Дисертації: "Nano-Imagerie"

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Li, Xiang. "Nano-émulsions radio-opaques iodées pour applications précliniques en imagerie par rayons X." Thesis, Strasbourg, 2012. http://www.theses.fr/2012STRAF041/document.

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Анотація:

La micro-tomodensitométrie à rayons X (dite micro-CT, CT = Computed Tomography), est une technique d’imagerie de haute résolution qui consiste d’une part à mesurer l’absorption des rayons X par les tissus, et d’autre part de reconstruire les images et les structures anatomiques en 3 dimensions par traitement informatique. L’agent de contraste est une substance capable d’améliorer la visibilité des structures d’un organe ou d’un liquide organique in vivo. Ce travail de thèse a eu pour objectif le développement d’agents de contraste iodés sous formes de nano-émulsions pour des applications précliniques en imagerie biomédicale. Nous nous sommes proposés d’étudier d’une part des nano-émulsions iodées afin d’avoir une longue rémanence vasculaire in vivo, une meilleure biocompatibilité et d’autre part de mettre au point une synthèse et une formulation plus simples que celles des agents de contraste nanoparticulaires commercialisés. Trois différentes huiles iodées ont été synthétisées et utilisées comme partie contrastante dans les nano-émulsions. Enfin, les nano-émulsions de l’α-tocophérol iodé nous ont permis d’atteindre l’objectif de cette thèse. Ces nano-émulsions iodées ont montré une très bonne biocompatibilité et combinent à la fois les propriétés d’un agent de contraste à longue rémanence vasculaire et un agent de contraste spécifique du foie
The X-ray microtomography (called mico-CT, CT = Computed Tomography) is a high-resolution X-ray tomography, uses X-rays to create cross-sections of a 3D-object that later can be used to recreate a virtual model without destroying the original model. The contrast agent is a substance used to enhance the contrast of structures or fluids within the body in medical imaging. The purposes of the thesis were the development of iodine-containing nano-emulsion based contrast for preclinical applications in biomedical imaging. We proposed to study blood pool contrast agents based on iodine-containing nano-emulsions and to develop simpler procedure for the preparation of these iodine-containing nano-emulsions. Three different iodinated oils were synthesized and used as the contrasting part in the nano-emulsions. Finally, nano-emulsions of iodinated α-tocopherol have been enabled us to achieve the purpose of the thesis. These iodinated nano-emulsions demonstrated very good biocompatibility and showed prolonged and significant contrast enhancement in both bloodstream and liver tissues

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Duval, Aurélien. "Système de biopuces à imagerie plasmonique polarimétrique pour la caractérisation dynamique de l'anisotropie de films nano-fonctionnalisés et nano-structurés." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00426690.

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Анотація:

La biophotonique a permis de nombreuses avancées scientifiques, tant dans le domaine de la compréhension des mécanismes du vivant que dans le domaine de la médecine. Les biopuces optiques sont des outils participants à une plus grande compréhension des interactions biomoléculaires de surface et ont rendu possible le diagnostic génétique à haut débit ou la caractérisation simultanée d'un grand nombre d'interactions protéiques en parallèle. Les biopuces à résonance de plasmon de surface permettent de plus la caractérisation dynamique des interactions biomoléculaires, tout en se passant de l'utilisation de marqueurs fluorescents. L'objectif principal de ce travail a reposé sur la mise au point expérimentale d'un système de biopuces à résonance de plasmon de surface capable de caractériser dynamiquement l'anisotropie résultante de l'orientation moyenne d'édifices biomoléculaires de surface. La validation du système ainsi réalisé a été effectuée au travers de trois applications : l'observation de l'orientation de biomolécules sous l'effet d'un changement de régime fluidique ; la détermination de l'anisotropie induite par un champ électrique sur un assemblage biomoléculaire d'épaisseur nanométrique ; et enfin l'orientation de filaments de billes magnétiques microniques sous l'effet d'un champ magnétique. Le second objectif de ce travail reposait sur l'étude et le développement de nouveaux substrats métalliques structurés latéralement. La perturbation locale du champ évanescent se propageant à la surface du métal a ainsi pu être mis en évidence par le biais d'échantillons micro- puis nano- structurés.

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Vidal, Mael. "Contrôle optique des spins électroniques et nucléaires dans un nano-objet unique : vers le développement de nano-mémoires et d'applications en imagerie." Thesis, Toulouse, INSA, 2016. http://www.theses.fr/2016ISAT0003/document.

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Анотація:

Les boîtes quantiques semiconductrices, confiné dans les trois directions de l’espace, ont une structure électronique proche de celle d’un atome. Une excitation lumineuse y crée des états hors équilibre entraînant l’émission des différents états de charge. Ce travail porte sur l’étude de boîtes quantiques GaAs/AlGaAs produites par une méthode d’épitaxie par jet moléculaire modifiée sur un substrat de GaAs (111) insérées dans une structure de type diode. La première partie porte sur la séparation des différents états de charge dans une boîte unique par la tension appliquée puis leur identification compte tenu de l’échange coulombien et de leurs propriétés magnéto-optiques. Une deuxième partie porte sur l’interaction hyperfine des trous avec le champ nucléaire. Un modèle d’Hamiltonien effectif est proposé pour cette interaction. Des phénomènes de bistabilité, en champ magnétique, de la polarisation des spins nucléaire et électronique sont mis en évidence
The electronic structure of a semiconductor quantum dot, with 3D carrier confinement on the nano-scale, is close to an atom with discrete state. Above-gap laser excitation creates different exciton state that show very rich emission patterns. This work studies GaAs/AlGaAs quantum dots grown droplet epitaxy on (111)A GaAs substrate embedded in a diode structure. The first part of this thesis presents the spectral separation of exciton complexes due to the bias applied to the sample; the different charge states are identified by analyzing the Coulomb exchange interaction and magneto-optics behavior. The second part studies the hyperfine interaction of the hole spin confined to a dot with the nuclear spins of the atoms that form the dot. An effective Hamiltonian model is proposed for this interaction. Bistable nuclear and also carrier spin polarization states are uncovered in magnetic field dependent measurements

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Pendery, Joel. "Organisation à l'échelle nano et imagerie de cristaux liquides et de colloïdes sur les surfaces." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066582.

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Анотація:

Cette thèse est centrée sur les cristaux liquides et l' ordre orientationnel qui découle de ces matériaux anisotropes. Des motifs chiraux quasi-bidimensionnels ont été formés par microscopie à force atomique (AFM) sur substrat de polyimide. Dans le cas de matériaux non chiraux, une chiralité 3D a été localisée à quelques nanomètres de la surface. La chiralité a été quantifiée par l'effet électroclinique de surface. De plus, un échantillon avec un axe facile et bien contrôlé a été fabriqué et une méthode pour mesurer l'orientation du directeur local avec une résolution de 100 nm en utilisant la microscopie optique en champ proche a donné la vraie fonction de répartition angulaire de l'ordre local avec une grande précision. Enfin, un auto-assemblage de nanoparticules d'or a été étudié dans un film de cristal liquide cholestérique (CLC), en cellule ouverte, a vec une texture cholestérique orientée et des nanoparticules d'or enrobées de molécules de thiol. Les mesures de la Résonance Plasmon de Surface Polarisée Localisée (LSPR) montrent une anisotropie de la réponse optique dans ces système hybrides que nous avons liées à la présence d'agrégats en forme d'aiguilles. Les calculs de la théorie de Mie généralisée, en interprétant les mesures de LSPR, ont mis en évidence une distance entre nanoparticules plus petite dans le CLC par rapport à des nanoparticules sans CLC. L' espacement plus rapproché suggère la présence de sites de piégeage dans le CLC ainsi que la présence d'une coquille isotrope autour les nanoparticules
This dissertation focuses on liquid crystals and the inherent orientational order that arises from these anisotropic materials. Quasi two-dimensional chiral patterns were scribed via Atomic Force Microscopy (AFM) with robust control onto polyimide substrate, composed of achiral materials, yielding 3D chirality that was localized to within a few nanometers of the surface. The chirality was quantified through the surface electroclinic effect. In addition, a sample with a well-controlled easy axis was fabricated and a method to measure the local director orientation with 100 nm resolution using Near-Field Scanning Optical Microscopy yielded the true angular distribution function of the local order with high precision. Finally, gold nanoparticle self-assembly was studied within a cholesteric liquid crystal (CLC) film. The open sample creates a striped texture and gold nanoparticles coated with thiol are deposited within the liquid crystal matrix. Polarized Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) measurements show an anisotropy between light polarized with respect to the stripe orientation. Evaporating the liquid crystal revealed disordered anisometric needle-like aggregates through AFM. Generalized Mie theory calculations, in conjunction with LSPR, found a smaller nanoparticle spacing in the CLC compared to a 2D monolayer of the same nanoparticles on a rubbed substrate or 1D chains in smectic A dislocations. The closer spacing suggests trapping sites within the CLC, where nanoparticles are first localized and then aggregate under van der Waals attraction aided and enhanced by the CLC and mediated by steric forces

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Pendery, Joel. "Organisation à l'échelle nano et imagerie de cristaux liquides et de colloïdes sur les surfaces." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066582.

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Анотація:

Cette thèse est centrée sur les cristaux liquides et l' ordre orientationnel qui découle de ces matériaux anisotropes. Des motifs chiraux quasi-bidimensionnels ont été formés par microscopie à force atomique (AFM) sur substrat de polyimide. Dans le cas de matériaux non chiraux, une chiralité 3D a été localisée à quelques nanomètres de la surface. La chiralité a été quantifiée par l'effet électroclinique de surface. De plus, un échantillon avec un axe facile et bien contrôlé a été fabriqué et une méthode pour mesurer l'orientation du directeur local avec une résolution de 100 nm en utilisant la microscopie optique en champ proche a donné la vraie fonction de répartition angulaire de l'ordre local avec une grande précision. Enfin, un auto-assemblage de nanoparticules d'or a été étudié dans un film de cristal liquide cholestérique (CLC), en cellule ouverte, a vec une texture cholestérique orientée et des nanoparticules d'or enrobées de molécules de thiol. Les mesures de la Résonance Plasmon de Surface Polarisée Localisée (LSPR) montrent une anisotropie de la réponse optique dans ces système hybrides que nous avons liées à la présence d'agrégats en forme d'aiguilles. Les calculs de la théorie de Mie généralisée, en interprétant les mesures de LSPR, ont mis en évidence une distance entre nanoparticules plus petite dans le CLC par rapport à des nanoparticules sans CLC. L' espacement plus rapproché suggère la présence de sites de piégeage dans le CLC ainsi que la présence d'une coquille isotrope autour les nanoparticules
This dissertation focuses on liquid crystals and the inherent orientational order that arises from these anisotropic materials. Quasi two-dimensional chiral patterns were scribed via Atomic Force Microscopy (AFM) with robust control onto polyimide substrate, composed of achiral materials, yielding 3D chirality that was localized to within a few nanometers of the surface. The chirality was quantified through the surface electroclinic effect. In addition, a sample with a well-controlled easy axis was fabricated and a method to measure the local director orientation with 100 nm resolution using Near-Field Scanning Optical Microscopy yielded the true angular distribution function of the local order with high precision. Finally, gold nanoparticle self-assembly was studied within a cholesteric liquid crystal (CLC) film. The open sample creates a striped texture and gold nanoparticles coated with thiol are deposited within the liquid crystal matrix. Polarized Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR) measurements show an anisotropy between light polarized with respect to the stripe orientation. Evaporating the liquid crystal revealed disordered anisometric needle-like aggregates through AFM. Generalized Mie theory calculations, in conjunction with LSPR, found a smaller nanoparticle spacing in the CLC compared to a 2D monolayer of the same nanoparticles on a rubbed substrate or 1D chains in smectic A dislocations. The closer spacing suggests trapping sites within the CLC, where nanoparticles are first localized and then aggregate under van der Waals attraction aided and enhanced by the CLC and mediated by steric forces

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Chaigneau, Marc. "Imagerie et spectroscopies en champ proche optique : de la nano-sonde à la caractérisation de matériaux." Phd thesis, Université de Nantes, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00274746.

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Анотація:

Les propriétés singulières des ondes évanescentes ont permis le développement de la microscopie en champ
proche optique, mais également l'émergence de capteurs moléculaires basée sur l'excitation de plasmons de
surface. Ce travail de thèse est consacré au développement de nano-sondes à base de fibres optiques destinées à ces
deux applications.
Après un état de l'art des différents procédés de la littérature, ce travail aborde une nouvelle approche pour
créer des nano-sondes optiques. La gravure chimique, pour créer une pointe à l'extrémité d'une fibre conique, est
premièrement optimisée. Les étapes suivantes sont réalisées dans un dispositif plasma original, basé sur une
décharge en régime de cathode creuse cylindrique. Pour finaliser la fabrication des sondes, les pointes métallisées
sont ouvertes in situ avec une micro-étincelle obtenue via une décharge couronne en configuration pointe-plan.
Notre microscope est ensuite détaillé et une étude paramétrique est menée afin d'optimiser la formation des
images, les capacités de résolution du sont discutées. A titre d'exemple, le microscope est ensuite appliqué à la
science des nano-matériaux, et quelles pistes d'investigation de nano-structures sont explorées, ainsi que le
potentiel de spectroscopie Raman en champ proche.
La spectroscopie résonante des plasmons de surface est aussi abordée. Les sondes spécialement modifiées
sont ici destinées à la détection moléculaire en milieu aqueux. Les capteurs ainsi élaborés sont testés dans des
microvolumes de solution, et leur capacité d'exaltation du signal Raman est présentée.

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Bouchet, Dorian. "Transfert d'énergie engendré par plasmon et imagerie de super-résolution en champ proche de milieux nano-structurés." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017PSLET026/document.

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Анотація:

Dans cette thèse, nous associons mesures expérimentales et modélisation des données pour étudier l'émission spontanée d'émetteurs fluorescents en environnement nano-structuré. Le mémoire est organisé en deux parties.Dans la première partie, nous étudions le transfert d'énergie entre émetteurs fluorescents en environnement plasmonique et sur des distances micrométriques. Pour commencer, nous caractérisons le transfert d'énergie entre deux ensembles d'émetteurs situés en champ proche d'une surface d'argent. Nous déterminons ainsi la dépendance en distance du taux de transfert d'énergie sur des distances micrométriques. Nous couplons ensuite une boite quantique et une bille fluorescente à un nano-fil d'argent et nous étudions le transfert d’énergie entre ces deux émetteurs, distants de plusieurs micromètres. Nous démontrons notamment le clignotement corrélé de ces deux émetteurs grâce à l'étude de la fonction de corrélation de leur intensité de fluorescence.Dans la seconde partie, nous sondons les variations spatiales de densité locale d'états électromagnétiques induites par des environnements nano-structurés grâce à différentes techniques de microscopie à super-résolution. A l'aide d'un microscope à balayage, nous réalisons tout d’abord une étude en trois dimensions de l’interaction de champ proche entre une bille fluorescente et différentes antennes en silicium. Nous introduisons ensuite une technique stochastique permettant de déterminer expérimentalement la position et le taux d'amortissement de molécules uniques photo-activées, avec une précision de localisation de l'ordre de 10 nm. Enfin, nous utilisons l'information de Fisher afin d'estimer les bornes inférieures de l'erreur type des estimations de positions et de taux d'amortissement réalisées dans le cadre de mesures sur molécules uniques
In this thesis, we perform experimental measurements and data modelling to investigate spontaneous emission of fluorescent emitters in nanostructured environments. The manuscript is organised into two main parts.In the first part, we study micrometre-range energy transfer between fluorescent emitters in plasmonic environments. First of all, we characterise plasmon-mediated energy transfer between ensembles of fluorescent emitters located in the near field of a silver film. We thus determine the distance dependence of the energy transfer rate over micrometre distances. We then couple a single quantum dot and a fluorescent nanobead to a silver nanowire and we study evidences of the energy transfer between the two emitters, separated by several micrometres. We notably demonstrate a correlated blinking of the two emitters through the study of the correlation function of their fluorescence intensity.In the second part, we probe sub-wavelength spatial variations of the local density of electromagnetic states induced by nanostructured environments by means of different super-resolution microscopy techniques. To start with, we perform a three-dimensional study of the near-field interaction between a fluorescent nanobead and different silicon nanoantennas using a scanning-probe microscope. We then introduce a stochastic technique to experimentally determine the position and the fluorescence decay rate of single photo-activated molecules, with a localisation precision of the order of 10 nm. Finally, we use the Fisher information to estimate lower bounds on the standard errors on position and decay rate estimates performed in the context of single-molecule microscopy

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Goutayer, Mathieu. "Nano-émulsions pour la vectorisation d'agents thérapeutiques ou diagnostiques : étude de la biodistribution par imagerie de fluorescence in vivo." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00811983.

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Анотація:

La nanomédecine représente le champ d'application des nanotechnologies, et plus particulièrement des nanoparticules, à la médecine. Ce nouveau domaine est très prometteur notamment en ce qui concerne la détection et le traitement de pathologies d'origine infectieuse, génétique ou cancéreuse. Nous avons développé de nouvelles nanoparticules biocompatibles et évalué leur potentiel en tant que nanocargos d'agents thérapeutiques ou diagnostiques grâce à l'imagerie de fluorescence in vivo. Ces particules sont des nano-émulsions de type huile dans eau, de quelques dizaines de nanomètres de diamètre, stabilisées par une couche de surfactants composée de phospholipides et d'agents de furtivité. L'encapsulation dans le cœur des nanoparticules de fluorophores organiques absorbant et émettant dans les longueurs d'onde compatibles avec les dispositifs d'imagerie de fluorescence permet de suivre leur biodistribution après injection dans des souris Nude. Ces nano-émulsions furtives et fluorescentes peuvent également être fonctionnalisées sur leur surface par des ligands de ciblage actifs tels que le peptide cRGD. De telles nano-émulsions fonctionnalisées montrent in vitro une adhésion spécifique avec les cellules exprimant l'intégrine αvβ3, un biomarqueur de l'angiogénèse. L'accumulation, passive et/ou active médiée par les cRGD, des particules au sein de différents modèles de tumeurs sous-cutanées implantés chez la souris Nude, est observée par imagerie de fluorescence non invasive.

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Lavielle, Sébastien. "Synthèse de molécules fluorées pour le développement d'un nouvel outil de nano-imagerie : application à l'imagerie de l'angiogénèse pathologique." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13934/document.

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Анотація:

: La TEP (Tomographie par Emission de Positons) est actuellement la technique d’imagerie la plus performante. Cependant sa résolution spatiale millimétrique interdit de déterminer avec certitude si les traceurs radiomarqués atteignent sélectivement leur cible moléculaire. Nous avons donc proposé d’utiliser un nouvel outil d’imagerie ex vivo pour apporter de nouvelles informations moléculaires grâce à la haute résolution des analyses par faisceaux d’ions. Les analyses PIGE (Particle Induced Gamma-ray Emission) et RBS (Rutherford Backscattering Spectrometry) permettent ainsi de quantifier les éléments chimiques d’un échantillon avec une résolution spatiale micrométrique. Nos travaux ont donc été fondés sur l’optimisation de ces techniques pour la détection de molécules marquées au 19F stable (FDG et peptide polyfluoré ciblant spécifiquement l’angiogenèse tumorale) au sein d’échantillons biologiques tels que des coupes tumorales ou des membranes vascularisées
Abstract

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Yu, Boliang. "3D analysis of bone ultra structure from phase nano-CT imaging." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI016/document.

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Анотація:

L'objectif de cette thèse était de quantifier le réseau lacuno-canaliculaire du tissu osseux à partir d’images 3D acquises en nano CT synchrotron de phase. Ceci a nécessité d’optimiser les processus d’acquisition et de reconstruction de phase, ainsi que de développer des méthodes efficaces de traitement d'images pour la segmentation et l’analyse 3D. Dans un premier temps, nous avons étudié et évalué différents algorithmes de reconstruction de phase. Nous avons étendu la méthode de Paganin pour plusieurs distances de propagation et l’avons évaluée et comparée à d’autres méthodes, théoriquement puis sur nos données expérimentales Nous avons développé une chaine d’analyse, incluant la segmentation des images et prenant en compte les gros volumes de données à traiter. Pour la segmentation des lacunes, nous avons choisi des méthodes telles que le filtre médian, le seuillage par hystérésis et l'analyse par composantes connexes. La segmentation des canalicules repose sur une méthode de croissance de région après rehaussement des structures tubulaires. Nous avons calculé des paramètres de porosité, des descripteurs morphologiques des lacunes ainsi que des nombres de canalicules par lacune. Par ailleurs, nous avons introduit des notions de paramètres locaux calculés dans le voisinage des lacunes. Nous avons obtenu des résultats sur des images acquises à différentes tailles de voxel (120nm, 50nm, 30nm) et avons également pu étudier l’impact de la taille de voxel sur les résultats. Finalement ces méthodes ont été utilisées pour analyser un ensemble de 27 échantillons acquis à 100 nm dans le cadre du projet ANR MULTIPS. Nous avons pu réaliser une analyse statistique pour étudier les différences liées au sexe et à l'âge. Nos travaux apportent de nouvelles données quantitatives sur le tissu osseux qui devraient contribuer à la recherche sur les mécanismes de fragilité osseuse en relation avec des maladies comme l’ostéoporose
Osteoporosis is a bone fragility disease resulting in abnormalities in bone mass and density. In order to prevent osteoporotic fractures, it is important to have a better understanding of the processes involved in fracture at various scales. As the most abundant bone cells, osteocytes may act as orchestrators of bone remodeling which regulate the activities of both osteoclasts and osteoblasts. The osteocyte system is deeply embedded inside the bone matrix and also called lacuno-canalicular network (LCN). Although several imaging techniques have recently been proposed, the 3D observation and analysis of the LCN at high spatial resolution is still challenging. The aim of this work was to investigate and analyze the LCN in human cortical bone in three dimensions with an isotropic spatial resolution using magnified X-ray phase nano-CT. We performed image acquisition at different voxel sizes of 120 nm, 100 nm, 50 nm and 30 nm in the beamlines ID16A and ID16B of the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF - European Synchrotron Radiation Facility - Grenoble). Our first study concerned phase retrieval, which is the first step of data processing and consists in solving a non-linear inverse problem. We proposed an extension of Paganin’s method suited to multi-distance acquisitions, which has been used to retrieve phase maps in our experiments. The method was compared theoretically and experimentally to the contrast transfer function (CTF) approach for homogeneous object. The analysis of the 3D reconstructed images requires first to segment the LCN, including both the segmentation of lacunae and of canaliculi. We developed a workflow based on median filter, hysteresis thresholding and morphology filters to segment lacunae. Concerning the segmentation of canaliculi, we made use of the vesselness enhancement to improve the visibility of line structures, the variational region growing to extract canaliculi and connected components analysis to remove residual noise. For the quantitative assessment of the LCN, we calculated morphological descriptors based on an automatic and efficient 3D analysis method developed in our group. For the lacunae, we calculated some parameters like the number of lacunae, the bone volume, the total volume of all lacunae, the lacunar volume density, the average lacunae volume, the average lacunae surface, the average length, width and depth of lacunae. For the canaliculi, we first computed the total volume of all the canaliculi and canalicular volume density. Moreover, we counted the number of canaliculi at different distances from the surface of each lacuna by an automatic method, which could be used to evaluate the ramification of canaliculi. We reported the statistical results obtained on the different groups and at different spatial resolutions, providing unique information about the organization of the LCN in human bone in three dimensions

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Domart, Florelle. "Nano-imagerie corrélative de fluorescence X synchrotron et de super résolution des métaux et des protéines dans les synapses de neurones d’hippocampe." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0185/document.

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Les éléments chimiques métalliques tels que Fe, Cu ou Zn sont présents en quantité infime dans le cerveau. Le rôle de ces métaux traces dans les fonctions neuronales, telles que la transmission synaptique et les processus de mémorisation, reste encore largement à élucider. En outre, une dyshoméostasie des métaux est retrouvée dans de nombreuses neuropathologies, telles que maladie d’Alzheimer, de Parkinson ou sclérose latérale amyotrophique. Les mécanismes d’interaction des métaux traces au niveau neuronal sont difficiles à décrire faute de méthodes analytiques possédant une résolution et une sensibilité adaptées pour en déterminer la distribution à l’échelle synaptique. La spectrométrie de fluorescence-X synchrotron (SXRF) est une méthode d’analyse chimique multi-élémentaire permettant de décrire la distribution quantitative de ces éléments à l’échelle subcellulaire avec une résolution nanométrique (40 nm avec la ligne ID16A du synchrotron ESRF) et une très haute sensibilité. Afin d’interpréter avec précision les résultats d’imagerie chimique, nous avons développé un protocole pour corréler l’imagerie nano-SXRF avec la microscopie super résolutive de déplétion par émission stimulée (STED) permettant ainsi la corrélation des distributions des métaux avec celle de protéines cibles en super résolution. Nous avons marqué les microtubules et l’actine-F de neurones primaires d’hippocampe de rat puis imagé le cytosquelette par microscopie STED avant de déterminer par spectrométrie SXRF les distributions des éléments P, S, Fe, Cu et Zn. Nous avons ainsi mis en évidence la colocalisation du Zn et des microtubules au niveau dendritique ainsi qu’une localisation du Cu essentiellement dans le cou des épines dendritiques riches en F-actine, et une distribution du Fe sous forme de points très localisés dans les dendrites. Ces résultats ont révélé le rôle essentiel du Zn dans l’architecture du cytosquelette des neurones d’hippocampe et la méthode d’imagerie corrélative développée ouvre de nouvelles perspectives pour l’étude des dyshoméostasies des métaux dans les maladies neurodégénératives
Metallic chemical elements such as Fe, Cu or Zn are present in minute quantities in the brain. The role of these trace metals in neuronal functions such as synaptic transmission and memory processes remains largely unclear. Moreover, metal dyshomeostasis is found in many neuropathologies, such as Alzheimer’s disease, Parkinson’s or amyotrophic lateral sclerosis. The interaction mechanisms of trace metals at the neuronal level are difficult to describe because of the lack of analytical methods with appropriate resolution and sensitivity to determine metal distribution at the synaptic level. Synchrotron X-ray fluorescence spectrometry (SXRF) is a multielemental chemical analysis method for describing the quantitative distribution of these elements at the sub-cellular scale with a nanometric resolution (40 nm at ESRF beamline ID16A ) and a very high sensitivity. In order to accurately interpret chemical imaging results, we have developed a protocol to correlate nano-SXRF imaging with stimulated emission depletion super resolution microscopy (STED), allowing the correlation of metal distribution and that of target proteins in super resolution. We labeled microtubules and F-actin of primary rat hippocampal neurons and imaged the cytoskeleton by STED microscopy before determining the distributions of P, S, Fe, Cu and Zn by SXRF spectrometry. We evidenced the colocalization of Zn and microtubules at the dendritic level and a localization of Cu mainly in the neck of dendritic spines rich in F-actin, and a distribution of Fe in the form of very localized points in the dendrites. These results highlight the crucial role of Zn in cytoskeleton architecture of hippocampal neurons and the developed correlative imaging method opens new perspectives for the study of metal dyshomeostasis in neurodegenerative diseases

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Dong, Pei. "Three-dimensional analysis of bone cellular tissue from SR CT Imaging." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0022/document.

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Le système ostéocytaire soulève un intérêt croissant depuis quelques années car il est joue un rôle important dans l'adaptation de l'os. Le système ostéocytaire est inclus dans un réseau poreux dénommé le réseau lacuno-canaliculaire (LCN). L’observation du système ostéocytaire est difficile car les ostéocytes sont profondément enfouies dans la matrice osseuse et difficilement accessible par les techniques optiques. Récemment l’équipe de Creatis a montré la faisabilité d’imager le LCN en 3D grâce à la micro tomographie par rayonnement synchrotron. Toutefois, il n’existe actuellement pas de méthodes d’analyse permettant de quantifier, de façon automatique, le réseau lacuno-canaliculaire en 3D. L’objectif de cette thèse était de développer des méthodes d’analyse d’images permettant d’extraire des paramètres quantitatifs sur le réseau lacuno-canaliculaire. La première partie, consacrée à l’état de l’art. Le chapitre 1 présente les objectifs de ce travail. Le chapitre 2 rappelle les éléments de base sur le tissu osseux et présente les caractéristiques du réseau lacuno-canaliculaire. Le chapitre 3 présente les différentes méthodes d’imagerie utilisées jusqu’à présent pour étudier le réseau lacuno-canaliculaire. Le chapitre 4 présente l’état de l’art sur les paramètres qui sont classiquement utilisés pour caractériser le réseau lacuno-canaliculaire. La seconde partie est consacrée aux contributions de ce travail. Le chapitre 5 présente les deux systèmes expérimentaux de l’ESRF sur lesquels des images d’échantillons osseux ont été acquises. Le chapitre 6 décrit la méthode développée pour la quantification des lacunes ostéocytaires à partir d’images à l’échelle micrométrique. Elle propose de calculer des paramètres issus des moments géométriques ainsi que des paramètres basés sur la notion de volumes intrinsèques. Les méthodes sont appliquées à une série de 13 échantillons acquis en collaboration avec le Laboratoire d’Imagerie Paramétrique, Paris. Les résultats obtenus sont comparés et discutés par rapport à ceux de la littérature. Le chapitre 7 décrit la quantification des canalicules reliant les ostéocytes à partir d’images à l’échelle sous-micrométrique. En particulier, nous nous sommes intéressées à estimer le nombre de canalicules issues d’une lacune ostéocytaire, paramètre encore jamais mesuré en 3D. L’évolution de ce paramètre en fonction de la distance au centre de la lacune a permis de mettre en évidence et de quantifier la ramification des canalicules. Le chapitre 8 propose l’application des méthodes développées à une série d’échantillons acquis en collaboration le groupe de Sharmila Majumdar à l’université de San Francisco. Dans ce chapitre, nous avons travaillé sur une nouvelle méthode de segmentation du réseau lacuno-canaliculaire basée sur une méthode de chemins géodésiques. Les premiers résultats acquis sur 8 échantillons humains d’âges différents sont présentés. Finalement, le chapitre 9 conclut ce travail et présente des perspectives
The osteocyte system has raised increasing interest in the recent years, since it is hypothesized to play an important role in orchestrating bone adaptation through mechanosensation and bone mechanotransduction mechanism. The osteocytes are deeply buried within the bone matrix, where their bodies are encysted in cavities called lacunae and their stellular processes are enclosed in tunnels called canaliculi. Together, they formed the lacuno-canalicular network (LCN). The geometry of the LCN is of importance since it is supposed to potentially affect and reflect the viability of the osteocyte and is supposed to be related to biomechanical constraints at the cell level. However, studying the LCN is quite challenging, due to limitations in an ideal imaging modality and the lack of quantitative analysis tools. In this thesis, we propose computational efficient and automated methods to quantify the 3D morphological properties of the LCN from synchrotron radiation (SR) micro / nano-CT images. For image acquisition, we used the SR micro/nano-CT setups installed on beamlines ID19 and ID22 at ESRF. A series of human cortical samples were imaged with spatial resolutions ranging between 3.5 µm to 60 nm. For the 3D assessment of lacunae, we used an image moment-based approach to calculate the volume, length, width, height and anisotropy of each osteocyte lacuna. We employed a fast algorithm to further calculate the surface area, the Euler number and the SMI of each lacuna. Validation of segmentation and experimental results on 13 bone samples are presented. For the 3D assessment of canaliculi, we propose a method to quantify the canalicular ramification around each lacuna. After segmentation, our method first labels each lacuna from the LCN. Then, a signature of the numbers of canaliculi at different distances from the lacunar surface is estimated through the calculation of topological parameters. Validation of this method and statistical results a large 3D SR micro-CT image of a human femoral bone sample are reported. We also improved the segmentation of the canaliculi and illustrated the feasibility of the application on a series of bone samples. We investigated a segmentation approach based on minimum cost paths and geodesic voting. A parallel computation scheme was implemented to reduce the computation times. The LCN was characterized by using the previous methods. Besides, we introduced the parameters from the Voronoi tessellation. Statistical results are reported on 8 large 3D micro-CT images, including around a hundred lacunae and the canaliculi. Future works will concern the improvement of canaliculi segmentation of from images at 300 nm as well as its evaluation and further characterization of LCN from SR CT images at both 300 nm and 50 nm. This work opens many perspectives for a better knowledge of the physiopathology of bone at the cellular scale

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Millien, Pierre. "Mathematical modelling for hybrid and nanoparticle imaging." Thesis, Paris, Ecole normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSU0010/document.

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Cette thèse a pour sujet la modélisation mathématique de nouvelles méthodes expérimentales d'imagerie. Elle est divisée en deux parties. La première porte sur l'étude de techniques dites hybrides basées sur des interactions entre différents types d'ondes. La deuxième parte est consacrée à l'étude du comportement des nano-particules métalliques soumises à des champs électro-magnétiques. La première partie contient trois chapitres dans lesquels sont étudiés trois techniques d'imagerie différentes : - la tomographie magnéto-acoustique par force de Lorentz ; - la tomographie magnéto-acoustique par induction magnétique ; - l'élastographie par tomographie cohérente optique. Dans les deux premiers chapitres nous donnons un modèle mathématique explicite pour les expériences étudiées, ainsi que des formules explicites pour résoudre les problèmes inverses associés. Nous introduisons une méthode de reconstruction directe dite de « viscosité » permettant de reconstruire la conductivité électrique du milieu étudié. Dans le troisième chapitre nous proposons une méthode d'optimisation pour récupérer le module de cisaillement du milieu à partir de mesures d'un champs de déplacement. La deuxième partie contient deux chapitres dans lesquels sont étudiés la diffraction par de petites particules. Les phénomènes suivant sont abordés : - les résonances plasmoniques ; - la génération de seconde harmonique. Nous étudions les résonances plasmoniques dans le cadre d'une approximation petit volume
In this thesis we study the mathematical modelling of new experimental imaging techniques. It is divided in two parts. The first one contains work on hybrid imaging techniques based on the interactions betwenn different types of waves. The second part is devoted to the study of the behavior of metallic nanoparticles embedded in electromagnetic fields. The first part contains three chapters in which three different imaging techniques are studied : - magneto-acoustic tomography by Lorentz force, - magneto-acoustic tomography with magnetic induction, - optical coherence tomography based elastography. In the first two chapters we give a mathematical model for the experiments studied as well as explicit reconstruction formulas for the associated inverse problems. We introduce a new direct reconstruction method ("viscosity method") allowing the recovery of the electrical conductivity of the medium. In the third chapter we give an optimisation method to reconstruct the shear modulus of the medium from a displacement field. The second part contains two chapters in which are studied the diffraction of light by small metallic nanoparticles. We study: - plasmonic resonances, - second harmonic generation. The plasmonic resonances are studied within the Maxwell frame. We give an asymptotic formula for the electromagnetic fields within a small volume approximation

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Taofifenua, Cécilia. "La microscopie électrochimique à force atomique à médiateur lié pour sonder in situ l'organisation spatiale de nano-objets biologiques fonctionnels : De la particule virale à la macromolécule individuelle." Sorbonne Paris Cité, 2015. http://www.theses.fr/2015USPCC211.

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Ce travail de thèse a été consacré à l'application de la microscopie AFM-SECM à médiateur lié, (Mt/AFM¬SECM) à deux domaines apparemment distincts mais ayant en commun la nécessité de développer des approches expérimentales nouvelles permettant des mesures inédites à une échelle nanométrique. Au premier chapitre, la capacité de la microscopie Mt/AFM-SECM à sonder simultanément les forces locales et la dynamique conformationelle de macromolécules redox immobilisées a été mise à profit pour la caractérisation d'un système constitué de chaînes poly(ethylene glycol) (PEG) portant une tête redox ferrocene (Fc) et un pied d'ancrage pyrene assemblées sur surface d'HOPG. En utilisant une approche électrochimique multi-échelle, nous avons montré que les chaines Fc-PEG-Pyrene s'auto-assemblent aisément sur le HOPG pour former une couche extrêmement homogène. Cependant, le caractère adsorbant et fortement hydrophobe des plans graphitiques mène à une structure complexe de la couche qui dépend de la couverture des chaines PEG en raison de l'interaction entre la tête ferrocene et la surface d'HOPG. Les résultats obtenus ici sont sans nul doute généralisables au cas de chaines PEG ancrées sur toute surface graphitique (nanotube de carbone, graphène) via un pied pyrène et portant à leur extrémité libre un groupement redox, fluorescent ou liant présentant un certain degré, même faible, d'hydrophobicité. Le second chapitre de ce travail a été consacré à l'étude par Mt/AFM-SECM d'un système nano-biologique totalement original : des virus de plantes (LMV, PVA) portant des chaines redox Fc-PEG positionnées à des emplacements prédéfmis le long des particules virales grâce à des anticorps spécifiques. Nous avons démontré que la microscopie Mt/AFM-SECM permettait de localiser les virus immobilisés sur surface d'or, d'imager leur topographie et d'échantillonner ainsi leur disparité topologique, mais aussi d'interroger spécifiquement les fonctions redox qu'ils portent. La distribution statistique de ces fonctions d'un virus à l'autre, mais aussi leur répartition le long des particules virales individuelles, a ainsi pu être étudiée. Ce résultat fait de la Mt/AFM-SECM un outil de caractérisation fonctionnelle unique pour la nanotechnologie virale. Concomitamment nous avons démontré que la microscopie Mt/AFM-SECM à anticorps redox constitue une nouvelle technique d'immuno-imagerie in situ capable de localiser spécifiquement des protéines exposées à la surface de virus. En réussissant à imager la protéine virale VPg, présente en un seul exemplaire à l'extrémité du virus LMV, nous avons fait la démonstration de la résolution macromoléculaire de cette microscopie combinée, une première pour une microscopie dérivée de la SECM
This work has been devoted to the application of mediator-tethered (Mt) AFM-SECM microscopy to two different scientific issues sharing a common need for new experimental approaches enabling nano-scale investigations. In the first chapter the ability of Mt/AFM-SECM to simultaneously probe local forces and conformational dynamics of immobilized redox macromolecules has been used for characterizing the behavior of polyethylene glycol (PEG) chains bearing a redox ferrocene (Fc) head and an anchoring pyrene foot, assembled onto a HOPG surface. We have shown, following a multiscale electrochemical approach, that Fc-PEG-Pyrene chains readily self-assemble onto HOPG to form extremely homogeneous layers. However the strongly hydrophobie adsorbing nature of graphite planes results in a complex coverage-dependent structure of the PEG layer due to the interaction of the ferrocene label and the HOPG surface. The results we obtained are likely to be transposable to the case"of PEG chains attached to any HOPG¬like surface (carbon nanotube, graphene) via a pyrene ring and end-functionalized by a redox, a fluorescent or a binding probe (e. G. Biotin), all typically displaying some degree of hydrophobicity. In the second chapter of the present work, Mt/AFM-SECM has been used for characterizing an original, genuinely nanometer-sized biological system: plant viruses (LMV,PVA) bearing redox Fc-PEG chains spatially organized on the virus shell through the use of redox labeled antibodies. Acquisition of topography images allowed isolated virus particles to be identified, and structurally characterized, while simultaneous acquisition of current images allowed the redox function of the modified viruses to be probed. As a result, we could reveal the way redox-functionalization was distributed both statistically among the viruses but also spatially over individual viruses. This possibility potentially makes Mt/AFM-SECM a versatile tool in the field of viral nanotechnology. Concomitantly, we demonstrated that immunoredox Mt/AFM-SECM imaging enables the in situ mapping of the distribution of specific proteins on individual virus particles down to the single protein scale. Achieving such a biomolecular resolution is a first for a SECM- based technique

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Samson, Benjamin. "Imagerie thermique par microscopie en champ proche à sonde fluorescente." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00440188.

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Ce travail présente le développement d'une nouvelle technique d'imagerie thermique utilisant une nanoparticule fluorescente comme capteur de température. La particule est fixée à l'extrémité d'une pointe de microscope à force atomique. En contact avec une surface ou un dispositif plus ou moins chaud, la fluorescence de la particule varie et permet de déterminer la température. La particule utilisée contient des ions de terres rares (erbium et ytterbium) dont certaines raies d'émission sont en équilibre thermique. La mesure de l'intensité relative de ces raies permet de déterminer la température absolue du matériau, et donc de la surface avec lequel il est en contact. Nous avons tout d'abord utilisé cette technique pour étudier l'échauffement de pistes résistives (aluminium et nickel) parcourues par un courant continu. Dans le cas de pistes d'aluminium, la résolution latérale thermique que nous avons obtenue est d'environ 250 nm, de l'ordre de la taille de la particule fluorescente. Nous avons ensuite utilisé cet instrument pour observer l'échauffement de pistes parcourue par un courant alternatif. Ce mode permet d'observer où sont localisées les variations de température, mais ne permet pas pour l'instant de déterminer la température absolue du dispositif. A l'aide de ce mode de fonctionnement, nous avons observé l'échauffement dans des pistes de nickel dont la largeur est de l'ordre de 200 nm. Enfin, en effectuant des courbes d'approche/retrait, nous avons aussi pu mesurer l'importance relative des différents mécanismes de transfert de chaleur entre la pointe et la surface. Dans le cas de pistes de taille submicronique, le transfert de chaleur par contact direct est de loin le plus efficace.

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Attia, Mohamed. "Contrast agent based on nano-emulsion for targeted biomedical imaging." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAF043.

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Les agents d’imagerie aux rayons X sont essentiels en combinaison avec la tomodensitométrie pour améliorer le contraste de manière à permettre la visualisation complète des vaisseaux sanguins et de fournir l'information structurelle et fonctionnelle de lésions permettant la détection d'une tumeur. Ces outils fondamentaux permettent également de faire la distinction entre les cellules et les agents pathogènes sains. Les agents de contraste aux rayons X commercialisés sont limités dans leur succès dans le cas du Fenestra® VC par le temps court de circulation dans le sang et celui qui est lié à l'élimination rénale rapide du corps comme dans le cas du Xenetix® (Iobitriol). Nous avons développé des agents de contraste à base d’α-tocophérol (vitamine E), de Cholécalciférol (vitamine D3), d'huile de ricin, de Capmul® MCMC8 et d’acide oléique qui sont tous dénués de toxicité, qui contiennent de l’iode sous forme de nano-émulsion et qui sont destinés à l’imagerie préclinique en μ-CT. Ces nano-émulsions formulées ont été préparées par la technique d’émulsification spontanée de basse énergie avec une légère modification pour chaque composé iodé. Ces formulations ont montré de nouvelles caractéristiques spécifiques les rendant prometteuses dans des expérimentations in vivo avec une augmentation du rapport de la toxicité et de celui des interventions thérapeutiques visées. Nous avons étudié l'effet de la taille et de la composition chimique des systèmes nanoparticulaires sur leur biodistribution, leur pharmacocinétique et leur toxicité. Ces études ont permis de mettre en évidence l’importance de la constitution chimique des agents iodés utilisés avec par exemple la vectorisation du foie dans le cas de la vitamine E et une accumulation passive dans la rate pour les formulations à base d'huile de ricin, faisant la preuve-de-concept de l'effet EPR. D'autre part, des formulations identiques ayant deux tailles de gouttelettes différentes et contenant du cholécalciférol indiquent qu’il n’y a pas de réels impacts sur la pharmacocinétique et la biodistribution mais présentaient une augmentation importante de la toxicité. Une autre étude a consisté a étudié l’effet des charges de surface des systèmes nanoparticulaires sur leur biodistribution, c’est pourquoi la nano-émulsion a été sélectionnée pour réaliser cette étude en présence d’un polymère amphiphile tel que le poly (anhydride-alt-1-octadecene maléique) (PMAO). Les résultats in vitro et les évaluations in vivo étaient tout à fait cohérents sachant que les systèmes nanoparticulaires neutres présentent moins de toxicité comparée à celles qui sont chargés négativement qui ont été capturés de manière plus importante dans les cellules causant un stress cellulaire et delà affectent la toxicité. Selon les résultats, elles présentent des biodistributions et des pharmacocinétiques différentes. Dans ce contexte, pour la première fois, nous avons pu fonctionnaliser les nanogouttes des nanoémulsions en fixant des ligands par des liaisons covalentes. Nous avons conçu des nanogouttes enrobées avec un enrobage de silice terminé par des groupements aminés et ainsi réalisé la formation de liaisons amides avec le greffage d’un colorant modèle (colorant bleu coumarine). La quantification des groupements aminés a été réalisée à l'aide de techniques spectroscopiques et microscopiques ainsi que la détermination de l'efficacité du greffage déterminé à 41%. [...] Un de nos objectifs réalisés était de concevoir des systèmes nanoparticulaires polymères multifonctionnels qui peuvent encapsuler des principes actifs hydrophobes modèles et des agents de contraste pour l’imagerie à rayons X, de sorte à construire des dispositifs théranostiques. Pour conclure, de nouveaux agents de contraste et des systèmes de délivrance ont été synthétisés ayant des caractéristiques physico-chimiques exceptionnelles et acceptables pour être utilisées in vivo avec une grande efficacité et une faible toxicité
X-ray imaging agents are essential in combination with X-ray computed tomography to improve contrast enhancement aiming at providing complete visualization of blood vessels and giving structural and functional information on lesions allowing the detection of a tumor. As well as it is fundamental tool to discriminate between healthy cells and pathogens. We successfully limit the problems presented in commercial Xray contrast agents like poor contrasting in Fenestra® VC associated with short blood circulation time and to avoid rapid renal elimination from the body as found in Xenetix (Iobitriol). We developed nontoxic and blood pool iodine-containing nano-emulsion contrast agents serving in preclinical X-ray μ-CT imaging such as, α- Tocopherol (vitamin E), Cholecalciferol (vitamin D3), Castor oil, Capmul MCMC8 oil and oleic acid. Those formulated nanoemulsions were prepared by low energy spontaneous emulsification technic with slight modification for each platform. They showed new specific features rendering them promising agents in in vivo experiments as improving the balance between the efficacy and the toxicity of targeted therapeutic interventions. We investigate the effect of size and the chemical composition of the nanoparticles on their biodistribution, pharmacokinetics and toxicity. They demonstrated that the chemical structures of the droplet’s cores have significant role in targeting for example vitamin E was mainly accumulated in liver and castor oil formulation was passively accumulated in spleen explaining the proof-of-concept of EPR effect. On the other hand, two different platform sizes of Cholecalciferol molecule revealing that no real impact on the pharmacokinetics and biodistribution but presented remarkable effect on the toxicity. Of particular interest is studying the effect of the surface charge of nanoparticles on their biodistribution, this is why oleic acid nano-emulsion was selected to proceed this study by presence of amphiphilepolymer poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene) (PMAO). The in vitro results and in vivo evaluations were completely coherent approving that the neutral charged NPs are less toxic compared to the negatively charged ones that were highly uptaked in the cells causing stress to the cells and thereby affecting the toxicity. As a result they are different in biodistribution and pharmacokinetics. In this context, for the first time, we were able to functionalize the nano-emulsion droplets with ligand molecules by covalent bonds. Likewise we designed nano-droplets and coated by silica shell ended by amino groups and then followed by formation of amide bonds with grafting to dye ligand model (coumarin blue dye). The quantification of amino groups was performed by using spectroscopic and microscopic techniques, with a grafting efficiency as high as 41%. This process improves the targeting properties of such chemotherapeutic agents to the location of interest following active targeting mechanism (ligand receptorstrategy). One of our achieved objectives was to engineer multifunctional polymer-based NPs encapsulating hydrophobic drug model as DDs and iron oxide NPs as a theranostic model. To conclude, novel contrast agents and delivering systems were synthesized with outstanding physicochemical characteristics and suitable for in vivo medium with high efficacy and low toxicity

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Boudjehem, Mohamed Redhouane. "Développement de la tomographie spectro-ptychographique aux rayons-X pour la caractérisation hyperspectrale 3D de catalyseurs techniques." Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALY021.

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Les catalyseurs industriels accélèrent les réactions chimiques dans l’industrie pétrolière, transformant le pétrole brut en produits finis tels que l'essence, le diesel et le carburant d'avion. La compréhension des relations entre la structure, la composition chimique, les propriétés et les fonctions des catalyseurs est cruciale pour réduire la pollution causée par les réactions chimiques lors de la catalyse. Cette thèse vise à développer une méthode de nano-imagerie spectrale 3D pour caractériser la microstructure des catalyseurs techniques de l'échelle nanométrique à l’échelle micrométrique. La méthode combine la tomographie et la ptychographie aux rayons X avec la spectroscopie d’absorption des rayons X. Elle permet de déterminer l'emplacement et l'état chimique des métaux qui favorisent ou empoisonnent la catalyse. Le défi principal réside dans la réduction du temps d'acquisition des données, actuellement de 24 heures pour 2 points en énergie. La contribution principale de la thèse est de développer de nouvelles méthodes pour une acquisition plus rapide sans perte d'information. Cela permet d'améliorer la compréhension de la relation entre la structure et les performances des catalyseurs, menant à des développements plus efficaces et économiques
Technical catalysts accelerate chemical reactions in the petroleum industry, transforming crude oil into finished products such as gasoline, diesel, and jet fuel. Understanding the relationships between the structure, properties, and functions of catalysts is crucial for reducing pollution caused by chemical reactions during catalysis. This thesis aims to develop a 3D spectral nano-imaging method to characterize the microstructure of technical catalysts at the nanoscale. The technique combines X-ray tomography and ptychography with X-ray absorption spectroscopy. It will allow us to determine the location and chemical state of metals that promote or poison catalysis. The main challenge lies in reducing the data acquisition time, currently 24 hours for 2 energy points. The main contribution of the thesis will be to develop new methods for faster acquisition without loss of information. This will improve the understanding of the structure-performance relationship of catalysts, leading to more efficient and economical developments

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Cobo, Elie. "Capteur d'images CMOS à sensibilité améliorée dans le proche infrarouge par des nanostructures optiques." Electronic Thesis or Diss., Toulouse, ISAE, 2022. http://intranet.isae-supaero.fr/intradoc/intranet/doc/theses/2022_Cobo_Elie.pdf.

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Les capteurs d’images occupent presque la moitié du marché des composants optoélectroniques avec une taille de $19.1 milliards. Leurs performances et leur faible coût de production en font la technologie majoritaire pour l’imagerie dans le visible (400 nm –700 nm). D’un autre côté, l’imagerie dans le proche infrarouge (700 nm – 1400 nm) est aussi en pleine croissance. Appliquée dans le domaine médical elle permet la visualisation d’agent fluorescent in vivo, en temps réelle et de façon non invasive pour aider à la chirurgie, à l’étude de maladies et au diagnostic. L’imagerie médicale proche infrarouge représente $216 million de dollars en 2021 avec une projection de $405 million de dollars en 2028. Mais en dehors du médical, les applications du proche infrarouge sont aussi nombreuses : Le suivi du regard, la reconnaissance gestuelle et faciale, une meilleure visibilité dans la nuit, sont autant de fonctionnalités que l’on peut mettre à profit pour une vision assistée par ordinateur plus performante, si bien qu’il est prévu une augmentation annuelle du marché des détecteurs proche infrarouge de presque 10% de 2020 et 2025. Malheureusement, la croissance conjointe du marché des capteurs d’images CMOS et du marché de l’imagerie dans le proche infrarouge se heurte à une problématique de taille : les imageurs fabriqués par le procédé CMOS sont conçus à partir de silicium qui est certes un très bon candidat pour l’absorption visible mais beaucoup moins pour les longueurs d’onde dépassant les 800 nm. En effet, si seulement quelques centaines de nanomètres de silicium suffisent pour absorber la lumière à 400 nm, il faut compter des dizaines voire des centaines de micromètres pour les longueurs d’onde supérieures à 800 nm. Pour faire face à cette problématique, les fondeurs ont commencé à proposer des capteurs avec une zone sensible plus profonde, passant par exemple de 3 µm d’épaisseur optimisée pour le visible à 12 µm. Si ce procédé permet e ffectivement une amélioration de la sensibilité, il détériore par la même occasion la résolution spatiale de l’imageur induite par l’augmentation de la diaphonie. D’autres solutions mettant en jeu des pièges à photons notamment par la texturation du silicium sont récemment investiguées mais nécessitent l’ajout de nouvelles étapes de fabrication au procédé standard. Nous avons démontré dans ces travaux, par simulations opto-électriques, la conception d’un réseau diffractant directement à partir de la couche de fabrication de la grille des transistors en poly-silicium, déjà présente dans la fabrication standard d’un capteur d’image CMOS. Ce réseau a la double fonction d’augmenter la longueur de propagation effective dans le silicium et de couche antireflet. Cette implémentation d’un réseau dans le capteur d’image avec l’ajout de tranchées d’isolation profondes pour confiner à l’intérieur du pixel la lumière diffractée, a permis une amélioration relative de l’efficacité quantique exte rne de 35.5% à une longueur d’onde de 850 nm ainsi qu’une amélioration de la diaphonie de 6.9%. Cette architecture avec une épaisseur active de 3 µm permet d’obtenir une amélioration équivalente à celle d’une augmentation de la couche active par un facteur 3 sans détérioration de la diaphonie qui vient avec. Pour aller plus loin, nous avons étudié l’intégration de ce réseau conçu à partir de la couche des grilles de transistors à un capteur d’images CMOS à illumination par la face arrière. Ainsi en utilisant le réseau non plus en transmission mais en réflexion, nous avons montré une significative amélioration de l’absorption dans le proche infrarouge sur une large bande spectrale (de 650 nm à 1100 nm). En effet, l’absorption d’un capteur d’image avec miroir en face arrière conçu à partir d’un réseau en poly-silicium et de la première couche de métallisation en aluminium est plus que deux fois supérieure à l’absorption d’un capteur d’images standard à une longueur d’onde de 850 nm
Image sensors occupy nearly half of the optoelectronic components market with a size of $19.1 billion. Their performance and the low production cost make them the leading technology for imaging in the visible range (400 nm -700 nm). On the other hand, near-infrared imaging (700 nm - 1400 nm) is also growing rapidly. Applied in the medical field, it allows the visualization of fluorescent agents in vivo, in real time and in a non-invasive way to assist in surgery, the study of diseases and diagnosis. Near-infrared medical imaging will represent $216 million in 2021 with a projection of $405 million in 2028. But the medical field is not the only application : eye tracking, gesture and facial recognition, and improved visibility at night are all features that can be leveraged for better computer vision, so the NIR sensor market is expected to grow by almost 10% annually from 2020 to 2025. Unfortunately, to take advantage of the growth of the CMOS image sensor market for near-infrared imaging faces a major problem: the imagers manufactured by the CMOS process are designed from silicon, which is certainly a very good candidate for visible absorption, but much less so for wavelengths above 800 nm. Indeed, if only a few hundred nanometers of silicon are enough to absorb light at 400 nm, it is necessary to count tens or even hundreds of micrometers for the wavelengths higher than 800 nm. To address this issue, foundries have begun to offer sensors with a deeper sensitive area, for example from 3 µm thickness optimized for the visible to 12 µm. If this process allows an improvement of the sensitivity, it deteriorates at the same time the spatial resolution of the imager induced by the increase of the crosstalk. Other solutions involving photon traps, in particular by texturing silicon, are recently investigated but require the addition of new manufacturing steps to the standard process. In this work , we have demonstrated, by opto-electrical si mulations, the design of a diffraction grating integrated from the layer of fabrication of the poly-silicon transistors gate, layer that is already present in the standard manufacturing of a CMOS image sensor. This grating has the dual function of increasing the effective propagation length in the silicon and of acting as an antireflection layer. This implementation of a grating in the image sensor with the addition of deep isolation trenches to confine the diffracted light inside the pixel, allowed a relative improvement of the external quantum efficiency of 35.5% at a wavelength of 850 nm as well as an improvement of the crosstalk of 6.9%. This architecture with an active thickness of 3 µm allows to obtain an improvement equivalent to that of an increase of the active layer by a factor of 3 without deteriorating the crosstalk that comes with this epitaxial enlargement. To go further, we studied the integration of this grating designed from the transistor gate layer to a CMOS image sensor with backside illumination. Thus, by using the grating not in transmission but in reflection, we have shown a significant improvement of the absorption in the near infrared over a wide spectral band (from 650 nm to 1100 nm). Indeed, the absorption of an image sensor with a mirror at the back face designed from a poly-silicon grating and the first aluminum metallization layer is more than twice the absorption of a standard image sensor at a wavelength of 850 nm

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Bancaud, Aurélien. "Technologies for genomic and epigenomic analysis: a new frontier for micro- and nano-fluidics." Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00997069.

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Les sciences de la vie et de la santé sont aujourd'hui au centre d'intérêts scientifiques et économiques. Les aspects économiques sont présidés par le développement de nouveaux outils de diagnostic fiables, reposant sur des mesures parallélisées d'interaction moléculaires au niveau de l'ADN ou des protéines. L'intérêt scientifique est très pluridisciplinaire, car les mécanismes de la vie impliquent des réactions physico-physiques multiples, que l'on aborde avec des technologies nouvelles et des approches de modélisation encore à développer. Dans ce panorama, les micro- et nano-technologies sont appelées à apporter de nouvelles solutions car elles permettent de manipuler des cellules ou des molécules avec une grande précision temporelle et spatiale. Elles sont en outre complémentaires avec les outils classiques de la biologie cellulaire et moléculaire, qui permettent des analyses sur des échantillons de grande dimension. Pourtant les exemples de succès scientifiques à l'interface des sciences de la vie et de la biologie restent plutôt rares. Dans ce manuscrit, nous faisons un tour d'horizon sur l'émergence de nouvelles technologies dédiées à l'analyse du génome. Nous présentons certaines de nos contributions, et proposons quelques pistes pour de futures recherches, principalement focalisées sur l'étude des mécanismes d'instabilité du génome réalisée dans des populations contenant seulement quelques cellules.

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Partouche, David. "Analyse de l’assemblage de peptides amyloïdes bactériens." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLX084/document.

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Hfq est une protéine bactérienne qui a un rôle pleiotropique. La principale fonction de la protéine Hfq bactérienne consiste à répondre aux stress que peut rencontrer la bactérie lors d’un changement environnemental, en utilisant essentiellement un contrôle post-transcriptionnel. La protéine, par sa capacité à interagir avec les ARN et notamment les petits ARN non codant, permet ainsi une régulation rapide de l’expression génétique. En outre la protéine interagit aussi avec l’ADN qu’elle aide à se structurer. Les mutations dans le gène qui code pour Hfq ont des effets pleïotropes (déterminant plusieurs caractères phénotypiques).D’un point de vue structural, la protéine adopte un repliement de type Sm, caractérisé par un oligomère toroïdal reposant sur la formation d’un feuillet β continu à 30 brins. Cependant, outre cette région Sm N-terminale, Hfq possède également une région C-terminale (CTR) de taille et de séquence variables selon les bactéries. Mon travail de thèse a porté sur l’analyse de cette région CTR chez la bactérie Escherichia coli. Cette région a en effet la capacité de former une structure de type amyloïde : structures auto-assemblées in vivo, à proximité de la membrane interne et dans le nucléoïde.Par l’utilisation de diverses techniques physico-chimiques (microscopie moléculaire, spectroscopie et microscopie infrarouge, dichroïsme circulaire et diffusion aux petits angles), mon travail a consisté à caractériser l’assemblage de cette région de Hfq ainsi que les facteurs l’influençant en particulier la présence d’acide nucléique. Une partie de mon travail de thèse a aussi consisté à mettre en place une méthode d’imagerie corrélative innovante permettant d’analyser la signature chimique et morphologique d’une fibre amyloïde unique. Mon travail a enfin porté sur l’analyse de l’effet de composés inhibant l’agrégation de la structure amyloïde, ce qui pourrait constituer une piste pour développer une nouvelle classe d’antibiotiques
Hfq is a pleiotropic bacterial protein that determines several phenotypic characteristics. Its main function is to facilitate responses to stresses that bacteria may encounter during environmental changes, mainly by using post-transcriptional genetic control. The protein, by its capacity to interact with RNA, in particular small non-coding RNA, enables a rapid regulation of gene expression. In addition, the protein also interacts with DNA and compacts it. From a structural point of view, the protein adopts an Sm-like fold, characterized by a toroidal oligomer formed by a continuous 30-stranded β-sheet. Besides its conserved N-terminal Sm domain, Hfq also possesses a C-terminal region (CTR) that can vary in size and sequence between bacteria. My PhD work focused on the analysis of this CTR region in Escherichia coli bacteria. Indeed, this region has the capacity to form an amyloid structure. This structural dynamic is related to the formation of self-assembled structures in vivo, in the proximity of the inner membrane and in the nucleoid.Using various physicochemical techniques (molecular microscopy, spectroscopy and infrared microscopy, circular dichroism and small angle X-ray scattering), my work consisted in characterizing the assembly of this region of Hfq, as well as the factors influencing its assembly (in particular, the presence of nucleic acids). A part of my work consisted in setting up an innovative correlative–imaging method to analyze the chemical and morphological signature of a single amyloid fibre. Finally, my work focused on the analysis of the effect of compounds that inhibit the aggregation of the amyloid structure, which could constitute a new way to develop a novel class of antibiotics

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Weber, Loriane. "Iterative tomographic X-Ray phase reconstruction." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSEI085/document.

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L’imagerie par contraste de phase suscite un intérêt croissant dans le domaine biomédical, puisqu’il offre un contraste amélioré par rapport à l’imagerie d’atténuation conventionnelle. En effet, le décalage en phase induit par les tissus mous, dans la gamme d’énergie utilisée en imagerie, est environ mille fois plus important que leur atténuation. Le contraste de phase peut être obtenu, entre autres, en laissant un faisceau de rayons X cohérent se propager librement après avoir traversé un échantillon. Dans ce cas, les signaux obtenus peuvent être modélisés par la diffraction de Fresnel. Le défi de l’imagerie de phase quantitative est de retrouver l’atténuation et l’information de phase de l’objet observé, à partir des motifs diffractés enregistrés à une ou plusieurs distances. Ces deux quantités d’atténuation et de phase, sont entremêlées de manière non-linéaire dans le signal acquis. Dans ces travaux, nous considérons les développements et les applications de la micro- et nanotomographie de phase. D’abord, nous nous sommes intéressés à la reconstruction quantitative de biomatériaux à partir d’une acquisition multi-distance. L’estimation de la phase a été effectuée via une approche mixte, basée sur la linéarisation du modèle de contraste. Elle a été suivie d’une étape de reconstruction tomographique. Nous avons automatisé le processus de reconstruction de phase, permettant ainsi l’analyse d’un grand nombre d’échantillons. Cette méthode a été utilisée pour étudier l’influence de différentes cellules osseuses sur la croissance de l’os. Ensuite, des échantillons d’os humains ont été observés en nanotomographie de phase. Nous avons montré le potentiel d’une telle technique sur l’observation et l’analyse du réseau lacuno-canaliculaire de l’os. Nous avons appliqué des outils existants pour caractériser de manière plus approfondie la minéralisation et les l’orientation des fibres de collagènes de certains échantillons. L’estimation de phase, est, néanmoins, un problème inverse mal posé. Il n’existe pas de méthode de reconstruction générale. Les méthodes existantes sont soit sensibles au bruit basse fréquence, soit exigent des conditions strictes sur l’objet observé. Ainsi, nous considérons le problème inverse joint, qui combine l’estimation de phase et la reconstruction tomographique en une seule étape. Nous avons proposé des algorithmes itératifs innovants qui couplent ces deux étapes dans une seule boucle régularisée. Nous avons considéré un modèle de contraste linéarisé, couplé à un algorithme algébrique de reconstruction tomographique. Ces algorithmes sont testés sur des données simulées
Phase contrast imaging has been of growing interest in the biomedical field, since it provides an enhanced contrast compared to attenuation-based imaging. Actually, the phase shift of the incoming X-ray beam induced by an object can be up to three orders of magnitude higher than its attenuation, particularly for soft tissues in the imaging energy range. Phase contrast can be, among others existing techniques, achieved by letting a coherent X-ray beam freely propagate after the sample. In this case, the obtained and recorded signals can be modeled as Fresnel diffraction patterns. The challenge of quantitative phase imaging is to retrieve, from these diffraction patterns, both the attenuation and the phase information of the imaged object, quantities that are non-linearly entangled in the recorded signal. In this work we consider developments and applications of X-ray phase micro and nano-CT. First, we investigated the reconstruction of seeded bone scaffolds using sed multiple distance phase acquisitions. Phase retrieval is here performed using the mixed approach, based on a linearization of the contrast model, and followed by filtered-back projection. We implemented an automatic version of the phase reconstruction process, to allow for the reconstruction of large sets of samples. The method was applied to bone scaffold data in order to study the influence of different bone cells cultures on bone formation. Then, human bone samples were imaged using phase nano-CT, and the potential of phase nano-imaging to analyze the morphology of the lacuno-canalicular network is shown. We applied existing tools to further characterize the mineralization and the collagen orientation of these samples. Phase retrieval, however, is an ill-posed inverse problem. A general reconstruction method does not exist. Existing methods are either sensitive to low frequency noise, or put stringent requirements on the imaged object. Therefore, we considered the joint inverse problem of combining both phase retrieval and tomographic reconstruction. We proposed an innovative algorithm for this problem, which combines phase retrieval and tomographic reconstruction into a single iterative regularized loop, where a linear phase contrast model is coupled with an algebraic tomographic reconstruction algorithm. This algorithm is applied to numerical simulated data

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Bernaud, Julien. "Propriétés physiques de capsides virales étudiées à l'échelle du virus unique par microscopie à force atomique : exemples du rétrovirus VIH-1 et du parvovirus AAV." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2015. http://www.theses.fr/2015ENSL1028/document.

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Les virus sont des parasites biologiques de taille nanométrique. Détournant la machinerie cellulaire de la cellule infectée, ils mettent en place une stratégie de réplication permettant la production de nouveaux virus. Un virus est constitué d’une capside protéique protégeant le génome viral, long polymère d’ADN ou ARN, et possède dans certains cas une enveloppe lipidique. Des travaux récents suggèrent que les propriétés physiques des virus sont importantes pour comprendre certaines étapes du cycle viral. Dans le but de relier le comportement biologique des virus à leurs propriétés physiques, nous avons utilisé une approche combinant l’imagerie AFM et des mesures mécaniques à l’échelle nanométrique, en lien avec la modélisation physique des capsides virales. Nous avons développé des outils d’analyse automatisée des images et courbes de forces obtenues pour quantifier les propriétés physiques de capsides virales et l’effet du microenvironnement. Nous avons étudié deux virus très différents : le rétrovirus VIH-1, responsable du SIDA et le vecteur AAV, utilisé en thérapie génique. Ce travail a permis la caractérisation des propriétés morphologiques et mécaniques de pseudo-particules virales et de cores du VIH-1, à l’échelle du virus unique et sur des populations de centaines de virus. En nous intéressant à l’effet de la nature de l’ARN encapsidé dans les particules virales in cellulo, nous avons montré un rôle structurant pour l’ARN viral du VIH-1 et en particulier son signal d’encapsidation psi. Enfin, nous avons initié l’étude de l’effet de la retro-transcription (conversion du génome viral ARN en ADN) au sein du core VIH-1 sur la stabilité de celui-ci. L’étude du parvovirus AAV existant sous forme de plusieurs variants naturels (sérotypes) nous a permis de comparer les propriétés physiques des capsides à l’équilibre thermodynamique et hors d’équilibre. En faisant varier le microenvironnement (température et pH), nous avons sondé son influence sur la stabilité des capsides AAV. Nous avons pu montrer en particulier que la capside AAV8 est plus rigide que AAV9 alors que sa stabilité thermique est réduite, en relation avec des propriétés biologiques différentes pour ces deux sérotypes. En outre, la rigidité des capsides AAV8 diminue dans un environnement acide imitant l’endosome tardif, et ceci se traduit par une plus grande stabilité thermique. Enfin, nous avons quantifié l’effet de la longueur et de la nature du génome sur la stabilité des capsides AAV
Viruses are nanometer size biological parasite, which highjack the cellular machinery of the infected cells to replicate and thereby produce new viruses. A virus consists of a protein capsid, protecting the viral genome, a long polymer of DNA or RNA, and in some cases is surrounded by a lipid envelope. Recent work suggests that the physical properties of viruses are important in order to understand the viral cycle. In order to link the biological behavior of the virus to their physical properties, we used an approach combining AFM imaging and mechanical measurements at the nanometer scale, in connection with the physical modeling of viral capsids. We have developed automated image and force curves analysis tools to quantify the physical properties of viral capsids and the effect of the microenvironment. We have focused on two very different viruses: the HIV-1 retrovirus, responsible for AIDS and the AAV vector used in gene therapy. This work has led to the characterization of the morphological and mechanical properties of virus-like particles and cores of HIV-1 at the single virus level and on populations of hundreds of viruses. Focusing on the effect of the nature of the RNA encapsidated inside the viral particles in cellulo, we have highlighted the structural control of the viral RNA, and more precisely the psi packaging signal, on both HIV-1 VLPs and cores. Finally, we have initiated the study of the effect of reverse transcription (conversion of viral genomic RNA into DNA) within the cores HIV-1 on its stability. The study of parvovirus AAV existing form of several natural variants (serotypes) allowed us to compare the capsid physical properties at thermodynamic equilibrium and out of equilibrium. By varying the microenvironment (temperature and pH), we probed its influence on the stability of the AAV capsid. We have shown in particular that the AAV8 virus is stiffer than AAV9 while thermal stability is reduced, in relation to different biological properties for these two serotypes. In addition, the rigidity of AAV8 capsids decreases in an acidic environment mimicking the late endosome transport, and this results in a higher thermal stability. Finally, we quantified the effect of the length and nature of the confined genome on the thermal stability of AAV capsids

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Ladj, Rachid. "Elaboration de nanoparticule composite à propriétés optiques non-linéaires pour applications biomédicales." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENA032.

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Des marqueurs biologiques exogènes à base de nanoparticules hybrides possédant des propriétés optiques non-linéaires ont été préparés en tant qu'agent de contraste pour l'imagerie de second harmonique et le diagnostic de cellules pathogènes. L'iodate de fer est l'un des matériaux proposés dans ce domaine en raison de ses bonnes propriétés de second harmonique et de sa faible toxicité. Des nanoparticules d'iodate de fer ont été synthétisées par microémulsion inverse et miniémulsion inverse. Un bon contrôle de taille et de morphologie des particules a été obtenu dans les deux cas. En vue d'applications biomédicales, l'encapsulation des particules a été réalisée in situ par polymérisation en miniémulsion inverse. Enfin, l'encapsulation de particules de niobate de potassium par un polymère biocompatible a été étudiée. L'intérêt de ces particules hybrides a été démontré par des études in vitro en imagerie de second harmonique
Exogenous biomarkers based on hybrid nanoparticles with nonlinear optical properties were prepared as a contrast agent for second harmonic imaging and diagnosis of pathogenic cells. Iron iodate is one of the selected materials for this specific field due to its good second harmonic properties and its low toxicity. Iron iodate nanoparticles were synthesized by inverse microemulsion and inverse miniemulsion. In both cases, a good control of size and morphology was achieved. For biomedical applications, nanoparticles encapsulation was carried out in situ by reverse miniemulsion polymerization. Finally, encapsulation of potassium niobate nanoparticles with a biocompatible polymer was conducted. Their interest was demonstrated in vitro by second harmonic imaging studies

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Ge, Xunyou. "Imagerie ultrarapide à l'échelle nanométrique par diffraction XUV cohérente." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00828058.

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Imager des objets non-périodiques à une échelle nanométrique et à une échelle femto seconde est un vrai challenge à notre époque. Les techniques d'imagerie " sans lentille " sont des moyens puissants pour répondre à ce besoin. En utilisant des sources ultrarapide (~fs) et cohérente (ex. laser à électron libre ou harmoniques d'ordres élevés), ces techniques nous permettent de reconstruire des objets à partir de leur figure de diffraction, remplaçant les optiques conventionnelles du système d'imagerie par un algorithme informatique. Dans ce travail de thèse, je présent des expériences d'imageries en utilisant un rayonnement extrême-UV (15~40 nm) produit par la génération d'harmoniques d'ordre élevé d'un laser infrarouge puissant. Ce manuscrit est constitué d'une introduction, un chapitre de background théorique, trois chapitres de travail de thèse et une conclusion générale avec perspectives. La première partie du travail de thèse porte sur les développements et caractérisations de la ligne de lumière avec l'objectif de générer maximum de photons harmoniques cohérents avec un front d'onde plat. La deuxième partie est consacrée aux expériences et analyses de trois techniques d'imageries " sans lentille " : Imagerie par diffraction cohérente (CDI), Holographie par la transformée de Fourier (FTH) et Holographie avec références étendues (HERALDO). Ces derniers nous permettent de reconstruire des objets avec une résolution spatiale de 78 nm dans le cas de CDI et de 112 nm dans le cas de HERALDO, tous les deux avec une résolution temporaire de 20 fs. La troisième partie est une première application physique de l'imagerie sur la ligne harmonique. Il s'agit des études statiques et dynamiques de nano-domaines magnétique avec une résolution spatiale sub-100 nm à l'échelle femto seconde. Perspective des techniques d'imagerie 3D et développement potentiel de la ligne d'harmoniques sont présentés à la fin.

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Vecchiola, Aymeric. "Développement d’une imagerie de résistance électrique locale par AFM à pointe conductrice en mode contact intermittent." Thesis, Paris 11, 2015. http://www.theses.fr/2015PA112058/document.

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Le microscope à force atomique (AFM) permet de caractériser avec une excellente résolution spatiale les surfaces d’échantillons de différentes natures et peut être mis en œuvre dans des milieux variés. Cette versatilité a favorisé le développement d’un grand nombre de techniques dérivées, destinées à investiguer diverses propriétés physiques locales. Le LGEP a ainsi réalisé un module, le Résiscope, capable de mesurer la résistance électrique locale à la surface d’un échantillon polarisé en continu, sur une gamme de 11 décades. Mise au point en mode contact, où la pointe exerce en permanence une force sur l’échantillon, cette technique fonctionne très bien sur des matériaux durs, mais trouve ses limites sur des échantillons mous ou fragiles puisque dans certaines conditions, la pointe peut altérer leur surface. Pour de tels échantillons, un mode contact intermittent, dans lequel la pointe vient à intervalles réguliers toucher très brièvement la surface, est plus approprié, mais complique la réalisation des mesures électriques. Le but de la thèse consistait à lever cette difficulté en modifiant le Résiscope pour pouvoir l’associer au « Pulsed Force Mode », mode intermittent où la pointe oscille à une fréquence de 100Hz à 2000Hz.Différentes évolutions matérielles et logicielles ont été apportées pour permettre le suivi temporel détaillé du signal de résistance électrique à chaque établissement/rupture de contact (indispensable pour passer en revue les phénomènes liés à l’intermittence), de même que pour pouvoir travailler à des vitesses de balayage acceptables. Pour l’imagerie, les meilleurs contrastes ont été obtenus grâce à une électronique de synchronisation et de traitement prenant en compte les valeurs de résistance électrique à des moments bien précis. Pour tester ce nouveau système, nous avons dans un premier temps comparé les courbes de résistance et de déflexion que nous obtenons par ce mode avec celles considérées classiquement dans le mode approche-retrait. Nous avons ensuite étudié l’influence des principaux paramètres (fréquence et amplitude d’oscillation, force d’appui, type de pointe, etc.) sur les mesures topographiques et électriques, en utilisant le HOPG comme matériau de référence. Ces essais ont notamment permis de mettre en évidence un retard quasi systématique du signal électrique par rapport au signal de déflexion (autre que le temps de mesure propre au Résiscope), dont nous n’avons pu élucider l’origine. Une fois ces connaissances acquises, nous avons étudié deux types d’échantillons organiques, l’un à caractère académique – des monocouches auto-assemblées d’alcanethiols (SAMs), l’autre à finalité plus applicative – des couches minces formées d’un réseau interpénétré de deux constituants (P3HT:PCBM) destinées aux cellules photovoltaïques. Dans les deux cas nous avons montré la pertinence de l’outil Résiscope en mode intermittent pour obtenir des informations qualitatives et quantitatives. Parallèlement à ces travaux sur matériaux fragiles, nous avons mené une étude annexe sur un phénomène de croissance de matière à caractère isolant constaté dans des conditions particulières sur différents matériaux durs, qui a été interprété comme la formation de polymère de friction sous l’effet des nano-glissements répétés associés à la déflexion du levier.Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d’une convention CIFRE avec la société Concept Scientifique Instruments, adossée au projet ANR « MELAMIN » (P2N 2011)
The atomic force microscope (AFM) allows to characterize with excellent spatial resolution samples of different types of surfaces and can be implemented in various environments. This versatility has encouraged the development of a large number of derivative technics, intended to investigate various local physical properties. The LGEP thus achieved a module, the Résiscope, capable of measuring the local electrical resistance on the surface of a sample polarized continuously, on a range of 11 decades. Developed in contact mode, where the tip continuously exerts a force on the sample, this technic works well on hard materials, but finds its limits on soft or fragile samples since under certain conditions, the tip can alter the surface. For such samples, an intermittent contact mode, in which the tip comes at regular intervals touch very briefly the surface, is more appropriate, but complicates the achievement of electrical measurements. The aim of this thesis was to overcome this difficulty by changing the Résiscope to be able to join the "Pulsed Force Mode", intermittent mode where the tip oscillates at a frequency of 100Hz to 2000Hz. Different hardware and software changes have been made to permit the detailed temporal monitoring of the electrical resistance signal to each make / break contact (necessary to review the phenomena related to intermittency), as well as to be able to work in acceptable scan speeds. For imaging, the best contrasts were obtained through an electronic timing and treatment taking into account the electrical resistance values at specific times.To test this new system, we have initially compared resistance and deflection curves we get by this mode with those considered classically in the force-distance curves mode. We then investigated the influence of main parameters (frequency and amplitude of oscillation, setpoint, coating of the tips, etc.) on the topographical and electrical measurements, using the HOPG as reference material. These tests resulted to highlight a nearly systematic delay of the electrical signal relative to the deflection signal (other than the Resiscope measure time), which we were not able to elucidate the origin. Once these knowledge acquired, we studied two types of organic samples, one in academic nature - Self-Assembled Monolayers of alkanethiols (SAMs), the other more applicative purpose – formed of thin layers of an interpenetrating network of two components (P3HT:PCBM) for photovoltaic cells. In both cases we have shown the relevance of the Resiscope tool in intermittent mode to obtain qualitative and quantitative information. In addition to these work on fragile materials, we conducted an annex study on a phenomenon of growth material of insulating nature found in special conditions on various hard materials, which has been interpreted as the friction polymer formation as a result of repeatedly nano-sliding associated with the deflection of the cantilever. These investigations were conducted under a CIFRE agreement with the Concept Scientific Instruments company, backed by the ANR MELAMIN» (P2N 2011) project

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Aliprandi, Alessandro. "Platinum complexes and their luminescent assemblies." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAF041/document.

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Cette thèse porte sur la synthèse et la caractérisation photophysique d'une série de composés neutres luminescents de platine (II) contenant un ligand tridentate dianionique chromophore N-donneur et un ligand auxiliaire monodentate. Les composés montrent un changement notable des propriétés de photoluminescence selon l'auto-assemblage en raison de la formation d'interactions intermoléculaires non covalentes faibles telles que metal-metal et π-π. Nous avons démontré comment les complexes de Pt (II) peuvent être auto-assemblés d'une manière contrôlée et précise en jouant sur les facteurs cinétiques et thermodynamiques, ainsi que la morphologie des différents ensembles étudiés. Ces approches ont conduit à des matériaux avec des propriétés améliorées et uniques tels que le mécano-chromisme, ainsi que l'absorption et l'émission de la lumière polarisée. Les composés étudiés et leurs assemblages sont utiles non seulement pour le développement de nouveaux matériaux fonctionnels supramoléculaires en équilibre et hors- équilibre, mais aussi pour des applications en bio-imagerie
This thesis focuses on the synthesis and the photophysical characterization of a series of luminescent neutral Pt(II) compounds containing a tridentate dianionic N-donor chromophoric ligand and a monodentate ancillary moiety. The compounds exhibited notable change of the photoluminescence properties upon self-assembly due to the establishment of weak non-covalent intermolecular interactions – metal-metal and π-π. We demonstrated how Pt(II) complexes can be self-assembled in a controlled and precise manner by playing with kinetic and thermodynamic factors and the morphology of the different assemblies investigated. Such approaches led to materials with enhanced and unique properties such as mechanochromism and polarized light absorption and emission. The investigated compounds and their assemblies were useful for the development of novel functional supramolecular materials in and out of the equilibrium as well as for bioimaging application

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Robin, Anne-Claire. "Nano-objets multiphotoniques : étude de systèmes modèles et conception de nano-outils pour le vivant." Rennes 1, 2009. http://www.theses.fr/2009REN1S105.

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Les techniques d’excitation multiphotonique connaissent aujourd’hui un engouement accru dû aux nombreux avantages qu’elles offrent pour de nombreuses applications, en termes de sélectivité, de localisation et de profondeur de pénétration notamment. C’est le cas des techniques de microscopie multiphotonique qui ouvrent la voie à une imagerie plus "douce" et plus performante. Ce travail décrit les stratégies mises en place pour l’élaboration de nano-outils biphotoniques répondant à des cahiers des charges divers selon la fonction recherchée et exploitant les avantages de l'excitation biphotonique pour des applications visant l'imagerie fonctionnelle dynamique du vivant, l'imagerie biomédicale et la thérapie. Plusieurs nano-outils ont été développés, un mime photoactif du NADPH destiné au contrôle spatio-temporel des protéines impliqués dans les processus bioréductifs ainsi que des nanosondes organiques fluorescentes éco et biocompatibles destinées à l’imagerie biologique et médicale
Multiphotonic excitation methods have attracted increased attention in relation to their convenient advantages regarding selectivity, 3‑D localisation and penetration depth. Non‑linear microscopies are one of the most promising techniques which allow a softer and higher‑performance biological imaging. Our work deals with the synthesis of new biphotonic nano-tools which can be modified in order to conform to special tasks depending on the desired function, taking advantages of biphotonic excitation for applications in dynamic and functional imaging of living, biomedical imaging and therapy. Several nano-tools have been developed, a photoactive analogous of NADPH for the control of protein implicated in bioreductive processes and organic and fluorescent nano-probes which are eco and biocompatible for use un biologic and medical imaging

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Ge, Xunyou. "Imagerie ultrarapide à l’échelle nanométrique par diffraction XUV cohérente." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112361/document.

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Imager des objets non-périodiques à une échelle nanométrique et à une échelle femto seconde est un vrai challenge à notre époque. Les techniques d’imagerie « sans lentille » sont des moyens puissants pour répondre à ce besoin. En utilisant des sources ultrarapide (~fs) et cohérente (ex. laser à électron libre ou harmoniques d’ordres élevés), ces techniques nous permettent de reconstruire des objets à partir de leur figure de diffraction, remplaçant les optiques conventionnelles du système d’imagerie par un algorithme informatique. Dans ce travail de thèse, je présent des expériences d’imageries en utilisant un rayonnement extrême-UV (15~40 nm) produit par la génération d’harmoniques d’ordre élevé d’un laser infrarouge puissant. Ce manuscrit est constitué d’une introduction, un chapitre de background théorique, trois chapitres de travail de thèse et une conclusion générale avec perspectives. La première partie du travail de thèse porte sur les développements et caractérisations de la ligne de lumière avec l’objectif de générer maximum de photons harmoniques cohérents avec un front d’onde plat. La deuxième partie est consacrée aux expériences et analyses de trois techniques d’imageries « sans lentille » : Imagerie par diffraction cohérente (CDI), Holographie par la transformée de Fourier (FTH) et Holographie avec références étendues (HERALDO). Ces derniers nous permettent de reconstruire des objets avec une résolution spatiale de 78 nm dans le cas de CDI et de 112 nm dans le cas de HERALDO, tous les deux avec une résolution temporaire de 20 fs. La troisième partie est une première application physique de l’imagerie sur la ligne harmonique. Il s’agit des études statiques et dynamiques de nano-domaines magnétique avec une résolution spatiale sub-100 nm à l’échelle femto seconde. Perspective des techniques d’imagerie 3D et développement potentiel de la ligne d’harmoniques sont présentés à la fin
Ultrafast imaging of isolated objects with nanometric spatial resolution is a great challenge in our time. The lensless imaging techniques have shown great potential to answer this challenge. In lensless imaging, one can reconstruct sample images from their diffraction patterns with computational algorithms, which replace the conventional lens systems. Using ultrafast and coherent light sources, such as free electron laser and high order harmonics, one can investigate dynamic phenomena at the femtosecond time scale. In this thesis work, I present the lenless imaging experiments using XUV radiation provided by a laser driven high order harmonic beamline. The manuscript is composed of an introduction, a chapter of theoretical background, three chapters of main research work and a general conclusion with perspectives. The first part of this work concerns the development of the harmonic beamline to optimize the illumination condition for lensless imaging. The second part concentrates on the imaging techniques: the Coherent Diffraction Imaging (CDI), the Fourier Transform Holography (FTH) and the Holography using extended references (HERALDO). The reconstructions have achieved 78 nm spatial resolution in case of CDI and 112 nm resolution in case of HERALDO, both in single-shot regime corresponding to a temporal resolution of 20 fs. The third part presents the first physical application on the harmonic beamline using the lensless imaging. Samples with magnetic nano-domains have been studied with sub-100 nm spatial resolution, which paves the way for ultrafast magnetic dynamic studies. At the end, single-shot 3D imaging and further beamline development have been discussed

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Avellan, Astrid. "Relation entre structure, réactivité et interactions cellulaires de nanotubes inorganiques : cas des imogolites." Thesis, Aix-Marseille, 2015. http://www.theses.fr/2015AIXM4371/document.

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Aujourd’hui, les difficultés pour établir des liens entre caractéristiques des nanomatériaux et réponses biologiques sont principalement issues du manque de contrôle de la synthèse des nanomatériaux, ne permettant pas de faire varier leurs paramètres physico-chimiques clés une à une.Pour identifier certains mécanismes gouvernant la toxicité des nanomatériaux nous avons utilisé un nanotube inorganique modèle dont la synthèse est bien contrôlée : les Ge-imogolites. Les effets de la longueur, du nombre de parois, de la cristallinité et de la composition chimique des Ge-imogolites ont été étudiés sur une bactérie des sols: Pseudomonas brassicacearum. Il a été identifié que la présence de sites réactifs (en bordure de tubes) induit une toxicité due à une interaction forte des nanotubes avec les cellules bactériennes, ainsi que la génération d’espèces réactives de l’oxygène. Ajouter des sites réactifs via la présence de défauts structuraux augmente la dégradation des tubes ainsi que la rétention d’éléments nutritifs essentiels, ce qui augmente leur toxicité. Enfin, l’ajout de fer dans leur structure transforme les Ge-imogolites en source de fer, qui sont dégradées et deviennent promoteurs de croissance. Dans tous ces cas, les interactions entre nanomatériaux et cellules ont été identifiées comme cruciales pour comprendre et prévenir les effets des nanomatériaux. Ce travail de thèse a également permis de mettre en avant la capacité de nouveaux outils pour le suivi de l’internalisation de nanomatériaux dans les organismes
Only a few studies of (eco)toxicology linked the physico-chemical properties of nanoparticles to the toxicity mechanisms or the stress they induce. Moreover, no clear conclusions can be drawn at present because of the variability of nanoparticles used in studies. The present study used the inorganic Ge-imogolite nanotubes as a model compound. The toxic effects of length, number of walls, structural defects, and chemical composition were assessed towards the soil bacteria Pseudomonas brassicacearum. Several mechanisms modulating the toxicity of Ge-imogolite were then identified. Indeed, reactive sites at the tube ends induce a slight toxicity via a strong cell interaction and the generation of reactive oxygen species. Creating vacant sites on the surface of Ge-imogolite (ant thus increasing the number of reactive sites), appears to cause a deficiency of nutrients in the culture media correlated with a higher degradation of the tubes, leading to a high bacterial growth decrease. Finally, structural iron incorporation into Ge-imogolite transforms them into an iron source, being degraded and becoming growth promoters. In this work, the new tools capacities for the study of nanomaterials/cells interaction have been studied

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Daniel, Jonathan. "Nano outils moléculaires biphotoniques pour le vivant." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0158/document.

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Depuis deux décennies, la modernisation des techniques d’imagerie de fluorescence a permis decomprendre et d’étudier de nombreux processus biologiques. Ce formidable essor a néanmoins étéralenti par les faibles performances des sondes fluorescentes disponibles pour ce type d’imagerie. Cemanque d’objets luminescents a motivé des recherches intenses dans le but d’optimiser les sondesmoléculaires fluorescentes déjà existantes afin de leur permettre d’être plus fluorescentes, mais aussiplus stables. En parallèle à ces optimisations, l’avancée des nanotechnologies à permis de développerde nouveaux outils pour l’imagerie biologique. Du fait de leurs propriétés optiques, de leur excellentephotostabilité, ainsi que la possibilité de fonctionnaliser leur surface, les nanoparticules semiconductrices(QDs) ont connu un succès phénoménal dans les domaines de l’imagerie. Au fur et àmesure de leur utilisation, de nombreuses questions partiellement élucidées sur la toxicité des QDs ontémergé. Dans le but de proposer une alternative aux QDs, de nombreux groupes de recherche onttravaillé sur la préparation de nanoparticules (ONPs) à base de molécules organiques, ce qui a mis finà l’hégémonie des QDs en imagerie biologique. Parmi ces ONPs, les nanoparticules fluorescentes àbase de molécules organiques (FONs) se sont imposées comme des candidats sérieux pour sonder levivant. Dans cette optique, nous développons de nouveaux chromophores qui, par un designmoléculaire adapté, peuvent former des FONs avec des brillances à un et deux photons comparables àcelle des QDs tout en étant biocompatibles
Since decades, bioimaging technics increased a lot, thus leading to a better understanding of biologicalprocesses. However, the fluorescence imaging was limited due to the low photostability and brightnessof available organic dyes. In order to improve the lack of photostability and brightness of thecommercially available dyes, lots of effort was done by organic chemists. In the mean time with theincoming of nanotechnologies, new tools such as the semi-conductors QDs raised as promisingluminescent probes for bioimaging. Due to their intrinsic properties, QDs are bright and photostablenano-objects, furthermore, the labeling of the surface of the QDs is of interest for targeting (such asthe detection of cancer cells). Despite their popularity, with time, issues about the clearance and thetoxicity of the QDs have been adressed and are still not fully solved. So the development of safer andbiocompatible tools for bioimaging emerged as evidence for scientists. In that context, the use ofnanoparticles made of organic materials gain in interest and particularly the fluorescent organicnanoparticles (FONs). We aimed to propose biocompatible and safer alternative to QDs, so wedeveloped new nanotools, based on the self aggregation of propeller-shaped fluorophores as FONs.Because of the specific design of the chromophores, these FONs have large one and two-photonbrightness combine with good photostability. These features made these FONs promising tools foreither one-photon and two-photon fluorescence imaging in cells and in vivo

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Ait, Sarkouh Rafik. "Synthèse de conjugués avec la toxine de Shiga pour des thérapies anticancéreuses ciblées et la détection de tumeurs par IRM." Thesis, Paris 5, 2012. http://www.theses.fr/2012PA05P641.

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Une des principales limites de la chimiothérapie du cancer est le manque de sélectivité des agents cytotoxiques vis-à-vis des cellules tumorales, entrainant de nombreux effets secondaires. L’intérêt de la vectorisation est d’administrer l’agent cytotoxique sélectivement aux cellules cancéreuses et ainsi d’éviter de faire subir l’action du médicament aux cellules saines. Cette thèse a pour but de synthétiser des prodrogues multivalentes qui utilisent la sous unité B de la toxine de Shiga (STxB) comme agent de vectorisation, ciblant préférentiellement les cellules cancéreuses Gb3-positives. Les deux agents cytotoxiques choisis, un dérivé de la camptothécine et de l’auristatine, ont été liés de façon covalente auvecteur via un espaceur bifonctionnel clivable par le glutathion. L’espaceur a également été remplacé par un répartiteur multivalent susceptible de délivrer une quantité plus importante d’agent cytotoxique à l’intérieur des cellules tumorales.Parallèlement à ce projet de vectorisation d’un agent thérapeutique, des sondes IRM capables de marquer in vivo les tumeurs possédant à leur surface le récepteur Gb3 ont été synthétisées. L’IRM a une très bonne définition spatiale, mais souffre d’un manque de sensibilité. Pour augmenter le contraste, nous avons utilisé une stratégie reposant sur lamultivalence des espaceurs liés à des molécules de DOTA-Gd, un agent de contraste classiquement utilisé en IRM. Ces dernières ont été fixées à STxB via un répartiteur multivalent (des nano-bâtonnets d’or). Le signal IRM est plus intense et donc plus facile à détecter. Enfin, nous avons développé une nouvelle méthode chimique basée sur la ligationoxime pour optimiser la création de conjugués entre STxB et des antigènes comme outils de vaccination. Le conjugué STxB-ovalbumine a permis une meilleure présentation de l’antigène par les cellules dendritiques, conduisant chez la souris à une induction efficace de lymphocytes T
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Basly, Brice. "Conception et caractérisation de nano-objets magnétiques pour l’imagerie par résonance magnétique (IRM)." Strasbourg, 2010. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2010/BASLY_Brice_2010.pdf.

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Les nanoparticules magnétiques d’oxyde de fer (NPs) fonctionnalisées sont des objets très étudiés pour le développement d’agents de contraste pour l’IRM. Cependant, il reste des challenges à lever comme: optimiser la fonctionnalisation des NPs sans altérer leurs propriétés magnétiques tout en assurant leur biocompatibilité et leur furtivité dans le corps humain ; empêcher la désorption des molécules greffées dans les conditions in-vivo ; avoir une taille moyenne des particules en suspension inférieure à 100 nm. Dans ce contexte nous proposons une approche originale qui consiste à greffer à la surface de NPs des molécules dendritiques (favorisant la stabilité des suspensions par interaction stérique et constituant une plateforme pour le greffage de molécules fonctionnelles) avec un agent de couplage phosphonate (permettant un ancrage direct et fort des molécules) pour concevoir des agents de contrastes performants et innovants. Ainsi, des NPs d'une taille moyenne de 10 nm ont été synthétisées par deux méthodes: la co-précipitation et la décomposition thermique. Trois dendrons ont été conçus sur la base d’un coeur aromatique possédant d’un côté l’agent de couplage phosphonate, de l’autre trois chaines biocompatibles oligoéthylène glycol portant des groupes fonctionnels tels COOH ou NH2. Les conditions de greffage ont été mises au point suivant le type de NPs et le type de dendrons. Les nombreuses caractérisations des NPs et de leurs suspensions montrent que les propriétés magnétiques et structurales des NPs sont préservées après l’étape de greffage. Les mesures de relaxivité, des tests in-vivo et des mesures IRM ont montré le grand potentiel de ces NPs dendronisées pour l’IRM
Functionalized iron oxide nanoparticles (NPs) have attracted an increasing interest as contrast agents for MRI. However, challenges remain to overcome: to optimize the functionalization of nanoparticles without affecting their magnetic properties while ensuring their biocompatibility and stealth in the human body, to prevent desorption of the grafted molecules under in vivo conditions, to ensure a small particle size distribution below 100 nm… In this context, we propose a novel strategy which involves the grafting, at the surface of NPs, of dendritic molecules (favoring the suspensions stability by steric hindrance and constituting a platform for the grafting of functional molecules) via a phosphonate coupling agent (allowing a direct grafting and a stronger binding) to develop innovative and competitive contrast agents. Thus, NPs with an average size of 10 nm were synthesized by two methods: co-precipitation and thermal decomposition. Three hydrophilic oligoethyleneglycol-based dendrons displaying a phosphonic acid at the focal point and three biocompatible chains (oligoethylene glycol) bearing functional groups such as COOH or NH2 were designed. The grafting conditions have been adapted according to the NPs and dendron natures. Numerous characterizations of the nanoparticles and their suspensions showed the preservation of the NPs magnetic and structural properties after the grafting step. Relaxivity measurements, in vivo tests and MRI measurements have shown the great potential of these dendronized nanoparticles for MRI

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Barszczak, Sardinha Anna Luiza. "Coherent imaging of nano-objects with ultra-short X-ray pulses." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX006/document.

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L'utilisation des rayons X est indispensable pour obtenir la résolution spatiale de la dizaine de nanomètres. La durée de ces flashs va de la dizaine de femtosecondes (1 fs =10-15 s) à la centaine d'attosecondes (1as=10-18 s). Durant ce laps de temps, les nano-objets n'ont pas le temps d'évoluer, assurant l'obtention d'une image précise. En excitant les nano-objets entre deux flashs de rayons X, il est alors possible de suivre sont évolution temporelle et ainsi de réaliser un « film » de son évolution suite à une excitation. Cette information est extrêmement importante car elle permettra d'identifier les états structuraux intermédiaires des nano-objets qui sont connus comme étant les plus importants pour comprendre leur pouvoir réactionnel.Ce genre d'études vient uniquement de débuter dans le monde en raison de l'apparition très récente des sources de rayons X suffisamment brèves et intenses pour réaliser ce genre d'images. La source de référence est un laser dit à « électrons libres » (LEL) dont il existe trois exemplaires au monde, en Allemagne, aux USA et au Japon. Le faible nombre d'exemplaires provient du coût extrêmement élevé de cette machine. Depuis plusieurs années, nous avons montré au LOA que les lasers pouvaient produire un rayonnement X femtoseconde et suffisamment intense pour réaliser des images de nano-objets avec des résolutions spatiales et temporelles équivalentes à celles obtenues sur LEL.La présente thèse a etait construite autour de trois phases : réalisation d'une source de rayons X polarisés circulairement, réalisation d'un nouveau système plus performant d'imagerie, et test sur des échantillons possédants des nano-structures dont la vitesse d'évolution après excitation est prévue aux environs de 100 fs. Ces études ont eu lieu ao LOA, LCLS, Laboratoire de Chimie-Physique, Matière et Rayonnement (LCPMR) et le CEA de Saclay et BESSY-II en Alemagne. Ils ont permis de acquérir une forte expertise en imagerie nanométrique basée sur la nouvelle technique que nous avons développé
The use of X-rays is fundamental to obtain a spatial resolution in the order of the dozen of nanometers. The duration of the flashes of radiation is placed between the dozen of femtoseconds (1 fs =10-15 s) to the hundreds of attoseconds (1as=10-18 s). During this time frame nano-objects are static in time, image wise it translates as a precise image. Exciting these nano-objects with flashes of X-ray beams it is possible to follow its temporal evolution and record a "movie" of the evolution due to excitation. This type of information is extremely important since it can allow the identification of intermediary structural states and therefore attaining a better understanding of their reactional power.This type of studies it is making its debut in the scientific community due to the recent development of ultra-fast and intense X-ray sources needed to perform this type of imaging. The referenced source is a free electron laser (FEL) and there are only tree of them in the world nowadays. One in Germany, one in the USA and one in Japan. The small amount of FELs is mainly due to its elevated costs. From some years the LOA has shown that lasers can also provide an X-ray beam in the femtosecond region and intense enough to produce images of nano-objects with equivalent temporal and spatial resolutions.This present thesis was built in tree phases: realization of an X-ray laser source, circularly polarized; realization of a new improved imaging system and testing of the nano-samples possessing nano-structures. These nano-structures have a velocity of evolution after excitation in the range of 100 fs. These studies have had place at LOA, LCLS, Laboratoire de Chimie-Physique, Matière et Rayonnement (LCPMR), the CEA de Saclay, BESSY-II in Germany. These cooperations have insured a specific training and expertise in the world of nanometric imaging based on the new technique developed during this work

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Spitz, Jean-Alexis. "Etude et Imagerie de la polymerisation de l'actine." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00176019.

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L'objet de l'étude présentée ici est le cytosquelette d'actine. Cet arrangement polymère dynamique est très impliqué à la fois dans la morphologie cellulaire mais aussi dans les phénomènes d'adhérence et de motilité cellulaires. La perturbation de cette dynamique et des fonctions qui lui sont associées est caractéristique de la transformation tumorale, ce qui fait de l'actine une cible pharmacologique anti-cancéreuse.
La thématique générale de ce manuscrit est l'étude et l'imagerie de la polymérisation de l'actine.
La première partie de ce manuscrit est consacrée au développement et à la validation théorique et expérimentale d'un test de mesure de la polymérisation in vitro de l'actine à partir d'extraits cellulaires. La polymérisation de l'actine est suivie grâce à l'augmentation de l'anisotropie de fluorescence d'un marqueur fluorescent, l'Alexa488, utilisé comme traceur dans les échantillons.
La deuxième partie présente le montage et la caractérisation d'un nouveau système d'imagerie de la durée de vie de fluorescence (FLIM) sous microscope par comptage monophotonique ainsi qu'un développement de cet instrument pour faire l'imagerie de l'anisotropie de fluorescence résolu dans le temps (trFAIM). Cet instrument, qui nous a déjà permis de faire l'imagerie de polymères d'actine, ouvre également des perspectives pour de nombreuses autres applications à la fois dans l'imagerie cellulaire (polymérisation de l'actine in vivo, calcium intracellulaire3, ...) mais également dans d'autres thématiques développées au PPSM (cristaux organiques fluorescents, nanolatex, ...).
Enfin, le troisième chapitre propose une technologie originale pour faire l'étude in vivo de la polymérisation de l'actine mettant en oeuvre une instrumentation de pointe issue de la physique appliquée des lasers. L'emploi d'un laser femtoseconde permet la nano-dissection, dans une cellule vivante, d'une fibre de stress d'actine dont on peut ensuite étudier le rétablissement.

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Hassan, Mostafa. "Ultrafast imaging of Bessel beam generated nano-plasmas within dielectrics." Electronic Thesis or Diss., Bourgogne Franche-Comté, 2022. http://indexation.univ-fcomte.fr/nuxeo/site/esupversions/9cc27edd-c3bb-4525-a1f5-e5e8f55c54c1.

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Les lasers femtoseconde ultra-intense sont largement utilisés pour le traitement des matériaux à l'échelle micro et nanométrique. Dans ce contexte, il est nécessaire de contrôler l'interaction laser-matière. Les faisceaux non diffractants, tels que les faisceaux de Bessel, offrent des avantages substantiels en ce qui concerne la stabilité de la propagation non linéaire dans les diélectriques. Ils ont permis la génération de nano-vides de rapport d'aspect extrêmement élevé. Cependant, les modèles conventionnels décrivant l'interaction Bessel-diélectrique ne parviennent pas à expliquer les observations expérimentales. Par conséquent, cette thèse vise à développer un ensemble de techniques pour retrouver les paramètres des plasmas générés par laser. La première partie développe une approche pour façonner la polarisation du faisceau de Bessel le long de sa propagation grâce à des lames demi-onde variant dans l'espace. La deuxième partie de ce travail est dédiée à l'imagerie de l'interaction entre le plasma généré par le début de l'impulsion et la majeure partie de l'impulsion. Nous avons confirmé une génération de nano-plasma avec une densité dépassant la densité critique, et un diamètre de typiquement 200 nm. La troisième partie de ce travail se concentre sur l'imagerie du plasma en utilisant une approche pompe-sonde. Ce nouveau concept est basé sur la mise en forme de la sonde comme un faisceau de Bessel d'ordre supérieur. Les paramètres du plasma sont extraits d'un ensemble de mesures de réflectivité en amplitude et en phase pour différents ordres et angles de l'impulsion de la sonde
Ultra-intense femtosecond lasers are widely used for nano and micro-material processing. Explaining the laser-matter interaction is needed to control the processing. In this context, non-diffracting beams, such as Bessel beams, provided substantial advantages regarding the stability of the non-linear propagation within dielectrics. They allowed the generation of extremely high aspect ratio nanovoids. However, conventional models describing Bessel-dielectric interaction fail to explain experimental observations. Therefore, this thesis aims to develop a set of techniques to retrieve the parameters of laser-generated plasmas. The first part develops an approach to shape the polarization of the Bessel beam along its propagation based on spatially-varying waveplates. The second part of this work is dedicated to the imaging of the interaction between the plasma generated by the onset of the pulse and the trailing part inside sapphire. We confirmed a generation of nano-plasma with a density exceeding the critical density, and a diameter of typically 200 nm. Then, the third part of this work focuses on imaging the plasma using a pump-probe approach. This new concept is based on shaping the probe as a higher-order Bessel beam. The plasma parameters are extracted from a set of measurements of reflectivity in amplitude and phase for different orders and angles of the probe pulse

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Hajj, Bassam. "Imagerie électro-optique Pockels aux échelles micro et nanométriques en physique et biophysique." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00562142.

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Le but de ce mémoire est de valider la microscopie électro-optique Pockels comme méthode de mesure et de cartographie de champ électrique aux échelles micro et nanométriques. Une première partie est dédiée à la description de l'instrumentation d'imagerie mise en jeu. Nous développons ensuite son application en physique et biophysique. Une étude de couches minces monocristallines de 2-methyl-4-nitroaniline (MNA) a permis de sonder localement la variation de champ électrique appliqué, mais aussi d'étudier l'orientation des axes optiques de ce cristal dans l'espace. A l'échelle sub-longueur d'onde nous avons pu isoler la modulation électro-optique de la diffusion de lumière associée à une nanoparticule isolée de KTiOPO4 (KTP) d'une taille de 150nm. La dépendance polaire du signal Pockels sur la polarisation lumineuse incidente a permis de prédire l'orientation de la maille cristalline du KTP dans l'espace. De telles sondes de champs électriques nanométriques peuvent avoir de nombreuses applications en nano-photonique. Dans le cas d'entité biologiques comme des neurones, la propagation de l'information est assurée par celle d'un champ électrique dans les membranes plasmiques. Dans une première étape, nous nous sommes intéressés à l'étude de bicouches artificielles dopées par un colorant non-linéaire, le DI-8-ANEPPS. Un signal électro-optique Pockels y a été mesuré pour la première fois. La caractérisation de l'insertion du colorant dans la membrane a été aussi discutée. La grande sensibilité à la mesure d'un champ électrique assurée par l'interféromètre permet d'envisager des possibilités d'applications dans des cellules vivantes. Des expériences menées sur des cellules de type PC12 ont montré l'existence d'un signal optique qui est associé à la distribution spatiale du champ électrique. L'ensemble de ces travaux montrent que la microscopie électro-optique s'avère constituer un outil important pour la physique et biophysique.

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L'Hôte, Gabriel. "Etude de la dynamique des dislocations de monocristaux de cuivre sous chargement cyclique : Emission acoustique et caractérisations microstructurales." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSEI125.

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Pendant la déformation plastique des matériaux cristallins, une plasticité douce, faite de nombreux mouvements de dislocations non corrélés peut coexister avec une plasticité plus sauvage, sous la forme de mouvements collaboratifs : les avalanches de dislocations. La coexistence des deux plasticités dépend de la mise en place d’une structure de dislocations, celle-ci étant supposée entraver la propagation des avalanches. On se propose d’étudier la corrélation entre les évolutions microstructurales et les arrangements de dislocations sous chargement cyclique, d'une part, et la nature de la dynamique collective des dislocations, d'autre part, pour le cas de monocristaux de cuivre purs. Différents essais de fatigue à amplitude de contrainte imposée sont effectués pour étudier l’influence (i) du chemin de chargement, (ii) le rapport de chargement et (iii) l’orientation cristallographique sur les phénomènes de plasticité. La technique d’émission acoustique (EA) est utilisée pour étudier les deux types de plasticité. L’EA continue peut-être associée à la plasticité douce, tandis que l'EA discrète, présentant des signaux plus énergétiques que ceux émis en continu sont associés à la plasticité sauvage. Les microstructures de dislocations sont étudiées à l’aide des techniques EBSD (Electron Backscattered Diffraction, pour mesurer la désorientation cristalline) et ECCI (Electron Channeling Contrast Imaging, pour imager les dislocations au MEB) à la fin de chaque palier de fatigue. Le couplage EA-ECCI donne de précieuses informations quant à la dynamique des dislocations. Le suivi par ECCI, lors d’un essai de fatigue à Rσ=0,1 montre qu’une structure de dislocation n’est stable que pour le niveau de contrainte qui la vue naître. L’émergence d'une structure de dislocations constituent un obstacle aux mouvements des avalanches. Toutefois, l’application d’une amplitude de contrainte plus importante permet un réarrangement de la structure, celui-ci se faisant en grande partie sous la forme d’avalanches de dislocations pouvant se déplacer sur de plus longues distances que le libre parcours moyen. Les petits mouvements de dislocations non corrélés sont confinés à l'intérieur des structures de dislocations, entre les arrangements denses de dislocations (cellules, murs, etc.). La plasticité douce est en conséquence de plus en plus restreinte à mesure que le libre parcours moyen diminue. Le rapport de chargement (Rσ=-1) a une grande influence sur la formation des structures de dislocations, avec l’émergence de structures veines, matrices, bandes de glissement persistant et cellules denses, mais aussi sur la dynamique des dislocations, avec une évolution progressive de la plasticité douce au cours des cycles et une réduction du nombre d’avalanches pendant le durcissement du matériau. Concernant l’influence de l’orientation cristallographique, un nombre plus important de systèmes de glissement activés permet de limiter la contribution des avalanches à la plasticité
During the plastic deformation of crystalline materials, a soft plasticity, made up of many uncorrelated dislocation movements, can coexist with a wilder plasticity, in the form of collaborative movements: dislocation avalanches. The coexistence of the two plasticities depends on the establishment of a dislocation structure, which is supposed to hinder the spread of avalanches. It is proposed to study the correlation between microstructural evolutions and dislocation arrangements under cyclic loading on the one hand, and the nature of the collective dynamics of dislocations on the other hand, in the case of pure copper single crystals. Various stress imposed fatigue tests are performed to study the influence of (i) the loading path, (ii) the loading ratio and (iii) the crystallographic orientation on the plasticity phenomena. The acoustic emission (EA) technique is used to study both types of plasticity. Continuous EA, which can be considered as background noise resulting from the cumulative effect of many sources, is associated with mild plasticity. Discrete EA, with more energetic signals than those emitted continuously, is associated with wild plasticity. Dislocation microstructures are studied using EBSD (Electron Backscattered Diffraction) and ECCI (Electron Channeling Contrast Imaging) techniques at the end of each fatigue level. The EA-ECCI coupling provides valuable information on the dynamics of dislocations. The monitoring by ECCI, during a fatigue test at Rσ=0.1 shows that a given dislocation structure is stable only for given level of stress. The emergence of a dislocation structure act as an obstacle to avalanche movement. However, the application of a larger stress amplitude allows the rearrangement of the structure, which is largely in the form of dislocation avalanches that can travel longer distances than the dislocation mean free path. Small uncorrelated dislocation movements are confined within the dislocation structures, between dense dislocation arrangements (cells, walls, etc.). Mild plasticity is therefore increasingly restricted as the mean free path decreases. The various tests carried out show that the loading path (at Rσ=0.1) has no influence on the dislocation structure formed, but that the dynamics of the dislocations adapt to the way the material is loaded. The loading ratio (Rσ=-1) has a major influence on the formation of dislocation structures, with the emergence of veins, matrices, persistent slip bands and dense cells, but also on the dynamics of dislocations, with a gradual evolution of mild plasticity during cycles and a reduction in the number of avalanches during the hardening of the material. Concerning the influence of crystallographic orientation, a larger number of activated slip systems limit the contribution of avalanches to plasticity

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Al-Kattan, Ahmed. "Développement de nano-systèmes hybrides à base d'apatites biomimétiques en vue d'applications biomédicales en cancérologie." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0042/document.

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Ce travail porte sur l’élaboration et la caractérisation physico-chimique de nanoparticules hybrides à base d’apatites phosphocalciques biomimétiques proches du minéral osseux, en vue d’applications dans le domaine du diagnostic de cancers voire de thérapeutique. Dans cette étude, une formulation colloïdale a été développée en milieu aqueux à partir de sels aisément manipulables et en présence d’un dérivé phospholipidique (2-aminoéthylphosphate, AEP) jouant le rôle d’agent dispersant et permettant de contrôler la taille moyenne des nanoparticules (dans la gamme 30-100 nm). L’effet de paramètres expérimentaux majeurs (pH, concentrations, température) a été déterminé. La complémentarité des données analytiques (analyses chimiques, spectroscopie FTIR, diffraction des rayons X, diffusion de la lumière, MET, mesures de potentiel zêta) nous a permis de proposer un modèle descriptif des nanoparticules colloïdales mettant en jeu la présence de complexes entre Ca2+ et AEP- en surface de nanocristaux d’apatite. La possibilité de conférer des propriétés de luminescence a été démontrée, par substitution d’ions Ca2+ par des ions europium Eu3+, et une durée de vie de luminescence de l’ordre de la milliseconde permet d’envisager l’étude de matériel biologique. Plus ponctuellement, l’adsorption additionnelle d’acide folique a été étudiée, avec pour objectif final le ciblage de cellules cancéreuses. Divers aspects liés à une potentielle utilisation dans le domaine biomédical ont également été abordés, tels que la purification de telles suspensions par dialyse, la possibilité d’une remise en suspension après lyophilisation, l’évaluation de leur cytotoxicité, l’étude de leur potentiel proinflammatoire par interaction avec des macrophages humains, et une étude préliminaire de l’internalisation de ces nanoparticules par des cellules cancéreuses. Ce travail a permis de développer une « preuve de concept » permettant d’envisager l’utilisation future de tels nano-systèmes colloïdaux dans le domaine biomédical, et en particulier en oncologie
This work deals with the synthesis and physico-chemical characterization of hybrid nanoparticles based on biomimetic calcium phosphate apatites close to bone mineral, in view of applications in the field of cancer diagnosis, or therapeutics. In this study, a colloidal formulation has been developed in aqueous medium, from easily-handled salts and in the presence of a phospholipid moiety (2-aminoethylphosphate, AEP) acting as dispersing agent and allowing the control of the mean nanoparticle size (in the range 30-100 nm). The effect of major experimental parameters (pH, concentrations, temperature) has been determined. Complementary analytical data (chemical analyses, FTIR spectroscopy, XRD, dynamic light scattering, TEM, zeta potential measurements) enabled us to propose a descriptive model for the colloidal nanoparticles, involving the presence of complexes between Ca2+ and AEP- on the surface of apatite nanocrystals. The possibility to confer luminescence properties was demonstrated by way of ionic substitutions of some Ca2+ ions by europium Eu3+ ions, allowed us to envision the study of biological material. The additional adsorption of folic acid was also addressed, with the final aim to target cancer cell. Other aspects linked to a potential future use of these nano-systems in the biomedical field were also examined, such as the purification of these suspensions by dialysis, the possibility to resuspend the nanoparticles after freeze-drying, the evaluation of their cytotoxicity, the study of the pro-inflammatory potential by following interactions with human macrophages, and a preliminary study of their internalization by cancer cells. This work enabled us to develop a « proof of concept » allowing one to envision the future use of such colloidal nano-systems in the biomedical field, and in particular in oncology

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Othman, Mohammad. "Développement de systèmes nano-particulaires à base de polymères associatifs et-ou d'agents de contraste amphiphiles pour l'imagerie médicale par résonance magnétique nucléaire." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA114828.

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Nous avons utilisé deux polymères hydrosolubles formant un système associatif, un polymère de cyclodextrine (pβ-CD) et du dextrane greffé avec des chainons lauryles (DM), afin de former spontanément dans l’eau des nanoparticules (NPs). Des agents de contraste à base de gadolinium, pour l’imagerie médicale ont été incorporés avec succès dans ces NPs. Pour cela, nous avons utilisé des nouveaux dérivés d’adamantane couplé aux chélates de Gd3+. L’adamantane permet en effet la formation de complexes d’ inclusion stables avec les CDs dans les NPs. Des augmentations très significatives de relaxivité ont été obtenues (48. 4 mM-1. S-1, 20 MHz et 37°C). Nous avons étudié le mécanisme de formation de ces assemblages supramoléculaires basés sur le concept "clef-serrure" par combinaison de différentes techniques complémentaires comme la calorimétrie par titration isotherme, la spectroscopie 1H-RMN, la microscopie électronique. Par ailleurs, une famille de nouveaux agents de contrastes amphiphiles à base de squalène a été synthétisée. Ces derniers ont permis d’obtenir de bonnes relaxivités (15-22 mM-1 s-1, 20 MHz et 37 °C). De manière remarquable, tous ces nouveaux matériaux ont conduit à la formation d’assemblages supra moléculaires (micelles ou structures liposomales). Ces produits ont des applications potentielles en tant qu’agents de contraste. De plus, ils peuvent être combinés avec d’autres analogues nucléosidiques squalénisés pour conduire à la formation de NPs composites, avec un fort potentiel en thèranostique
We have established that two neutral polymers, namely polymerised β-CD (pβ-CD) and dextran grafted with lauroyl side chains (MD), may completely associate in water, to form supramolecular nanoassemblies (NPs) of spherical shape. We have synthesized a new gadolinium complex functionalized with an adamantane group which has been efficiently entrapped into these NPs, leading to a high payload of 1. 8×105 units of Gd3+ complex per nanoparticle and a great relaxivity r1 enhancement of 48. 4 mM-1. S-1 at 20 MHz and 37°C. The cohesion of these nanostructures is based upon a “lock and key” mechanism in which the hydrophobic alkyl chains of MD and the adamantyl moieties of Gd3+ complex incorporate into the molecular cavities of (pβ-CD). We have investigated here the mechanism of the NPs formation, as well as the inclusion of Gd3+ derivative into mono-and poly β-CD by isothermal titration microcalorimetry (ITC) in conjunction with 1H-NMR and dynamic light scattering (DLS), electron microscopy. Moreover, it was possible to directly form novel supramolecular nanoassemblies using five newly synthesized CAs based on squalene. All these CAs were characterized, had high relaxivities (15-22 mM-1 s-1 at 20 MHz and 37°C) and formed micelles or liposome-like structures in water. Moreover, they could be combined with other squalenoylated nucleoside analogues to obtain composite nanoassemblies of interest in theranostics

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De, Ville Magalie. "Micro et nano structuration de matériaux : application aux laboratoires sur puce et à l’imagerie médicale." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10087/document.

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La conception et la fabrication « à façon » de dispositifs microfluidiques requiert très souvent l’utilisation de multiples équipements coûteux en temps et en argent (lithographie notamment). Par ailleurs, l’achat auprès de fournisseurs industriels ne permet pas toujours l’obtention de structures pleinement adaptées aux besoins de l’utilisateur final, notamment dans le contexte médical, où un niveau minimal de biocompatibilité est souhaitable. La première partie de notre étude porte donc sur le développement d’une technique de création personnalisée, rapide et à moindre frais de réseaux microfluidiques à section circulaire, en polydimethylsiloxane. Par suite, la thématique « Lab On Chip » est naturellement liée au développement de techniques de détection. L’imagerie médicale par agents de contraste est l’une de ces voies de détection. Les agents de contraste les plus utilisés sont les produits iodés, qui ne permettent pas toujours l’obtention d’un contraste optimal sur les clichés scanner. L’injection de ces produits peut engendrer de graves complications chez des patients potentiellement allergiques, d’autant plus qu’ils se dispersent dans la totalité de l’organisme. Ainsi le développement de nouveaux produits de contraste plus efficients, et qui pourraient permettre un ciblage biologique plus localisé est un challenge d’actualité. Dans ce but, la synthèse de particules d’or de formes et de tailles variées a été réalisée. Ces particules ont été analysées par imagerie micro-scanner pour petit animal, afin d’optimiser d’une part les protocoles sur équipement réel, et d’autre part vérifier les possibilités de discrimination des différents types d’échantillons, ainsi que le bénéfice engendré comparativement à des échantillons d’agents de contraste iodés
Conception and fabrication of microfluidic devices is frequently money and time consuming. Furthermore, sophisticated equipments and techniques are required (eg. lithography). Moreover, industrial manufacturers do not provide perfectly adapted devices. Their structures do not completely match with final needs of their users, especially in medicine context, where a minimal level of biocompatibility is desirable. The first part of this study is dedicated to the development of a customizable technique. This method will enable quick and low cost creation of microfluidic networks made of polydimethylsiloxane, with circular channel section. Then, this Lab-On-Chip thematic can be linked to the development of detection techniques. Medical imaging is one of those ways of detection. The most used contrast agents are the iodinated ones, but they do not always give a good enough contrast on the scanner images. Moreover, injection of those iodinated products can produce medical complications as a deadly allergy for some sensitive patients, as they disperse everywhere in the body. Thus, development of new and more efficient contrast agents, able to target more precisely specific zones in the human body is a challenge. To reach this aim, the synthesis of gold micro and nanoparticles with different sizes and shapes have been realised. These particles have been analyzed using a micro-scanner equipment. Those analyses have enabled on the one hand the protocols optimization onto real medical equipment, and on the other hand, they have permitted to verify the possibilities of discrimination of the samples between themselves and the benefit given by the gold particles onto the iodinated samples

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Adumeau, Laurent. "Développement de stratégies de biofonctionnalisation de surface de nano-objets pour des applications biologiques." Thesis, Bordeaux, 2015. http://www.theses.fr/2015BORD0425/document.

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Cette étude porte sur le développement de nanoparticules pour différentes applicationsbiologiques. Trois systèmes de nanoparticules ont été mis au point : des clusters de nanoparticulesmagnétiques pour l’extraction par magnétophorèse d’objets biologiques, des agents de contrastemultimodaux (IRM, fluorescence dans le proche infrarouge) pour le diagnostic de l’athérosclérose etdes nanoparticules de silice fluorescentes doublement marquées pour la détection de tumeurs in vivo.Au cours de cette étude, une stratégie de greffage de surface de silice par des macromolécules depoly(oxyde d’éthylène) (PEG) permettant d’atteindre de hautes densités de greffage. Cette PEGylationpermet, d’annuler les interactions non spécifiques dans le cadre de l’extraction magnétique rendantainsi ce système plus efficace, et de conférer aux nanoparticules des propriétés de furtivité vis-à-vis dusystème immunitaire dans le cadre du marquage de tumeurs. Le contrôle du nombre de biomoléculesgreffées régiosélectivement sur les nanoparticules (Annexine A5, ou fragments d’anticorps) ainsi quel’étude des interactions biomoléculaires par des techniques de biophysique (SPR, QCM-D) ont permisd’optimiser la propriété de reconnaissance des nano-objets pour leurs cible respective. Enfin, les nanoobjetsont été évalués dans le cadre de leur application
The aim of this study was the design of nanoparticles for three different biologicalapplications: magnetic nanoparticles cluster for magnetic extraction of biological materials,multimodal contrast agents (MRI and near infrared fluorescence imaging) for atherosclerosisdiagnosis, and fluorescent silica nanoparticles with two different dyes for in vitro and in vivo tumorlabeling. One part of the project dealt with the developement of a new grafting method ofpoly(ethylene oxide) macromolecules onto nanoparticle’s silica surfaces (PEGylation) in order toobtain a high grafting densities. The obtained results have shown that this PEGylation reduces the nonspecificprotein adsorption allowing a better extraction and sorting efficiency, and also permitsnanoparticles to escape the surveillance of the immune system for in vivo tumor labeling. Therefore,the biomolecular recognition of the nanoparticles has been optimized by controlling the number ofconjugated biomolecules and by studying this biomolecular recognition using biophysical methods(SPR, QCM-D). Finally, the different nano-objects were evaluated in the context of their respectiveapplication

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Girard, Gaétan. "Développement des méthodes de Ptychographie et diffraction cohérente des rayons X en géométrie de Bragg : application à l'étude de nano-structures." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY010.

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L’ingénierie des contraintes révolutionne actuellement le monde de la nanotechnologie, en ce qu’elle permet d’améliorer les performances de dispositifs tels que les structures semi-conductrices, en manipulant les propriétés physiques des matériaux à travers une déformation élastique. La nécessité de méthodes de caractérisation non-invasives, précise à l’échelle nanométrique et ultra-sensible aux déformations, s’en trouve donc accrue. Les nanostructures étudiées servent d’étalons pour le développement d’une méthodologie basée sur la diffraction de rayons X en condition de Bragg. Dans ce travail, la technique de Microscopie par balayage de diffraction X (SXDM) est d’abord détaillée et appliquée à des couches ultra minces de SiGe contraint sur isolant, démontrant être un puissant outil statistique pour évaluer la relaxation de la contrainte après gravure. Ensuite,le manuscrit décrit les techniques d’imagerie par diffraction de rayons X cohérents (CDI) en condition de Bragg, qui permets de reconstruire la densité électronique complexe 3D d’une cristal, et de Ptychographie, qui se base sur l’introduction d’une diversité par translation du faisceau sonde. L’objectif est de combiner ces deux techniques pour développer une technique de haute précision spatiale et ultra-sensible aux déformation, sur des objets pouvant être étendus. Par conséquent, la Ptychographie en condition de Bragg est introduite, ainsi que les algorithmes associés qui permettent de reconstruire à la fois l’échantillon et le faisceau probe, ce dernier étant essentiel pour obtenir des reconstructions concluantes. Il est démontré qu’une approche 2D par projection est suffisante et quantitative dans les cas limites auxquels la thèse se confronte: matériaux ultra-fin approximés par des couches 2D et matériaux ultra-deformés pour lesquels seuls les sous-volumes dans lesquels la déformation varie peu (isostrain) peuvent être reconstruits
Nanotechnologies rely on the introduction of strain engineering to enhance semiconductor devices performances. As a consequence, non-invasive characterization methods with high spatial resolution and strain sensitivity on low-amount-of-matter samples are required. This PhD work focuses on methodology of X-ray diffraction techniques performed in the Bragg geometry, which allows probing the structural properties of crystalline samples. Firstly, the Scanning X-ray Diffraction Microscopy technique, developed on a fast-timescale at the ESRF ID01 undulator beamline, is described through a thorough analysis of an experiment performed on ultra-thin strained SiGe-on-insulator patterns. Secondly, this manuscript focuses on two coherent diffraction imaging techniques, namely Bragg CDI, which yields complex density and strain map of nano-meso crystalline objects, and Ptychography, which use translational diversity to produce quantitative maps of complex transmission function of non-crystalline objects. The motivation developed in this PhD work is to combine these two techniques that both promote highly sensitive phase-contrast properties, in order to provide ultra-high resolution on complex/extended samples. Bragg Ptychography is thus introduced, along with algorithmic descriptions and considerations on the X-ray beam characterization, the latter being still a key component for successful reconstructions

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Bourdolle, Adrien. "Conception de sondes et nano-sondes à base de lanthanides émettant dans le proche infrarouge pour la microscopie biphotonique." Thesis, Lyon, École normale supérieure, 2011. http://www.theses.fr/2011ENSL0657.

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L’objectif de cette thèse est l’élaboration de sondes à base de lanthanide pour la microscopie optique biphotonique. Cette technique d’imagerie complémentaire à l’IRM et au scanner permet une analyse rapide et facile de tissus épais. Afin de permettre l’observation en profondeur, l’absorption et l’émission de la sonde doit se situer dans la zone de transparence biologique [700 – 1200 nm]. L’absorption à deux photons (ADP) est un phénomène d’optique linéaire de troisième ordre par lequel l’état excité est atteint par absorption simultanée de deux photons. De fait, l’excitation à énergie moitié se situe dans la zone de transparence biologique. Les sondes envisagées combineraient les propriétés optiques uniques des lanthanides, telles que des bandes d’émission très étroites allant du visible à l’infrarouge et des durées de vie de luminescence longues, et les avantages de l’ADP, permettant une excitation dans l’IR et une résolution tridimensionnelle. Dans ce contexte, cette thèse décrit l’élaboration de complexes d’europium et d’ytterbium à ligands macrocycliques stables en milieu aqueux et dont la luminescence peut être sensibilisée à deux photons. Ces complexes ont permis l’imagerie de la vascularisation de cerveaux de souris par microscopie biphotonique dans le proche infrarouge. La seconde approche consiste à encapsuler un complexe luminescent dans des nanoparticules desilice formées par la technique sol-gel (collaboration A. Ibanez, institut Néel, Grenoble) afin de protéger le complexe du milieu biologique. Enfin la dernière approche consiste à greffer des complexes de lanthanides à la surface d’une particule de silice par chimie organométallique de surface. Ces travaux ont conduit à la formation de nano-objet très brillants dans le rouge et le proche infrarouge, détectables à l’échelle de l’objet unique par microscopie à deux photons
Two Photon Scanning Laser Microscopy (TPSLM) has evolved as an emerging bio-imaging technique widely used in academic research and in medical diagnosis. This technique requires the design of bioprobes specially optimized for such purpose. A particular attention is actually devoted bio-probes featuring both two-photon absorption (TPA) and emission in the near infra-red (NIR) spectral range [700 – 1200 nm], also called biological window that is particularly promising for thick tissues imaging. In this context, europium complexes emitting in the red (615 nm) has been recently sensitized by two photon antenna effect and used for TPSLM in cells combining the advantages of lanthanide emission (sharp line and long lived) and those of TPA. Based on this preliminary results, this thesis describe the design of europium and ytterbium complexes which have an improved stability in water and good emission properties sensitized by TPA. Theses complexes allow the imaging of mice’s brain vascularisation in the NIR. An another approach to stabilize lanthanide complexes was also used by encapsulating theses fluorophores in silica nanoparticle (collaboration with A. Ibanez, Institut Néel, Grenoble). Then the last approach consists on the grafting of the chromophores on silica sphere using surface organometallic chemistry methods. The nanoparticles obtained by both way are really luminescent in the red or infrared and can be imaged as single nanoparticle by TPSLM

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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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Lee, Youseung. "Traitement quantique original des interactions inélastiques pour la modélisation atomistique du transport dans les nano-structures tri-dimensionnelles." Electronic Thesis or Diss., Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0345.

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Le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre (NEGF pour « Non-equilibrium Green’s function) a suscité au cours des dernières décennies un engouement fort pour étudier les propriétés du transport quantique des nanostructures et des nano-dispositifs dans lesquels les interactions inélastiques, comme la diffusion des électrons-phonons, jouent un rôle significatif. L'incorporation d'interactions inélastiques dans le cadre du NEGF s’effectue généralement dans l'approximation auto-cohérente de Born (SCBA pour « Self-consistent Born approximation) qui représente une approche itérative plus exigeante en ressources numériques. Nous proposons dans ce travail de thèse une méthode efficace alternative dite LOA pour (« Lowest Order Approximation. Son principal avantage est de réduire considérablement le temps de calcul et de décrire physiquement la diffusion électron-phonon. Cette approche devrait considérablement étendre l'accessibilité de l'utilisation de codes atomistiques de transport quantique pour étudier des systèmes 3D réalistes sans faire à des ressources numériques importantes
Non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism during recent decades has attracted numerous interests for studying quantum transport properties of nanostructures and nano-devices in which inelastic interactions like electron-phonon scattering have a significant impact. Incorporation of inelastic interactions in NEGF framework is usually performed within the self-consistent Born approximation (SCBA) which induces a numerically demanding iterative scheme. As an alternative technique, we propose an efficient method, the so-called Lowest Order Approximation (LOA) coupled with the Pade approximants. Its main advantage is to significantly reduce the computational time, and to describe the electron-phonon scattering physically. This approach should then considerably extend the accessibility of using atomistic quantum transport codes to study three-dimensional (3D) realistic systems without requiring numerous numerical resources

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Achour, Oussama. "Aide au ciblage du microenvironnement tumoral par le développement d’un nano-système de détection et de traitement des tumeurs avec inhibition ciblée de l’héparanase." Thesis, La Rochelle, 2014. http://www.theses.fr/2014LAROS012/document.

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Le microenvironnement des cellules tumorales présente plusieurs particularités comme l'hypoxie, l'acidification du milieu extracellulaire et l'hypersécrétion d'enzymes hydrolytiques. Ces hydrolases, comme la cathepsine D et l'héparanase, interviennent dans les étapes de la progression tumorale et notamment l'angiogenèse. Cette thèse s'intègre dans un projet dont la finalité est de concevoir un nano-objet moléculaire enzymo-sensible qui réagirait d'une manière spécifique aux enzymes hypersécrétées dans le microenvironnement tumoral pour assurer de façon simultanée, une fonction de détection et de ciblage des tumeurs. La première partie de nos travaux a été consacrée à la conception et à la validation d'un lien peptidique intégrable dans l'objet moléculaire, sensible aux formes de la cathepsine D actives du microenvironnement tumoral de cancers mammaires. Cet objectif a été réalisé suite à l'étude cinétique de l'hydrolyse de 5 peptides par la cathepsine D mature et la pro-cathepsine D dans les conditions de pH du microenvironnement tumoral. Nous avons également étudié l'effet de l'hypoxie et de l'acidification du milieu extracellulaire sur la sécrétion des formes actives de la cathepsine D par la lignée tumorale de cancer mammaire MCF-7. Dans une deuxième partie, nous avons travaillé sur l'élaboration d'héparines de bas poids moléculaire pouvant assurer la fonction thérapeutique de l'objet moléculaire grâce à leur activité anti-angiogénique. Nous avons mis au point une méthode innovante pour la dépolymérisation de l'héparine qui consiste en une hydrolyse radicalaire par le péroxyde d'hydrogène assistée par les ultrasons. Cette technique permet la production d'oligosaccharides d'héparines caractérisées par des poids moléculaires et des degrés de sulfatation contrôlés. En fonction des conditions de dépolymérisation par cette technique, les héparines de bas poids moléculaires produites peuvent être utilisées comme anticoagulant ou anti-angiogénique
Tumor microenvironment is characterized by several particularities such as hypoxia, extracellular media acidification and the hyper-secretion of hydrolytic enzymes. These hydrolases, such as cathepsin D and heparanase, are involved in many steps of tumor progression like angiogenesis. This thesis is a part of a project that aims to develop a "smart" molecular nano-object that specifically reacts to hyper-secreted enzymes in the tumor microenvironment for the simultaneous detection and targeting of tumor. The first part of our work concerned the design and the validation of a peptide that is sensitive to active forms of cathepsin D which is a protease, unregulated in many tumors microenvironment such as breast cancers. This objective has been achieved following the kinetic study of the hydrolysis of 5 peptides by mature cathepsin D and procathepsin D in the pH conditions of the tumor microenvironment. On the other hand, we studied the effect of hypoxia and the acidification of the extracellular medium on the secretion of active forms of cathepsin D by the breast cancer cell line MCF-7. In a second part, we worked on the development of low molecular weight heparins that may provide therapeutic function of the molecular object through their anti-angiogenic activity. We have developed an innovative method for the depolymerization of heparin that consists on a radical hydrogen peroxide hydrolysis assisted by ultrasound. This technique allows the production of heparins oligosaccharides characterized by controlled molecular weight and degree of sulfatation. Depending on the depolymerization conditions by this technique, the produced low molecular weight heparins can be used as an anticoagulant or anti-angiogenic

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Lee, Youseung. "Traitement quantique original des interactions inélastiques pour la modélisation atomistique du transport dans les nano-structures tri-dimensionnelles." Thesis, Aix-Marseille, 2017. http://www.theses.fr/2017AIXM0345.

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Le formalisme des fonctions de Green hors-équilibre (NEGF pour « Non-equilibrium Green’s function) a suscité au cours des dernières décennies un engouement fort pour étudier les propriétés du transport quantique des nanostructures et des nano-dispositifs dans lesquels les interactions inélastiques, comme la diffusion des électrons-phonons, jouent un rôle significatif. L'incorporation d'interactions inélastiques dans le cadre du NEGF s’effectue généralement dans l'approximation auto-cohérente de Born (SCBA pour « Self-consistent Born approximation) qui représente une approche itérative plus exigeante en ressources numériques. Nous proposons dans ce travail de thèse une méthode efficace alternative dite LOA pour (« Lowest Order Approximation. Son principal avantage est de réduire considérablement le temps de calcul et de décrire physiquement la diffusion électron-phonon. Cette approche devrait considérablement étendre l'accessibilité de l'utilisation de codes atomistiques de transport quantique pour étudier des systèmes 3D réalistes sans faire à des ressources numériques importantes
Non-equilibrium Green’s function (NEGF) formalism during recent decades has attracted numerous interests for studying quantum transport properties of nanostructures and nano-devices in which inelastic interactions like electron-phonon scattering have a significant impact. Incorporation of inelastic interactions in NEGF framework is usually performed within the self-consistent Born approximation (SCBA) which induces a numerically demanding iterative scheme. As an alternative technique, we propose an efficient method, the so-called Lowest Order Approximation (LOA) coupled with the Pade approximants. Its main advantage is to significantly reduce the computational time, and to describe the electron-phonon scattering physically. This approach should then considerably extend the accessibility of using atomistic quantum transport codes to study three-dimensional (3D) realistic systems without requiring numerous numerical resources

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Dayde, David. "Imagerie quantitative de bioluminescence appliquée à un modèle murin syngénique de lymphome exprimant le CD20 humain : analyses de l'influence du volume tumoral sur la réponse au traitement par un anticorps monoclonal, le rituximab, et de l'effet thérapeutique de neutrons et de nanoparticules chargées." Phd thesis, Université François Rabelais - Tours, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00369130.

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Ces dernières années, grâce aux progrès réalisés dans l'humanisation des anticorps monoclonaux recombinants (Acm-r), ceux-ci ont vu leur utilisation thérapeutique s'accroître, notamment dans le traitement du cancer. Parmi ces Acm-r, le rituximab (MabThera®, Rituxan®) est le premier à avoir obtenu une autorisation de mise sur le marché en Europe et aux Etats-Unis. Il s'agit d'un anticorps chimérique de type IgG1 kappa dirigé contre l'antigène de surface CD20 exprimé par plus de 95% des cellules lymphoïdes B. Le rituximab utilisé seul ou en association avec de la chimiothérapie a montré son efficacité dans le traitement des lymphomes de faible et de haute malignité. Néanmoins, lorsqu'il est utilisé en monothérapie, 30 à 50% des patients ne répondent pas au traitement. Plusieurs hypothèses ont été évoquées pour expliquer cette variabilité de réponse, parmi lesquelles l'importance de la masse tumorale, un faible niveau d'expression du CD20, la présence de formes solubles de CD20 ou encore de faibles concentrations sériques de rituximab. Ainsi, l'exposition au médicament et la masse tumorale pourraient être des facteurs de variabilité thérapeutique à prendre en compte pour optimiser individuellement le traitement des patients atteints de lymphome malin non hodgkinien.

L'objectif général de ce travail de thèse a été d'analyser les rôles respectifs du volume tumoral et des paramètres pharmacocinétiques dans la réponse au rituximab en utilisant des moyens d'imagerie adaptés aux modèles murins et à la cancérologie.

Dans une première partie de mise au point du modèle, nous avons utilisé une lignée lymphomateuse T (EL4) syngénique de souris C57Bl6J, transduite par le CD20 humain que nous avons transfectée avec le gène de la luciférase (EL4-huCD20-Luc). Nous avons ensuite défini les conditions expérimentales (nombre de cellules, voie d'administration, dose de luciférine de potassium, fond génétique, périodicité des examens) permettant de reproduire chez la souris le développement d'un lymphome agressif et disséminé à larges cellules B létal dans un délai de 30 à 40 jours après inoculation. Nous avons mis au point une méthode de quantification de l'intensité de bioluminescence des foyers tumoraux en prenant en compte le coefficient d'absorption de la lumière propre à la localisation anatomique de chaque tumeur lymphomateuse.

Dans une seconde partie nous avons étudié l'effet thérapeutique du rituximab sur ce lymphome. Une seule injection de rituximab à dose progressivement croissante (de 150 µg à 1000 µg) a été réalisée 13 jours après l'inoculation des cellules lymphomateuses (temps nécessaire au développement d'un lymphome quantifiable par imagerie de bioluminescence). La concentration de rituximab circulant a été évaluée par une méthode ELISA adaptée à l'analyse de faibles volumes de plasma et à un modèle murin. Dans ce modèle, nous avons montré qu'il existait une relation entre la dose administrée et la survie des souris, la totalité des souris étant survivantes à la dose de 1000 µg. C'est à 500 µg que nous avons retrouvé la plus grande variabilité de réponse au rituximab avec environ 23% de souris totalement guéries, 59% en réponse partielle et 18% avec une maladie en progression. Pour l'ensemble des souris recevant cette dose, nous avons déterminé précisément le volume tumoral au moment de l'injection du rituximab et évalué les concentrations de rituximab au décours du traitement. Nous avons ainsi montré qu'il existait une relation significative entre le volume tumoral au moment de l'injection et la réponse au rituximab ; les souris présentant les plus faibles volumes tumoraux ayant une meilleure réponse et une survie prolongée. L'analyse de l'évolution des concentrations de rituximab au cours du temps nous a permis de montrer une très grande variabilité d'exposition à l'anticorps semblable à l'observation faite chez l'homme. Nous avons modélisé les concentrations de rituximab et la progression des foyers tumoraux par la construction d'un modèle concentration/effet (PK-PD) nous ayant permis de démontrer l'existence d'une relation entre l'efficacité du rituximab et le volume tumoral avant traitement.

Enfin dans un troisième volet nous avons utilisé le modèle cellulaire EL4-huCD20-Luc afin d'évaluer in vitro l'usage de particules d'oxydes de gadolinium ou de particules d'oxydes de gadolinium et de bore. Nous avons montré les qualités d'agents de contraste de ces particules pour l'imagerie à résonance magnétique. Nous avons aussi analysé l'important effet rayonnant de ces particules lors d'une irradiation sous un faisceau de neutrons après une étape d'internalisation des particules au sein des cellules.

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