Formation et propriétés des cristaux colloïdaux issus de l’auto-assemblage de microsphères de polymère

Le besoin pour des biocapteurs à haute sensibilité mais simples à préparer et à utiliser est en constante augmentation, notamment dans le domaine biomédical. Les cristaux colloïdaux formés par des microsphères de polymère ont déjà prouvé leur fort potentiel en tant que biocapteurs grâce à l’association des propriétés des polymères et à la diffraction de la lumière visible de la structure périodique. Toutefois, une meilleure compréhension du comportement de ces structures est primordiale avant de pouvoir développer des capteurs efficaces et polyvalents. Ce travail propose d’étudier la formation et les propriétés des cristaux colloïdaux résultant de l’auto-assemblage de microsphères de polymère en milieu aqueux. Dans ce but, des particules avec différentes caractéristiques ont été synthétisées et caractérisées afin de corréler les propriétés des particules et le comportement de la structure cristalline. Dans un premier temps, des microsphères réticulées de polystyrène anioniques et cationiques ont été préparées par polymérisation en émulsion sans tensioactif. En variant la quantité de comonomère chargé, le chlorure de vinylbenzyltriméthylammonium ou le sulfonate styrène de sodium, des particules de différentes tailles, formes, polydispersités et charges surfaciques ont été obtenues. En effet, une augmentation de la quantité du comonomère ionique permet de stabiliser de façon électrostatique une plus grande surface et de diminuer ainsi la taille des particules. Cependant, au-dessus d’une certaine concentration, la polymérisation du comonomère en solution devient non négligeable, provoquant un élargissement de la distribution de taille. Quand la polydispersité est faible, ces microsphères chargées, même celles non parfaitement sphériques, peuvent s’auto-assembler et former des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible. Il semble que les répulsions électrostatiques créées par les charges surfaciques favorisent la formation de la structure périodique sur un grand domaine de concentrations et améliorent leur stabilité en présence de sel. Dans un deuxième temps, le besoin d’un constituant stimulable nous a orientés vers les structures cœur-écorce. Ces microsphères, synthétisées en deux étapes par polymérisation en émulsion sans tensioactif, sont formées d’un cœur de polystyrène et d’une écorce d’hydrogel. Différents hydrogels ont été utilisés afin d’obtenir des propriétés différentes : le poly(acide acrylique) pour sa sensibilité au pH, le poly(N-isopropylacrylamide) pour sa thermosensibilité, et, enfin, le copolymère poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) donnant une double sensibilité. Ces microsphères forment des cristaux colloïdaux diffractant la lumière visible à partir d’une certaine concentration critique et pour un large domaine de concentrations. D’après les changements observés dans les spectres de diffraction, les stimuli ont un impact sur la structure cristalline mais l’amplitude de cet effet varie avec la concentration. Ce comportement semble être le résultat des changements induits par la transition de phase volumique sur les interactions entre particules plutôt qu’une conséquence du changement de taille. Les interactions attractives de van der Waals et les répulsions stériques sont clairement affectées par la transition de phase volumique de l’écorce de poly(N-isopropylacrylamide). Dans le cas des microsphères sensibles au pH, les interactions électrostatiques sont aussi à considérer. L’effet de la concentration peut alors être mis en relation avec la portée de ces interactions. Finalement, dans l’objectif futur de développer des biocapteurs de glucose, les microsphères cœur-écorce ont été fonctionnalisées avec l’acide 3-aminophénylboronique afin de les rendre sensibles au glucose. Les effets de la fonctionnalisation et de la complexation avec le glucose sur les particules et leur empilement périodique ont été examinés. La structure cristalline est visiblement affectée par la présence de glucose, même si le mécanisme impliqué reste à élucider.

The effect of lesion size on cortical reorganization in the ipsi and contralesional hemispheres.

Bien que la plasticité ipsilesionnelle suite à un accident vasculo-cérébral (AVC) soit bien établie, la réorganisation du cortex contralésionnel et son effet sur la récupération fonctionnelle restent toujours non élucidés. Les études publiées présentent des points de vue contradictoires sur le rôle du cortex contralésionnel dans la récupération fonctionnelle. La taille de lésion pourrait être le facteur déterminant la réorganisation de ce dernier. Le but principal de cette étude fut donc d’évaluer l’effet des AVC de tailles différentes dans la région caudal forelimb area (CFA) du rat sur la réorganisation physiologique et la récupération comportementale de la main. Suite à une période de récupération spontanée pendant laquelle la performance motrice des deux membres antérieurs fut observée, les cartes motrices bilatérales du CFA et du rostral forelimb area (RFA) furent obtenues. Nous avons trouvé que le volume de lésion était en corrélation avec le niveau de récupération comportementale et l’étendue de la réorganisation des RFA bilatéraux. Aussi, les rats ayant de grandes lésions avaient des plus grandes représentations de la main dans le RFA de l’hémisphère ipsilésionnel et un déficit de fonctionnement plus persistant de la main parétique. Dans l’hémisphère contralésionnel nous avons trouvé que les rats avec des plus grandes représentations de la main dans le RFA avaient des lésions plus grandes et une récupération incomplète de la main parétique. Nos résultats confirment l’effet du volume de lésion sur la réorganisation du cortex contralésionnel et soulignent que le RFA est l’aire motrice la plus influencée dans le cortex contralésionnel.

Méthode de génération de colonnes pour les problèmes de conception de réseaux avec coûts d’ajout de capacité

Les problèmes de conception de réseaux ont reçu un intérêt particulier et ont été largement étudiés de par leurs nombreuses applications dans différents domaines, tels que les transports et les télécommunications. Nous nous intéressons dans ce mémoire au problème de conception de réseaux avec coûts d’ajout de capacité. Il s’agit d’installer un ensemble d’équipements sur un réseau en vue de satisfaire la demande, tout en respectant les contraintes de capacité, chaque arc pouvant admettre plusieurs équipements. L’objectif est de minimiser les coûts variables de transport des produits et les coûts fixes d’installation ou d’augmentation de capacité des équipements. La méthode que nous envisageons pour résoudre ce problème est basée sur les techniques utilisées en programmation linéaire en nombres entiers, notamment celles de génération de colonnes et de coupes. Ces méthodes sont introduites dans un algorithme général de branch-and-bound basé sur la relaxation linéaire. Nous avons testé notre méthode sur quatre groupes d’instances de tailles différentes, et nous l’avons comparée à CPLEX, qui constitue un des meilleurs solveurs permettant de résoudre des problèmes d’optimisation, ainsi qu’à une méthode existante dans la littérature combinant des méthodes exactes et heuristiques. Notre méthode a été plus performante que ces deux méthodes, notamment pour les instances de très grandes tailles.

L'algorithme de Branch and Price and Cut pour le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité

Le problème de conception de réseaux est un problème qui a été beaucoup étudié dans le domaine de la recherche opérationnelle pour ses caractéristiques, et ses applications dans des nombreux domaines tels que le transport, les communications, et la logistique. Nous nous intéressons en particulier dans ce mémoire à résoudre le problème de conception de réseaux avec coûts fixes et sans capacité, en satisfaisant les demandes de tous les produits tout en minimisant la somme des coûts de transport de ces produits et des coûts fixes de conception du réseau. Ce problème se modélise généralement sous la forme d’un programme linéaire en nombres entiers incluant des variables continues. Pour le résoudre, nous avons appliqué la méthode exacte de Branch-and-Bound basée sur une relaxation linéaire du problème avec un critère d’arrêt, tout en exploitant les méthodes de génération de colonnes et de génération de coupes. Nous avons testé la méthode de Branch-and-Price-and-Cut sur 156 instances divisées en cinq groupes de différentes tailles, et nous l’avons comparée à Cplex, l’un des meilleurs solveurs d’optimisation mathématique, ainsi qu’à la méthode de Branch-and- Cut. Notre méthode est compétitive et plus performante sur les instances de grande taille ayant un grand nombre de produits.

Régression logistique bayésienne : comparaison de densités a priori

La régression logistique est un modèle de régression linéaire généralisée (GLM) utilisé pour des variables à expliquer binaires. Le modèle cherche à estimer la probabilité de succès de cette variable par la linéarisation de variables explicatives. Lorsque l’objectif est d’estimer le plus précisément l’impact de différents incitatifs d’une campagne marketing (coefficients de la régression logistique), l’identification de la méthode d’estimation la plus précise est recherchée. Nous comparons, avec la méthode MCMC d’échantillonnage par tranche, différentes densités a priori spécifiées selon différents types de densités, paramètres de centralité et paramètres d’échelle. Ces comparaisons sont appliquées sur des échantillons de différentes tailles et générées par différentes probabilités de succès. L’estimateur du maximum de vraisemblance, la méthode de Gelman et celle de Genkin viennent compléter le comparatif. Nos résultats démontrent que trois méthodes d’estimations obtiennent des estimations qui sont globalement plus précises pour les coefficients de la régression logistique : la méthode MCMC d’échantillonnage par tranche avec une densité a priori normale centrée en 0 de variance 3,125, la méthode MCMC d’échantillonnage par tranche avec une densité Student à 3 degrés de liberté aussi centrée en 0 de variance 3,125 ainsi que la méthode de Gelman avec une densité Cauchy centrée en 0 de paramètre d’échelle 2,5.

Component based recognition of objects in an office environment

We present a component-based approach for recognizing objects under large pose changes. From a set of training images of a given object we extract a large number of components which are clustered based on the similarity of their image features and their locations within the object image. The cluster centers build an initial set of component templates from which we select a subset for the final recognizer. In experiments we evaluate different sizes and types of components and three standard techniques for component selection. The component classifiers are finally compared to global classifiers on a database of four objects.

Investigation of aspect ratio of hole drilling from micro to nanoscale via focused ion beam fine milling

Holes with different sizes from microscale to nanoscale were directly fabricated by focused ion beam (FIB) milling in this paper. Maximum aspect ratio of the fabricated holes can be 5:1 for the hole with large size with pure FIB milling, 10:1 for gas assistant etching, and 1:1 for the hole with size below 100 nm. A phenomenon of volume swell at the boundary of the hole was observed. The reason maybe due to the dose dependence of the effective sputter yield in low intensity Gaussian beam tail regions and redeposition. Different materials were used to investigate variation of the aspect ratio. The results show that for some special material, such as Ni-Be, the corresponding aspect ratio can reach 13.8:1 with Cl₂ assistant etching, but only 0.09:1 for Si(100) with single scan of the FIB.

Variación en la resistencia al flujo de los tubos endotraqueales pediátricos modificando su longitud

Introducción: Se conocen los beneficios del uso de los tubos endotraqueales con neumotaponador, aunque dicha práctica tiene un impacto sobre el trabajo respiratorio durante el acto anestésico sin embargo se propone estudiar las consecuencias físicas de la variación en la longitud de los tubos para compensar dicha perdida de flujo, con base en la ley de Hagen-Poiseuille. Metodología: Se realizó un estudio experimental in vitro, en el cual se realizaron mediciones repetidas de flujo, variando la longitud y diámetro de diferentes tubos endotraqueales pediátricos (desde calibre 3.5mm hasta 6.5mm), con longitudes de 20cm, 15 cm, 10 cm y manteniendo su longitud original. Se analizaron los datos con el fin de medir el impacto sobre el flujo. Resultados: A pesar que los resultados muestran diferencias estadísticamente significativas (p0,000), la variación en la longitud de los tubos endotraqueales pediátricos tiene mucho menor impacto sobre la variación en el flujo, que la modificación del diámetro. Discusión: Si bien la práctica de acortar la longitud de un tubo endotraqueal pediátrico puede ayudar a reducir el espacio muerto y la retención de CO2, el impacto que tiene sobre el flujo es poco. Cuando se trata de disminuir el trabajo respiratorio de un niño en ventilación espontánea durante el acto anestésico, se debe escoger de forma apropiada el calibre de tubo correspondiente para la edad.

The calibration and use of probe-test microphones

This paper examines the characteristics of the probe-tube microphone and its use in measuring sound pressure in the ear canal. Specifically the paper studies the free field and the coupler calibrations of several probe-tube microphones with tubes of different sizes and determines which characteristics of a probe tube are necessary for accurate measurements in both a free field and in a closed coupler.

Polymer − surfactant vesicular complexes in aqueous medium

The introduction of ionic single-tailed surfactants to aqueous solutions of EO18BO10 [EO = poly(ethylene oxide), BO = poly(1,2-butylene oxide), subscripts denote the number of repeating units] leads to the formation of vesicles, as probed by laser scanning confocal microscopy. Dynamic light scattering showed that the dimensions of these aggregates at early stages of development do not depend on the sign of the surfactant head group charge. Small-angle X-ray scattering (SAXS) analysis indicated the coexistence of smaller micelles of different sizes and varying polymer content in solution. In strong contrast to the dramatic increase of size of dispersed particles induced by surfactants in dilute solution, the d-spacing of corresponding mesophases reduces monotonically upon increasing surfactant loading. This effect points to the suppression of vesicles as a consequence of increasing ionic strength in concentrated solutions. Maximum enhancements of storage modulus and thermal stability of hybrid gels take place at different compositions, indicating a delicate balance between the number and size of polymer-poor aggregates (population increases with surfactant loading) and the number and size of polymer−surfactant complexes (number and size decrease in high surfactant concentrations).

A simple relationship between volcanic sulfate aerosol optical depth and surface temperature change simulated in an atmosphere-ocean general circulation model.

In this study we quantify the relationship between the aerosol optical depth increase from a volcanic eruption and the severity of the subsequent surface temperature decrease. This investigation is made by simulating 10 different sizes of eruption in a global circulation model (GCM) by changing stratospheric sulfate aerosol optical depth at each time step. The sizes of the simulated eruptions range from Pinatubo‐sized up to the magnitude of supervolcanic eruptions around 100 times the size of Pinatubo. From these simulations we find that there is a smooth monotonic relationship between the global mean maximum aerosol optical depth anomaly and the global mean temperature anomaly and we derive a simple mathematical expression which fits this relationship well. We also construct similar relationships between global mean aerosol optical depth and the temperature anomaly at every individual model grid box to produce global maps of best‐fit coefficients and fit residuals. These maps are used with caution to find the eruption size at which a local temperature anomaly is clearly distinct from the local natural variability and to approximate the temperature anomalies which the model may simulate following a Tambora‐sized eruption. To our knowledge, this is the first study which quantifies the relationship between aerosol optical depth and resulting temperature anomalies in a simple way, using the wealth of data that is available from GCM simulations.

What limits insect fecundity? Body size- and temperature-dependent egg maturation and oviposition in a butterfly

1. Large female insects usually have high potential fecundity. Therefore selection should favour an increase in body size given that these females get opportunities to realize their potential advantage by maturing and laying more eggs. However, ectotherm physiology is strongly temperature-dependent, and activities are carried out sufficiently only within certain temperature ranges. Thus it remains unclear if the fecundity advantage of a large size is fully realized in natural environments, where thermal conditions are limiting. 2. Insect fecundity might be limited by temperature at two levels; first eggs need to mature, and then the female needs time for strategic ovipositing of the egg. Since a female cannot foresee the number of oviposition opportunities that she will encounter on a given day, the optimal rate of egg maturation will be governed by trade-offs associated with egg- and time-limited oviposition. As females of different sizes will have different amounts of body reserves, size-dependent allocation trade-offs between the mother’s condition and her egg production might be expected. 3. In the temperate butterfly Pararge aegeria , the time and temperature dependence of oviposition and egg maturation, and the interrelatedness of these two processes were investigated in a series of laboratory experiments, allowing a decoupling of the time budgets for the respective processes. 4. The results show that realized fecundity of this species can be limited by both the temperature dependence of egg maturation and oviposition under certain thermal regimes. Furthermore, rates of oviposition and egg maturation seemed to have regulatory effects upon each other. Early reproductive output was correlated with short life span, indicating a cost of reproduction. Finally, large females matured more eggs than small females when deprived of oviposition opportunities. Thus, the optimal allocation of resources to egg production seems dependent on female size. 5. This study highlights the complexity of processes underlying rates of egg maturation and oviposition in ectotherms under natural conditions. We further discuss the importance of temperature variation for egg- vs. time-limited fecundity and the consequences for the evolution of female body size in insects.

Problems with binary pattern measures for flood model evaluation

As the calibration and evaluation of flood inundation models are a prerequisite for their successful application, there is a clear need to ensure that the performance measures that quantify how well models match the available observations are fit for purpose. This paper evaluates the binary pattern performance measures that are frequently used to compare flood inundation models with observations of flood extent. This evaluation considers whether these measures are able to calibrate and evaluate model predictions in a credible and consistent way, i.e. identifying the underlying model behaviour for a number of different purposes such as comparing models of floods of different magnitudes or on different catchments. Through theoretical examples, it is shown that the binary pattern measures are not consistent for floods of different sizes, such that for the same vertical error in water level, a model of a flood of large magnitude appears to perform better than a model of a smaller magnitude flood. Further, the commonly used Critical Success Index (usually referred to as F<2 >) is biased in favour of overprediction of the flood extent, and is also biased towards correctly predicting areas of the domain with smaller topographic gradients. Consequently, it is recommended that future studies consider carefully the implications of reporting conclusions using these performance measures. Additionally, future research should consider whether a more robust and consistent analysis could be achieved by using elevation comparison methods instead.

Do turning biases by the 7-spot ladybird, Coccinella septempunctata, increase their foraging efficiency?

The hypothesis that foraging male and female Coccinella septempunctata L. would exhibit a turning bias when walking along a branched linear wire in a Y-maze was tested. Individuals were placed repeatedly in the maze. Approximately 45% of all individuals tested displayed significant turning biases, with a similar number of individuals biased to the left and right. In the maze right-handed individuals turned right at 84.4% of turns and the left-handed individuals turned left at 80.2% of turns. A model of the searching efficiency of C. septempunctata in dichotomous branched environments showed that model coccinellids with greater turning biases discovered a higher proportion of the plant for a given number of searches than those with no bias. A modification of the model to investigate foraging efficiency, by calculating the mean time taken by individuals to find randomly distributed aphid patches, suggested that on four different sizes of plants, with a variety of aphid patch densities, implementing a turning bias was a significantly more efficient foraging strategy than no bias. In general the benefits to foraging of implementing a turning bias increased with the degree of the bias. It may be beneficial for individuals in highly complex branched environments to have a turning bias slightly lower than 100% in order to benefit from increased foraging efficiency without walking in circles. Foraging bias benefits increased with increasing plant size and decreasing aphid density. In comparisons of two different plant morphologies, one with a straight stem and side branches and one with a symmetrically branched morphology, there were few significant differences in the effects of turning biases on foraging efficiency between morphologies

Start-up rheometry of highly polydisperse magnetorheological fluids: experiments and simulations

An extensive experimental and simulation study is carried out in conventional magnetorheological fluids formulated by dispersion of mixtures of carbonyl iron particles having different sizes in Newtonian carriers. Apparent yield stress data are reported for a wide range of polydispersity indexes (PDI) from PDI = 1.63 to PDI = 3.31, which for a log-normal distribution corresponds to the standard deviation ranging from to . These results demonstrate that the effect of polydispersity is negligible in this range in spite of exhibiting very different microstructures. Experimental data in the magnetic saturation regime are in quantitative good agreement with particle-level simulations under the assumption of dipolar magnetostatic forces. The insensitivity of the yield stresses to the polydispersity can be understood from the interplay between the particle cluster size distribution and the packing density of particles inside the clusters.