Stratégie d'amélioration de la résistance mécanique des zones de connecteurs

Le bois subit une demande croissante comme matériau de construction dans les bâtiments de grandes dimensions. Ses qualités de matériau renouvelable et esthétique le rendent attrayant pour les architectes. Lorsque comparé à des produits fonctionnellement équivalents, il apparait que le bois permet de réduire la consommation d’énergie non-renouvelable. Sa transformation nécessite une quantité d’énergie inférieure que l’acier et le béton. Par ailleurs, par son origine biologique, une structure en bois permet de stocker du carbone biogénique pour la durée de vie du bâtiment. Maintenant permis jusqu’à six étages de hauteur au Canada, les bâtiments de grande taille en bois relèvent des défis de conception. Lors du dimensionnement des structures, les zones des connecteurs sont souvent les points critiques. Effectivement, les contraintes y sont maximales. Les structures peuvent alors apparaitre massives et diminuer l’innovation architecturale. De nouvelles stratégies doivent donc être développées afin d’améliorer la résistance mécanique dans les zones de connecteurs. Différents travaux ont récemment porté sur la création ou l’amélioration de types d’assemblage. Dans cette étude, l’accent est mis sur le renforcement du bois utilisé dans la région de connexion. L’imprégnation a été choisie comme solution de renfort puisque la littérature démontre qu’il est possible d’augmenter la dureté du bois avec cette technique. L’utilisation de cette stratégie de renfort sur l’épinette noire (Picea Mariana (Mill.) BSP) pour une application structurale est l’élément de nouveauté dans cette recherche. À défaut d’effectuer une imprégnation jusqu’au coeur des pièces, l’essence peu perméable de bois employée favorise la création d’une mince couche en surface traitée sans avoir à utiliser une quantité importante de produits chimiques. L’agent d’imprégnation est composé de 1,6 hexanediol diacrylate, de triméthylopropane tricacrylate et d’un oligomère de polyester acrylate. Une deuxième formulation contenant des nanoparticules de SiO2 a permis de vérifier l’effet des nanoparticules sur l’augmentation de la résistance mécanique du bois. Ainsi, dans ce projet, un procédé d’imprégnation vide-pression a servi à modifier un nouveau matériau à base de bois permettant des assemblages plus résistants mécaniquement. Le test de portance locale à l’enfoncement parallèle au fil d’un connecteur de type tige a été réalisé afin de déterminer l’apport du traitement sur le bois utilisé comme élément de connexion. L’effet d’échelle a été observé par la réalisation du test avec trois diamètres de boulons différents (9,525 mm, 12,700 mm et 15,875 mm). En outre, le test a été effectué selon un chargement perpendiculaire au fil pour le boulon de moyen diamètre (12,700 mm). La corrélation d’images numériques a été utilisée comme outil d’analyse de la répartition des contraintes dans le bois. Les résultats ont démontré une portance du bois plus élevée suite au traitement. Par ailleurs, l’efficacité est croissante lorsque le diamètre du boulon diminue. C’est un produit avec une valeur caractéristique de la portance locale parallèle au fil de 79% supérieure qui a été créé dans le cas du test avec le boulon de 9,525 mm. La raideur du bois a subi une augmentation avoisinant les 30%. Suite au traitement, la présence d’une rupture par fissuration est moins fréquente. Les contraintes se distribuent plus largement autour de la région de connexion. Le traitement n’a pas produit d’effet significatif sur la résistance mécanique de l’assemblage dans le cas d’un enfoncement du boulon perpendiculairement au fil du bois. De même, l’effet des nanoparticules en solution n’est pas ressorti significatif. Malgré une pénétration très faible du liquide à l’intérieur du bois, la couche densifiée en surface créée suite au traitement est suffisante pour produire un nouveau matériau plus résistant dans les zones de connexion. Le renfort du bois dans la région des connecteurs doit influencer le dimensionnement des structures de grande taille. Avec des éléments de connexion renforcés, il sera possible d’allonger les portées des poutres, multipliant ainsi les possibilités architecturales. Le renfort pourra aussi permettre de réduire les sections des poutres et d’utiliser une quantité moindre de bois dans un bâtiment. Cela engendrera des coûts de transport et des coûts reliés au temps d’assemblage réduits. De plus, un connecteur plus résistant permettra d’être utilisé en moins grande quantité dans un assemblage. Les coûts d’approvisionnement en éléments métalliques et le temps de pose sur le site pourront être revus à la baisse. Les avantages d’un nouveau matériau à base de bois plus performant utilisé dans les connexions permettront de promouvoir le bois dans les constructions de grande taille et de réduire l’impact environnemental des bâtiments.

The effects of PVP(FE(III)) catalyst and polymer molecular weight on gene delivery via biodegradable crosslinked polyethylenimine

Human gene therapy has faced many setbacks due to the immunogenicity and oncogenity of viruses. Safe and efficient alternative gene delivery vehicles are needed to implement gene therapy in clinical practice. Polymeric vectors are an attractive option due to their availability, simple chemistry, and low toxicity and immunogenicity. Our group has previously reported biodegradable polyethylenimines (PEI) that show high transfection efficiency and low toxicity by cross-linking 800 Da PEI with diacrylate cross-linkers using Michael addition. However, the synthesis was difficult to control, inconsistent, and resulted in polymers with a narrow range of molecular weights. In the present work, we utilized a heterogenous PVP(Fe(III)) catalyst to provide a more controllable PEI crosslinking reaction and wider range of biodegradable PEIs. The biodegradable PEIs reported here have molecular weights ranging from 1.2 kDa to 48 kDa, are nontoxic in MDA-MB-231 cells, and show low toxicity in HeLa cells. At their respective optimal polymer:DNA ratios, these biodegradable PEIs demonstrated about 2-5-fold higher transfection efficiency and 2-7-fold higher cellular uptake, compared unmodified 25 kDa PEI. The biodegradable PEIs show similar DNA condensation properties as unmodified PEI but more readily unpackage DNA, based on ethidium bromide exclusion and heparan sulfate competitive displacement assays, which could contribute to their improved transfection efficiency. Overall, the synthesis reported here provides a more robust, controlled reaction to produce cross-linked biodegradable PEIs that show enhanced gene delivery, low toxicity, and high cellular uptake and can potentially be used for future in vivo studies.

Cell-cell communication in three dimensional microenvironments

Cellular behavior is dependent on a variety of extracellular cues required for normal tissue function, wound healing, and activation of the immune system. Removed from their in vivo microenvironment and cultured in vitro, cells lose many environmental cues and that may result in abberant behavior, making it difficult to study cellular processes. In order to mimic native tissue environments, optical tweezer and microfluidic technologies were used to place cells within defined areas of the culture environment. To provide three dimensional supports found in natural tissues, hydrogel scaffolds of poly (ethylene glycol) diacrylate and the basement membrane matrix Matrigel were used. Optical tweezer technology allowed precision placement and formation of homotypic and heterotypic arrays of human U937, HEK 293, and porcine mesenchymal stem cells. Alternatively, two microfluidic devices were designed to pattern Matrigel scaffolds. The first microfluidic device utilized laminar flow to spatially pattern multiple cell types within the device. Gradients of soluble molecules were then be formed and manipulated across the Matrigel scaffolds. Patterning Matrigel using laminar flow techniques require microfluidic expertise and do not produce consistent patterning conditions, limiting their use difficult in most cell culture laboratories. Thus, a buried Matrigel polydimethylsiloxane (PDMS) device was developed for spatial patterning of biological scaffolds. Matrigel is injected into micron sized channels of PDMS fabricated by soft lithography and allowed to thermally cure. Following curing, a second PDMS device was placed on top of the buried Matrigel channels to support media flow. In order to validate these systems, a cell-cell communication model system was developed utilizing LPS and TNFα signaling with fluorescent reporter systems to monitor communication in real time. We demonstrated the utility of microfluidic devices to support the cell-cell communication model system by co culturing three cell types within Matrigel scaffolds and monitoring signaling activity via fluorescent reporters.