Étude critique de la densité électronique et des températures (excitation et ionisation) d'un plasma d'aluminium induit par laser

La caractérisation de matériaux par spectroscopie optique d’émission d’un plasma induit par laser (LIPS) suscite un intérêt qui ne va que s’amplifiant, et dont les applications se multiplient. L’objectif de ce mémoire est de vérifier l’influence du choix des raies spectrales sur certaines mesures du plasma, soit la densité électronique et la température d’excitation des atomes neutres et ionisés une fois, ainsi que la température d’ionisation. Nos mesures sont intégrées spatialement et résolues temporellement, ce qui est typique des conditions opératoires du LIPS, et nous avons utilisé pour nos travaux des cibles binaires d’aluminium contenant des éléments à l’état de trace (Al-Fe et Al-Mg). Premièrement, nous avons mesuré la densité électronique à l’aide de l’élargissement Stark de raies de plusieurs espèces (Al II, Fe II, Mg II, Fe I, Mg I, Halpha). Nous avons observé que les densités absolues avaient un comportement temporel différent en fonction de l’espèce. Les raies ioniques donnent des densités électroniques systématiquement plus élevées (jusqu’à 50 % à 200 ns après l’allumage du plasma), et décroissent plus rapidement que les densités issues des raies neutres. Par ailleurs, les densités obtenues par les éléments traces Fe et Mg sont moindres que les densités obtenues par l’observation de la raie communément utilisée Al II à 281,618 nm. Nous avons parallèlement étudié la densité électronique déterminée à l’aide de la raie de l’hydrogène Halpha, et la densité électronique ainsi obtenue a un comportement temporel similaire à celle obtenue par la raie Al II à 281,618 nm. Les deux espèces partagent probablement la même distribution spatiale à l’intérieur du plasma. Finalement, nous avons mesuré la température d’excitation du fer (neutre et ionisé, à l’état de trace dans nos cibles), ainsi que la température d’ionisation, à l’aide de diagrammes de Boltzmann et de Saha-Boltzmann, respectivement. À l’instar de travaux antérieurs (Barthélémy et al., 2005), il nous est apparu que les différentes températures convergeaient vers une température unique (considérant nos incertitudes) après 2-3 microsecondes. Les différentes températures mesurées de 0 à 2 microsecondes ne se recoupent pas, ce qui pourrait s’expliquer soit par un écart à l’équilibre thermodynamique local, soit en considérant un plasma inhomogène où la distribution des éléments dans la plume n’est pas similaire d’un élément à l’autre, les espèces énergétiques se retrouvant au cœur du plasma, plus chaud, alors que les espèces de moindre énergie se retrouvant principalement en périphérie.

Semisynthetic aminoglycoside antibiotics : toward biomimetic synthesis, evasion of bacterial resistance and reduced toxicity

Les antibiotiques aminoglycosidiques sont des agents bactéricides de grande valeur et d’efficacité à large spectre contre les pathogènes Gram-positifs et Gram-négatifs, dont plusieurs membres naturels et semisynthétiques sont importants dans l’histoire clinique depuis 1950. Des travaux crystallographiques sur le ribosome, récompensés par le prix Nobel, ont démontré comment leurs diverses structures polyaminées sont adaptées pour cibler une hélice d’ARN dans le centre de codage de la sous-unité 30S du ribosome bactérien. Leur interférence avec l’affinité et la cinétique des étapes de sélection et vérification des tARN induit la synthèse de protéines à basse fidélité, et l’inhibition de la translocation, établissant un cercle vicieux d’accumulation d’antibiotique et de stress sur la membrane. En réponse à ces pressions, les pathogènes bactériens ont évolué et disséminé une panoplie de mécanismes de résistance enzymatiques et d’expulsion : tels que les N acétyltransférases, les O phosphotransférases et les O nucleotidyltransférases qui ciblent les groupements hydroxyle et amino sur le coeur des aminoglycosides; des méthyl-transférases, qui ciblent le site de liaison ribosomale; et des pompes d’expulsion actives pour l’élimination sélective des aminoglycosides, qui sont utilisés par les souches Gram-négatives. Les pathogènes les plus problématiques, qui présentent aujourd’hui une forte résilience envers la majorité des classes d’antibiotiques sur le bord de la pan-résistance ont été nommés des bactéries ESKAPE, une mnémonique pour Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa et Enterobacteriaceae. La distribution globale des souches avec des mécanismes de résistance envers les standards cliniques aminoglycosides, tels que la tobramycine, l’amikacine et la gentamicine, est comprise entre 20 et 60% des isolées cliniques. Ainsi, les aminoglycosides du type 4,6-disubstitués-2-deoxystreptamine sont inadéquats comme thérapies anti-infectieuses à large spectre. Cependant, la famille des aminoglycosides 4,5-disubstitués, incluant la butirosine, la neomycine et la paromomycine, dont la structure plus complexe, pourrait constituter une alternative. Des collègues dans le groupe Hanessian et collaborateurs d’Achaogen Inc. ont démontré que certains analogues de la paraomomycine et neomycine, modifiés par désoxygénation sur les positions 3’ et 4’, et par substitution avec la chaîne N1-α-hydroxy-γ-aminobutyramide (HABA) provenant de la butirosine, pourrait produire des antibiotiques très prometteurs. Le Chapitre 4 de cette dissertation présente la conception et le développement d’une stratégie semi-synthétique pour produire des nouveaux aminoglycosides améliorés du type 4,5 disubstitués, inspiré par des modifications biosynthétiques de la sisomicine, qui frustrent les mécanismes de résistance bactérienne distribuées globalement. Cette voie de synthèse dépend d’une réaction d’hydrogénolyse de type Tsuji catalysée par palladium, d’abord développée sur des modèles monosaccharides puis subséquemment appliquée pour générer un ensemble d’aminoglycosides hybrides entre la neomycine et la sisomicine. Les études structure-activité des divers analogues de cette nouvelle classe ont été évaluées sur une gamme de 26 souches bactériennes exprimant des mécanismes de résistance enzymatique et d’expulsion qui englobe l’ensemble des pathogènes ESKAPE. Deux des antibiotiques hybrides ont une couverture antibacterienne excellente, et cette étude a mis en évidence des candidats prometteurs pour le développement préclinique. La thérapie avec les antibiotiques aminoglycosidiques est toujours associée à une probabilité de complications néphrotoxiques. Le potentiel de toxicité de chaque aminoglycoside peut être largement corrélé avec le nombre de groupements amino et de désoxygénations. Une hypothèse de longue date dans le domaine indique que les interactions principales sont effectuées par des sels des groupements ammonium, donc l’ajustement des paramètres de pKa pourrait provoquer une dissociation plus rapide avec leurs cibles, une clairance plus efficace et globalement des analogues moins néphrotoxiques. Le Chapitre 5 de cette dissertation présente la conception et la synthèse asymétrique de chaînes N1 HABA β substitutées par mono- et bis-fluoration. Des chaînes qui possèdent des γ-N pKa dans l’intervalle entre 10 et 7.5 ont été appliquées sur une neomycine tétra-désoxygénée pour produire des antibiotiques avancés. Malgré la réduction considérable du γ N pKa, le large spectre bactéricide n’a pas été significativement affecté pour les analogues fluorés isosteriques. De plus, des études structure-toxicité évaluées avec une analyse d’apoptose propriétaire d’Achaogen ont démontré que la nouvelle chaîne β,β difluoro-N1-HABA est moins nocive sur un modèle de cellules de rein humain HK2 et elle est prometteuse pour le développement d’antibiotiques du type neomycine avec des propriétés thérapeutiques améliorées. Le chapitre final de cette dissertation présente la proposition et validation d’une synthèse biomimétique par assemblage spontané du aminoglycoside 66-40C, un dimère C2 symétrique bis-imine macrocyclique à 16 membres. La structure proposée du macrocycle a été affinée par spectroscopie nucléaire à un système trans,trans-bis-azadiène anti-parallèle. Des calculs indiquent que l’effet anomérique de la liaison α glycosidique entre les anneaux A et B fournit la pré-organisation pour le monomère 6’ aldéhydo sisomicine et favorise le produit macrocyclique observé. L’assemblage spontané dans l’eau a été étudié par la dimérisation de trois divers analogues et par des expériences d’entre croisement qui ont démontré la généralité et la stabilité du motif macrocyclique de l'aminoglycoside 66-40C.

Toxicity of Effluent from a Titanium Dioxide Factory on some Marine Animals

Toxicity of effluent from a titanium dioxide factory containing sulphuric acid residue with soluble iron metallic salts and insoluble material such as silica, etc. on fishes, decapods and molluscs was studied. The effluent caused changes in pH and oxygen depletion of the sea water. Sublethal effects of the precipitate of ferrous salts were also studied. Dilutions of effluent up to 1:150 were LC100 for all organisms used while 1:200 dilution was LC50 for fishes at 36 hr and for other organisms at 48 hr. But death of organisms at this concentration was caused by pH changes and oxygen depletion and did not account for the effects of the precipitate. Below this level precipitation started soon after mixing with sea water causing death of organisms by choking their gills and siphons. Dilutions,< 1:1000 were 96 hr LCO.

HEAVY METAL TOXICITY IN BIVALVE- HISTOLOGICAL AND HISTOCHEMICAL ENQUIRY

Division of Marine Biology, Microbiology and Biochemistry, School of Marine Sciences, Cochin University of Science and Technology

Synergic Reactions in the Estuarine Environment leading to Modulation of Aluminium metal during Transport Processes (in Cochin Estuary)

The research work which was carried out to Synergic Reactions in the Estuarine Environment leading to Modulation of Aluminium metal during Transport Processes (in Cochin Estuary)Estuaries are considered as sink or source for terrestrial and various anthropogenically generated materials. These include naturally occurring elements Al, Si, Fe or trace inorganics or industrial pollutants of different types. There have been reports on both positive and negative impacts by the introduction of above materials into the ecosystem.This thesis deals with the trace metal Aluminium (Al) whose average concentration (about 8%) in the earths crust is surpassed only by that of Oxygen and Silicon. There can be no doubt that most of the land derived materials reaches the ocean through rivers via estuaries. An important aspect noticed here is that the concentration of dissolved Al is much lower in sea water than in river water.On critically analysing Cochin estuary, for the entire cycles, covering monsoon, postmonsoon and premonsoon, the following salient features are documented as hereunder. Dissolved Al exhibits high and variable trends in Cochin estuary, the influencing parameters being salinity, SPM, pH and dissolved Si. A general profile showed removal in upper/mid estuary followed by regeneration in the mid/lower estuary and further decrease seawards in the southern/northem arms.Distribution appears to be a function of freshwater input, the monsoon season exhibiting very high concentrations throughout the estuary. As the river discharge decreased with the progress of seasons, dissolved Al concentration also decreased, the metal limiting itself to the upper and mid estuary.

Toxicity, accumulation and depuration of heavy metalsin the brown mussel perna indica

In this thesis certain important aspects of heavy metal toxicity have been worked out. Recent studies have clearly shown that when experimental media contained more than one heavy metals, such metals could conspicuously influence the toxic reaction of the animals both in terms of quantity and nature. The experimental results available on individual metal toxicity show that, in majority of such results, unrealistically high concentrations of dissolved metals are involved. A remarkable number of factors have been shown to influence metal toxicity such as various environmental factors particularly temperature and salinity, the condition of the organism and the ability of some of the marine organisms to adapt to metallic contamination. Further, some of the more sensitive functions like embryonic and larval development, growth and fecundity, oxygen utilization and the function of various enzymes are found to be demonstrably sensitive in the presence of heavy metals. However, some of the above functions could be compensated for by adaptive process. If it is assumed that the presence of a single metal in higher concentrations could affect the life function of marine animals, more than one metal in the experimental media should manifest such effects in a greater scale. Commonly known as synergism or more than additivity, majority of heavy metals bring about synergistic reaction .The work presented in this thesis comprises lethal and sublethal toxicities of different salt forms of copper and silver on the brown mussel Perna indica. during the present investigation sublethal concentrations of copper and silver in their dent effects on survival, oxygen consumption, filtration, accumulation and depuration on Perna indica. The results are presented under different sections to make the presentation meaningful .

Pyocyanin (5-methyl-1-hydroxyphenazine) produced by Pseudomonas aeruginosa as antagonist to vibrios in aquaculture: overexpression, downstream process and toxicity

Pyocyanin is a versatile and multifunctional phenazine, widely used as a bio-control agent. Besides its toxicity in higher concentration, it has been applied as bio-control agents against many pathogens including the Vibrio spp. in aquaculture systems. The exact mechanism of the production of pyocyanin in Pseudomonas aeruginosa is well known, but the genetic modification of pyocyanin biosynthetic pathways in P. aeruginosa is not yet experimented to improve the yield of pyocyanin production. In this context, one of the aims of this work was to improve the yield of pyocyanin production in P. aeruginosa by way of increasing the copy number of pyocyanin pathway genes and their over expression. The specific aims of this work encompasses firstly, the identification of probiotic effect of P. aeruginosa isolated from various ecological niches, the overexpression of pyocyanin biosynthetic genes, development of an appropriate downstream process for large scale production of pyocyanin and its application in aquaculture industries. In addition, this work intends to examine the toxicity of pyocyanin on various developmental stages of tiger shrimp (Penaeus monodon), Artemia nauplii, microbial consortia of nitrifying bioreactors (Packed Bed Bioreactor, PBBR and Stringed Bed Suspended Bioreactor, SBSBR) and in vitro cell culture systems from invertebrates and vertebrates. The present study was undertaken with a vision to manage the pathogenic vibrios in aquaculture through eco-friendly and sustainable management strategies with the following objectives: Identification of Pseudomonas isolated from various ecological niches and its antagonism to pathogenic vibrios in aquaculture.,Saline dependent production of pyocyanin in Pseudomonas aeruginosa originated from different ecological niches and their selective application in aquaculture,Cloning and overexpression of Phz genes encoding phenazine biosynthetic pathway for the enhanced production of pyocyanin in Pseudomonas aeruginosa MCCB117,Development of an appropriate downstream process for large scale production of pyocyanin from PA-pUCP-Phz++; Structural elucidation and functional analysis of the purified compoundToxicity of pyocyanin on various biological systems.

Influence of Interface Surface Geometries In The Tensile Characteristics Of Friction Welded Joints From Aluminium Alloys

Friction welding is a solid state joining process that produces coalescence in materials, using the heat developed between surfaces through a combination of mechanical induced rubbing motion and applied load. In rotary friction welding technique heat is generated by the conversion of mechanical energy into thermal energy at the interface of the work pieces during rotation under pressure. Traditionally friction welding is carried out on a dedicated machine because of its adaptability to mass production. In the present work, steps were made to modify a conventional lathe to rotary friction welding set up to obtain friction welding with different interface surface geometries at two different speeds and to carry out tensile characteristic studies. The surface geometries welded include flat-flat, flat-tapered, tapered-tapered, concave-convex and convex-convex. A comparison of maximum load, breaking load and percentage elongation of different welded geometries has been realized through this project. The maximum load and breaking load were found to be highest for weld formed between rotating flat and stationary tapered at 500RPM and the values were 19.219kN and 14.28 kN respectively. The percentage elongation was found to be highest for weld formed between rotating flat and stationary flat at 500RPM and the value was 21.4%. Hence from the studies it is cleared that process parameter like “interfacing surface geometries” of weld specimens have strong influence on tensile characteristics of friction welded joints