On-chip switching of a silicon nitride micro-ring resonator based on digital microfluidics platform.

We demonstrate the switching of a silicon nitride micro ring resonator (MRR) by using digital microfluidics (DMF). Our platform allows driving micro-droplets on-chip, providing control over the effective refractive index at the vicinity of the resonator and thus facilitating the manipulation of the transmission spectrum of the MRR. The device is fabricated using a process that is compatible with high-throughput silicon fabrication techniques with buried highly doped silicon electrodes. This platform can be extended towards controlling arrays of micro optical devices using minute amounts of liquid droplets. Such an integration of DMF and optical resonators on chip can be used in variety of applications, ranging from biosensing and kinetics to tunable filtering on chip.

Manipulation of magnetic anisotropy in nanostructures

Of late, the magnetic properties of micro/nano-structures have attracted intense research interest both fundamentally and technologically particularly to address the question that how the manipulation in the different layers of nanostructures, geometry of a patterned structure can affect the overall magnetic properties, while generating novel applications such as in magnetic sensors, storage devices, integrated inductive components and spintronic devices. Depending on the applications, materials with high, medium or low magnetic anisotropy and their possible manipulation are required. The most dramatic manifestation in this respect is the chance to manipulate the magnetic anisotropy over the intrinsic preferential direction of the magnetization, which can open up more functionality particularly for device applications. Types of magnetic anisotropies of different nanostructured materials and their manipulation techniques are investigated in this work. Detail experimental methods for the quantitative determination of magnetic anisotropy in nanomodulated Ni45Fe55 thin film are studied. Magnetic field induced in-plane rotations within the nanomodulated Ni45Fe55 continuous films revealed various rotational symmetries of magnetic anisotropy due to dipolar interactions showing a crossover from lower to higher fold of symmetry as a function of modulation geometry. In a second approach, the control of exchange anisotropy at ferromagnetic (FM) – aniferomagnetic (AFM) interface in multifferoic nanocomposite materials, where two different phase/types of materials were simultaneously synthesized, was investigated. The third part of this work was to study the electroplated thin films of metal alloy nanocomposite for enhanced exchange anisotropy. In this work a unique observation of an anti-clock wise as well as a clock wise hysteresis loop formation in the Ni,Fe solid solution with very low coercivity and large positive exchange anisotropy/exchange bias have been investigated. Hence, controllable positive and negative exchange anisotropy has been observed for the first time which has high potential applications such as in MRAM devices.

Improvements in Fermentative Hydrogen Production through Physiological Manipulation and Metabolic Engineering

La production biologique d'hydrogène (H2) représente une technologie possible pour la production à grande échelle durable de H2 nécessaire pour l'économie future de l'hydrogène. Cependant, l'obstacle majeur à l'élaboration d'un processus pratique a été la faiblesse des rendements qui sont obtenus, généralement autour de 25%, bien en sous des rendements pouvant être atteints pour la production de biocarburants à partir d'autres processus. L'objectif de cette thèse était de tenter d'améliorer la production d'H2 par la manipulation physiologique et le génie métabolique. Une hypothèse qui a été étudiée était que la production d'H2 pourrait être améliorée et rendue plus économique en utilisant un procédé de fermentation microaérobie sombre car cela pourrait fournir la puissance supplémentaire nécessaire pour une conversion plus complète du substrat et donc une production plus grande d'H2 sans l'aide de l'énergie lumineuse. Les concentrations optimales d’O2 pour la production de H2 microaérobie ont été examinées ainsi que l'impact des sources de carbone et d'azote sur le processus. La recherche présentée ici a démontré la capacité de Rhodobacter capsulatus JP91 hup- (un mutant déficient d’absorption-hydrogénase) de produire de l'H2 sous condition microaérobie sombre avec une limitation dans des quantités d’O2 et d'azote fixé. D'autres travaux devraient être entrepris pour augmenter les rendements d'H2 en utilisant cette technologie. De plus, un processus de photofermentation a été créé pour améliorer le rendement d’H2 à partir du glucose à l'aide de R. capsulatus JP91 hup- soit en mode non renouvelé (batch) et / ou en conditions de culture en continu. Certains défis techniques ont été surmontés en mettant en place des conditions adéquates de fonctionnement pour un rendement accru d'H2. Un rendement maximal de 3,3 mols de H2/ mol de glucose a été trouvé pour les cultures en batch tandis que pour les cultures en continu, il était de 10,3 mols H2/ mol de glucose, beaucoup plus élevé que celui rapporté antérieurement et proche de la valeur maximale théorique de 12 mols H2/ mol de glucose. Dans les cultures en batch l'efficacité maximale de conversion d’énergie lumineuse était de 0,7% alors qu'elle était de 1,34% dans les cultures en continu avec un rendement de conversion maximum de la valeur de chauffage du glucose de 91,14%. Diverses autres approches pour l'augmentation des rendements des processus de photofermentation sont proposées. Les résultats globaux indiquent qu'un processus photofermentatif efficace de production d'H2 à partir du glucose en une seule étape avec des cultures en continu dans des photobioréacteurs pourrait être développé ce qui serait un processus beaucoup plus prometteur que les processus en deux étapes ou avec les co-cultures étudiés antérieurément. En outre, l'expression hétérologue d’hydrogenase a été utilisée comme une stratégie d'ingénierie métabolique afin d'améliorer la production d'H2 par fermentation. La capacité d'exprimer une hydrogénase d'une espèce avec des gènes de maturation d'une autre espèce a été examinée. Une stratégie a démontré que la protéine HydA orpheline de R. rubrum est fonctionnelle et active lorsque co-exprimée chez Escherichia coli avec HydE, HydF et HydG provenant d'organisme différent. La co-expression des gènes [FeFe]-hydrogénase structurels et de maturation dans des micro-organismes qui n'ont pas une [FeFe]-hydrogénase indigène peut entraîner le succès dans l'assemblage et la biosynthèse d'hydrogénase active. Toutefois, d'autres facteurs peuvent être nécessaires pour obtenir des rendements considérablement augmentés en protéines ainsi que l'activité spécifique des hydrogénases recombinantes. Une autre stratégie a consisté à surexprimer une [FeFe]-hydrogénase très active dans une souche hôte de E. coli. L'expression d'une hydrogénase qui peut interagir directement avec le NADPH est souhaitable car cela, plutôt que de la ferrédoxine réduite, est naturellement produit par le métabolisme. Toutefois, la maturation de ce type d'hydrogénase chez E. coli n'a pas été rapportée auparavant. L'opéron hnd (hndA, B, C, D) de Desulfovibrio fructosovorans code pour une [FeFe]-hydrogénase NADP-dépendante, a été exprimé dans différentes souches d’E. coli avec les gènes de maturation hydE, hydF et hydG de Clostridium acetobutylicum. L'activité de l'hydrogénase a été détectée in vitro, donc une NADP-dépendante [FeFe]-hydrogénase multimérique active a été exprimée avec succès chez E. coli pour la première fois. Les recherches futures pourraient conduire à l'expression de cette enzyme chez les souches de E. coli qui produisent plus de NADPH, ouvrant la voie à une augmentation des rendements d'hydrogène via la voie des pentoses phosphates.

An X-ray micro-tomography system optimised for the low-dose study of living organisms

An X-ray micro-tomography system has been designed that is dedicated to the low-dose imaging of radiation sensitive living organisms and has been used to image the early development of the first few days of plant development immediately after germination. The system is based on third-generation X-ray micro-tomography system and consists of an X-ray tube, two-dimensional X-ray detector and a mechanical sample manipulation stage. The X-ray source is a 50 kVp X-ray tube with a silver target with a filter to centre the X-ray spectrum on 22 keV.A 100 mm diameter X-ray image intensifier (XRII) is used to collect the two-dimensional projection images. The rotation tomography table incorporates a linear translation mechanism to eliminate ring artefact that is commonly associated with third-generation tomography systems' Developing maize seeds (Triticum aestivum) have been imaged using the system with a cubic voxel linear dimension of 100 mum, over a diameter of 25 mm and the root lengths and volumes measured. The X-ray dose to the plants was also assessed and found to have no effect on the plant root development. (C) 2003 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

Oferta de micro-hábitats artificiais em riachos degradados: respostas das comunidades de peixes e macroinvertebrados

Pós-graduação em Biologia Animal - IBILCE

Manipulation and growth of birefringent protein crystals in optical tweezers

We report on the trapping, rotation, and in-situ growth of birefringent tetragonal lysozyme crystals in optical tweezers operating at a wavelength of 1070 nm. Variation of the pH and lysozyme concentration of the solution during growth was used to alter the length to width ratio of the crystals, and hence their orientation in the tweezers. Crystals with the optical axis skewed or perpendicular to the trapping-beam axis could be rotated by changing the orientation of linearly polarized light. We observed spontaneous spinning of some asymmetric crystals in the presence of linearly polarized light, due to radiation pressure effects. Addition of protein to the solution in the tweezers permitted real-time observation of crystal growth. (C) 2004 Optical Society of America.