/1721.1/30122.

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Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Materials Science and Engineering, 2004.
Includes bibliographical references (p. 115-120).
A system of platinum microelectrodes was fabricated on a sapphire substrate by lithographic patterning and used to manipulate 1.58 [mu]m silica particles in-plane. A digital video system was used to image the motion of particles far from the electrodes and their deposition onto the working electrode during application of a DC potential. The role of electrode reversibility was investigated and the performance of the as-deposited electrodes was improved by electrolytic plating of platinum. Particles were also seen to adhere to the substrate before reaching the electrode. Force distance curves were recorded using a colloid probe atomic force microscopy technique to directly measure the interaction of the silica particles with the sapphire substrate. This data validated the observed adhesion at the electrode and provided further support for the temporal and spatial reduction in pH. The role of Faradaic processes and the diffusion of potential determining ions in electrophoretic deposition was also considered. The zeta potential of planar sapphire substrates for three different crystallographic orientations was measured by a streaming potential technique in the presence of KCl and (CH3)4NCl electrolytes. The streaming potential was measured for large single crystalline C-plane (0001), A-plane (1120), and R-plane (1102) wafers over a full pH range at three or more ionic strengths ranging from 1 to 100 mM. The results reveal a shift in the iso-electric point (i.e.p.) of the three samples by as much as two pH units, with the R-plane surface exhibiting the most acidic behavior and the C-plane samples having the highest i.e.p.
(cont.) The acidity of the sapphire wafers is explained in terms of an absence of adsorbed hydroxyl groups for these surfaces prepared at room temperature. Modified Auger parameters (MAP) were calculated from XPS spectra of a mono-layer of iridium metal deposited on the sapphire by electron beam deposition. A shift in MAP consistent with the observed differences in i.e.p. of the surfaces confirms the effect of surface structure on the transfer of charge between the Ir and sapphire, hence accounting for the changes in acidity as a function of crystallographic orientation.
by Ryan J. Kershner.
Ph.D.

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Nigues, Antoine. „Manipulation dans le micro/nanomonde : dispositif haptique préhensile“. Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00780206.

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Le rayonnement synchrotron et la microscopie à sondes locales (SPM) sont deux des techniques les plus utilisées pour étudier les propriétés physiques et chimiques de nanostructures. Le couplage de ces deux techniques est prometteur pour les nanosciences en leur ouvrant de nouveaux horizons. D'un point de vue expérimental ce couplage est un défi exaltant et a déjà prouvé ses capacités par la combinaison de la Microscopie à Force Atomique (AFM) et de la diffraction de Rayons-X pendant le projet X-tip, qui, grâce au développement d'un microcope à force atomique embarqué sur une lugne de lumière synchrotron a permis l'étude du module de Young de microplots de germanium en procédant simulatanément à son indentation et à son analyse par diffraction. Cependant, cette configuration ne permet pas de manipuler en trois dimensions (3D). Le but ultime, pour notre nano-manipulateur est de manipuler en 3D avec un contrôle permanent des nano-forces exercées sur l'objet sous un faisceau d'analyse (rayon X, LASER). Le premier chapitre s'attarde donc sur les senseurs qui devront rendre compte des interactions à l'échelle nanométrique et permettre la saisie d'un objet individuel. Après un tour d'horizon de différentes techniques de micro/nanomanipulation disponibles à ce jour (micro-préhenseurs mécaniques basés sur la technologie MEMS, pinces optiques, préhenseurs basés sur la microscopie à force atomique conventionnelle) et devant les contraintes qu'implique le couplage d'un tel système avec les expériences synchrotron, le choix des oscillateurs à quartz (Diapason et LER) en tant que senseurs est expliqué. La microscopie à force atomique en générale et le fonctionnement particulier de ces oscillateurs sont décrits. Dans le second chapitre le développement instrumental de notre station de nanomanipulation est détaillé et notamment : Comment mettre en place ce type de résonateurs et la pointe associée pour réaliser à la fois l'imagerie AFM de l'échantillon et la préhension de l'objet? Comment contrôler le positionnement grossier et fin des trois éléments d'une nanomanipulation? Enfin le système haptique ERGOS et son couplage avec notre montage est décrit. Dans le dernier chapitre, deux types d'expériences sont présentés : le premier ne fait intervenir que notre montage piloté classiquement par ordinateur et montre ses capacités à réaliser la préhension d'objets micrométriques de manière contrôlée. Le second fait intervenir le couplage entre notre montage et le système haptique pour réaliser l'exploration rapide d'un échantillon ainsi que la localisation et la reconnaissance de forme d'objet sub-micronique. Ces expériences rendent compte des capacités de ce couplage à transmettre directement à un utilisateur les interactions à l'échelle nanométrique ainsi que la possibilité par l'intermédiaire de cette interface de réaliser des tâches complexes : manipulation sur une surface, reconnaissance de forme, et suivi de contour.

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Cate, Evan Derek. „Design, Implementation, and Test of a Micro Force Displacement System“. DigitalCommons@CalPoly, 2014. https://digitalcommons.calpoly.edu/theses/1192.

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The design and implementation of a micro-force displacement system was completed to test the force-displacement characteristics of square silicon diaphragms with side lengths of 4mm, 5mm, and 7mm with a thickness of 10um. The system utilizes a World Precision Instruments Fort 10g force transducer attached to a World Precession Instruments TBM4M amplifier. A Keithley 2400 source meter provided data acquisition of the force component of the system. A micro prober tip was utilized as the testing probe attached to the force transducer with a tip radius of 5um. The displacement of samples was measured using a Newport M433 linear stage driven by a Newport ESP300 motion controller (force readings at constant displacement intervals). An additional 3 linear stages were used to provide X and Y-axis positioning of samples beneath the probe tip. The system components were mounted to an optical bench to provide stability during testing. C# was used to deliver the code to the individual components of the system. In addition the software provides a graphic user interface for future users that includes a calibration utility (both X/Y and force calibration), live force-displacement graph, motion control, and a live video feed for sample alignment. Calibration of the force transducer was accomplished using an Adam Equipment PGW153e precision balance to assign force values to the voltage data produced from the transducer. Displacement calibration involved the use of a microscope calibration micrometer. The system was characterized with an equipment variability of ±1.02mg at 1.75um, and ±1.86mg at 3.5um with the ability to characterize samples with stiffness less than 279 mg/um. The displacement resolution of the system was determined to be 35 nm per step of the linear stages. The diaphragms created to test the machine were fabricated from 10um thick device layer SOI wafers. An etch consisting of 38g/l silicic acid, 7g/l ammonium persulfate, and 5% TMAH was used to reduce the formation of hillocks, and provide a consistent etch rate. A Gage R&R study was performed on the fabricated diaphragms, indicating that the deflection produced by the 4mm, 5mm, and 7mm diaphragms was resolvable by the machine. A model was developed to correlate theoretical results to the observed measured values.

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Duvernoy, Marie-Cécilia. „Mécanique de croissance d'une micro-colonie bactérienne“. Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY074/document.

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Ce travail nous a permis de proposer un cadre pour sonder la morphogenèse d'une micro-colonie bidimensionnelle. Plus particulièrement, nous avons exploré la manière dont les effets individuels de croissance et d'adhésion se combinaient au cours de la croissance de la micro-colonie. Nous avons montré (i) que l'adhésion de cellules isolées est asymétrique du fait d'un vieux pôle plus ancré et (ii) que l'allongement des bactéries peut induire des forces de poussée à l'intérieur des colonies. Dans la mesure où ces deux effets, combinés à l'échelle d'une micro-colonie, sont susceptibles de générer des contraintes mécaniques, nous avons développé une technique pour mesurer les forces d'adhésion résultantes à l'aide de substrats déformables. Nous avons ainsi démontré que des adhésions focales sont créées et rompues dynamiquement, avec un biais au vieux pôle des cellules. Nous avons aussi examiné le rôle de l'adhésion sur la forme des colonies. Nous avons montré que l'adhésion polaire était responsable de la transition d'un régime de croissance linéaire à un régime bidimensionnel qui est observée après la première division. Pour des colonies de taille plus importante, le niveau d'adhésion était aussi corrélé avec la forme globale des colonies. Enfin, l'adhésion est aussi impliquée dans la transition d'une colonie bidimensionnelle à une colonie tridimensionnelle. L'ensemble de ces résultats suggère que l'expression des adhésines ainsi que leur localisation à la surface des cellules pourraient permettre aux bactéries de moduler activement la forme du groupe dans lequel elles vivent
In this work, we propose a framework to understand the morphogenesis of two-dimensional microcolonies. In particular, we have explored how growth and adhesion of individual cells compete during microcolony extension. We have shown (i) that isolated cells display an asymmetry in their adhesion, which is higher at the old pole, (ii) that bacterial elongation can result in pushing forces inside the colony. Since the combination of these two effects is expected to produce mechanical stress at the scale of the microcolony, we have developed a method to measure the resulting adhesion forces using deformable substrates. We have demonstrated that focal adhesions are dynamically established and ruptured, with a bias towards the old poles. We have also probed the role of adhesion in the shape of the colony. We have shown that polar adhesion drives the transition from a linear to a two-dimensional growth after the first division. At larger colony sizes, the level of adhesion continues to correlate with the global shape of the colony. Finally, adhesion is involved in the transition from a two-dimensional to a three-dimensional colony. Taken together, our results suggest that the expression of adhesins and their location at the surface of the cells could be levers by which bacteria actively modulate the shape of the group in which they reside

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Mandal, Kalpana. „Contribution des propriétés du micro-environnement sur l'adhésion cellulaire“. Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00870404.

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Les cellules exerçert des forces sur la matrice extra cellulaire sur laquelle elles adhérent impliquant une boulle de régulation biomécanique. Cependant les sous-jacents de par lesquelles les cellules sentent et transmettent les forces restent encore m^echaniemes à elucider. Dans la premiére partie nous allons comment le modulations géométrique les forces de tractions et la distributions des tensions dans le cytosquelette d'actine ainsi que localisation des adhésions focales sur une cellule unique en combinant l'utilisation de la technique de micropatterning et de microscopie à traction de force. Nous avons mesuré la force de traction cellulaire sur différentes formes géométriques mocropatterns (comme un U, flieche ou H) recouvert de protéines sur des gels mous de polyacrilamide 2D dans lequl sont intégrés des nanobilles fluorescenes. Nous avons montré que la géométrie influencait la distribution des forces de tractions localement tandis que l'aire projetée des differentes formes restait conservée (pour une celule). Puis nous avons comparé la force de traction cellulaire développée quand les cellules sont sur des motif contirees circulaire 2D avec des motifs discrets en forme de micropiliers 3D de la me^me rigidité . Nous avons aussi étudie comment les forces varies en fonction de la rigidité de la matrice extracellulaire dans les deux cas précédents une mesure quantitative a été faite sur la localisation spatiale des protéines d'adhésion sur les formes circulaires et aussi sur l'organisation de l'actine. Afin d'ovoir une compréhension systématique de la distribution des forces nous nous sommes concentré sur la localisation et l'orientation des forces sur différentes géométrics de motifs (V, T, Tripod et plus). Nous avons corrélé la distribution avec celle des dibers de stesses et la localisation des adhésions focales. Ensuite nous nous sommes intéressés la distribution des centrosome en corrélation avec la forces et l'organisation d'autres eléments internes. Nous avons égolement essayé de prédire la force de traction en utilisant un modele théorique. Pour finir, nous avons developpé une novelle méthode de micropatterning fabriqué à partir de brosses de polymeres de PNIPAM qui sont thermosensibles. La fonctionalisation de surface et l'adhésion des cellules sur la surface sont aussi décrites. Nous discutons également de la dépendance en température des propriétés du PNIPAm et de l' utilisation desbrosses de polymeres comme actuateur pour induire les détachments des cellules. Nous avons aussi regardé la distribution des fibres de stress quand la cellule est cultivée sur différent types de motif thermosensible.

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Weill-Duflos, Antoine. „Interfaces et capteurs pour une chaine de micro-téléopération“. Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066147/document.

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La téléopération ouvre des possibilité nouvelles d'interaction avec le micro-monde. Avec des systèmes adaptés il devient possible de manipuler des éléments aux échelles microscopiques. L'ajout d'un retour haptique apporte une information supplémentaire nécessaire à une interaction naturelle. Cette thèse aborde la problématique de la conception d'une chaîne de téléopération haptique par la conception de ses éléments clefs. La première partie décrit l'optimisation de l'interface haptique à un degré de liberté haute fidelité issue des précédents travaux du laboratoire. Un premier travail augmente la précision des efforts produits. Cette amélioration est liée à une optimisation de la mesure de la vitesse de l'interface à des fréquences d’échantillonnage élevées. Un second point traite de la validation et quantification précise des forces de l'interface. La deuxième partie décrit deux nouveaux capteurs de force conçu spécifiquement pour les interactions avec le micro-monde. Ces fonctionnent sur le même principe de mesure par compensation. Deux approches sont suivies pour augmenter les fréquences des forces mesurable par le capteur. La première s'attache à réduire la masse en concevant un nouveau capteur à l'échelle micrométrique avec des technologies MEMS. Une deuxième approche modifie la conception du capteur et supprime la raideur dans le guidage. La troisième partie décrit la conception d'une nouvelle interface haptique à plusieurs degrés de liberté. Les éléments clefs de sa conception sont l'utilisation d'un palier à air, pour un guidage sans frottement, et de moteurs linéaires à induction, pour une inertie réduite
Teleoperation opens up new possibilities for interaction with the micro-world. Adequate systems make it possible for human to manipulate elements on microscopic scales. An added haptic feedback provides information crucial for a natural interaction. A bilateral coupling between the subsystems offers the best haptic transparency. This thesis addresses the design of a complete haptic teleoperation chain by focusing on its key elements. Three parts are detailed: The first part describes improvements of the high fidelity one degree of freedom haptic interface designed previously. First, the precision of the forces produced is improved. This improvement is related to the measurement of the motor velocity at high sampling frequencies. Then, the device is precisely caracterized. The second part describes the design of two new force sensors designed specifically for interactions with the micro-world. The forces are measured by compensation. Two approach are observed to expand the frequencies of forces measurable by the sensors. First approach try to reduce the mass, a new sensor on a micrometric scale is built with MEMS technologies. The second approach offer a new design of the sensor. In particular, the stiffness in the guidance is removed. The third part describes the design of a new haptic interface with multiple degrees of freedom. This interface combines the performances of the one degree of freedom interface with a 2D configuration. The key elements of its design are the an air bearing for frictionless guidance and linear induction motors for reduced inertia

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Mathian, Marie. „Antennes large bande pour dispositifs micro-ondes de fortes puissances : mfp“. Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112001.

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