Quantifying diffusion in biofilms : from model hydrogels to living biofilms

Les biofilms sont des communautés de microorganismes incorporés dans une matrice exo-polymérique complexe. Ils sont reconnus pour jouer un rôle important comme barrière de diffusion dans les systèmes environnementaux et la santé humaine, donnant lieu à une résistance accrue aux antibiotiques et aux désinfectants. Comme le transfert de masse dans un biofilm est principalement dû à la diffusion moléculaire, il est primordial de comprendre les principaux paramètres influençant les flux de diffusion. Dans ce travail, nous avons étudié un biofilm de Pseudomonas fluorescens et deux hydrogels modèles (agarose et alginate) pour lesquels l’autodiffusion (mouvement Brownien) et les coefficients de diffusion mutuels ont été quantifiés. La spectroscopie par corrélation de fluorescence a été utilisée pour mesurer les coefficients d'autodiffusion dans une volume confocal de ca. 1 m3 dans les gels ou les biofilms, tandis que les mesures de diffusion mutuelle ont été faites par cellule de diffusion. En outre, la voltamétrie sur microélectrode a été utilisée pour évaluer le potentiel de Donnan des gels afin de déterminer son impact sur la diffusion. Pour l'hydrogel d'agarose, les observations combinées d'une diminution du coefficient d’autodiffusion et de l’augmentation de la diffusion mutuelle pour une force ionique décroissante ont été attribuées au potentiel de Donnan du gel. Des mesures de l'effet Donnan (différence de -30 mV entre des forces ioniques de 10-4 et 10-1 M) et l'accumulation correspondante d’ions dans l'hydrogel (augmentation d’un facteur de 13 par rapport à la solution) ont indiqué que les interactions électrostatiques peuvent fortement influencer le flux de diffusion de cations, même dans un hydrogel faiblement chargé tel que l'agarose. Curieusement, pour un gel plus chargé comme l'alginate de calcium, la variation de la force ionique et du pH n'a donné lieu qu'à de légères variations de la diffusion de sondes chargées dans l'hydrogel. Ces résultats suggèrent qu’en influençant la diffusion du soluté, l'effet direct des cations sur la structure du gel (compression et/ou gonflement induits) était beaucoup plus efficace que l'effet Donnan. De même, pour un biofilm bactérien, les coefficients d'autodiffusion étaient pratiquement constants sur toute une gamme de force ionique (10-4-10-1 M), aussi bien pour des petits solutés chargés négativement ou positivement (le rapport du coefficient d’autodiffusion dans biofilm sur celui dans la solution, Db/Dw ≈ 85 %) que pour des nanoparticules (Db/Dw≈ 50 %), suggérant que l'effet d'obstruction des biofilms l’emporte sur l'effet de charge. Les résultats de cette étude ont montré que parmi les divers facteurs majeurs qui affectent la diffusion dans un biofilm environnemental oligotrophe (exclusion stérique, interactions électrostatiques et hydrophobes), les effets d'obstruction semblent être les plus importants lorsque l'on tente de comprendre la diffusion du soluté. Alors que les effets de charge ne semblaient pas être importants pour l'autodiffusion de substrats chargés dans l'hydrogel d'alginate ou dans le biofilm bactérien, ils ont joué un rôle clé dans la compréhension de la diffusion à travers l’agarose. L’ensemble de ces résultats devraient être très utiles pour l'évaluation de la biodisponibilité des contaminants traces et des nanoparticules dans l'environnement.

La production et la diffusion des céramiques utilitaires de style à bandes à Argilos et dans le nord de l'Égée aux périodes archaïque et classique.

Thèse doctorale effectuée en cotutelle au département d'histoire de l'Université de Montréal et à l'École doctorale d'archéologie de l'Université Paris 1 Panthéon-Sorbonne - UMR 7041, Archéologies et Sciences de l'Antiquité - Archéologie du monde grec.

La communauté des consultants en marketing territorial et la diffusion internationale des politiques de branding des villes

Les villes de toutes tailles rivalisent aujourd'hui avec des endroits et des organisations situés sur tous les continents pour attirer les investisseurs, touristes, entreprises, travailleurs, étudiants et futurs résidants. Afin de faire face à cette concurrence mondiale, l’utilisation d’approches et de stratégies de marketing et de branding territorial par les autorités municipales dans leur démarche de planification et de gestion urbaine est de plus en plus fréquente. Ce mémoire se penche sur le caractère politique du branding des villes, qui a été jusqu’ici très peu exploré. Il expose l’engouement observé pour l’adoption de ce type de politiques dans un nombre croissant de villes et s’intéresse à l’influence de la communauté de consultants en marketing des villes dans le transfert de ce type de pratiques. Puisqu’il s’agit d’une approche nouvelle, ce mémoire se veut avant tout exploratoire. Il présente un portrait de la communauté d’acteurs œuvrant dans ce domaine d’activité et expose certains des éléments servant à illustrer l’influence que ces acteurs peuvent avoir sur la diffusion internationale de ce type de politiques et de pratiques.

Étude de l’effet d'agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms sur la diffusion des macromolécules dans les biofilms de Streptococcus mutans : cas de l’EDTA et de l’aspirine

Le but de ce travail de mémoire était d'explorer des moyens pour augmenter la perméabilité des biofilms de Streptococcus mutans aux macromolécules en utilisant des agents potentiellement perturbateurs de la structure des biofilms. L’acide éthylènediamine tétraacétique (EDTA) ainsi que l’acide acétylsalicylique (aspirine) sont les agents perturbateurs choisis. Le changement de perméabilité des biofilms de S. mutans a été déterminé en mesurant les coefficients de diffusion globale du polyéthylène glycol (PEG) et de diffusion locale de dextrans. Les coefficients de diffusion globale ont été mesurés par spectroscopie infrarouge avec un échantillonnage par réflexion totale atténuée (ATR) alors que la spectroscopie par corrélation de fluorescence (SCF) a été utilisée pour la mesure des coefficients de diffusion locale. Les résultats ont démontré que l’incorporation de l’EDTA à une concentration de 7.5 (m/v) % dans la solution de diffusion permet d’améliorer les propriétés de transport du PEG dans les biofilms en augmentant sa pénétrabilité et son coefficient de diffusion globale. Par contre, aucune variation n’a été constatée dans la valeur du coefficient de diffusion locale de dextran fluorescent. Cette différence peut être expliquée, entre autres, par l'échelle des mesures et la nature différente des molécules diffusantes. L’aspirine n’a démontré aucun effet sur le transport du PEG à travers les biofilms de S. mutans. La pénétration accrue du PEG en présence de l’EDTA a été corrélée aux tests de viabilité des cellules bactériennes. En effet, la combinaison de la pénicilline G (PenG) avec l’EDTA 2 (m/v) % a eu comme effet l’augmentation du pouvoir biocide d’un facteur 3. De plus, les images de microscopie à épifluorescence et de microscopie confocale à balayage de laser ont démontré que les bactéries dans le cœur des microcolonies sont plus affectées par la PenG lorsque le milieu contient de l'EDTA. A la lumière des résultats obtenus, il s’avère que l’incorporation d'agents perturbateurs de la structure des biofilms est une option sérieuse à considérer dans l’éradication des biofilms microbiens. Plus d’études devront être effectuées afin d’investiguer l’effet d’autres molécules possédant les propriétés perturbatrices de la structure des biofilms sur la résistance de ces derniers aux agents antimicrobiens.

The Transnational Diffusion of Contemporary Violent Resistance : The Case of New Insurrectionalism

Ce mémoire vise à comprendre la diffusion transnationale du phénomène du 'nouvel insurrectionalisme'. C'est une forme novatrice de contestation violente, basée dans la philosophie anarchiste, s'opposant à la domination de systèmes étatiques et capitalistes. L'intérêt pour ce sujet porte sur le fait que c'est une manière inédite d'organiser une lutte révolutionnaire, et que le nouvel insurrectionalisme relève de formes et interprétations novatrices d'action violente. Nous situons l'étude dans le contexte contemporain de la mondialisation, car c'est son accroissement qui contribuerait à l'émergence du nouvel insurrectionalisme. Pour démontrer cela, seront examinés plusieurs types de littératures : écrits portant sur la diffusion transnationale de luttes ; analyses de violence terroriste et insurrectionaire; et les communiqués et publications émis par les acteurs et penseurs insurrectionalistes. La méthodologie relève de l'étude qualitative d'un phénomène transnational, en la forme d'une étude comparative de cinq pays (Italie, Grèce, Mexique, Chili et Indonésie). Le cadre analytique est 'l'approche compréhensive', placée dans la diffusion transnationale, qui cherche à comprendre un mouvement social de l'intérieur, donnant parole à ceux qui y participent. Le nouvel insurrectionalisme est une lutte transnationale, au miroir de son adversaire la mondialisation économique et politique, et il se diffuse aisément à travers des contextes variés car portant en lui des idéaux plus aptes à être partagés du fait de leur flexibilité, de la primauté des luttes locales, la décentralisation, les relations horizontales, et la lutte contre la hiérarchie, la domination et l'exploitation.

L’adaptation de l’agriculture au changement et à la variabilité climatiques au Québec : un processus de diffusion des innovations

Au-delà des variables climatiques, d’autres facteurs non climatiques sont à considérer dans l’analyse de la vulnérabilité et de l’adaptation au changement et variabilité climatiques. Cette mutation de paradigme place l’agent humain au centre du processus d’adaptation au changement climatique, notamment en ce qui concerne le rôle des réseaux sociaux dans la transmission des nouvelles idées. Dans le domaine de l’agriculture, le recours aux innovations est prôné comme stratégie d’adaptation. L’élaboration et l’appropriation de ces stratégies d’adaptation peuvent être considérées comme des processus d’innovation qui dépendent autant du contexte social et culturel d’un territoire, de sa dynamique, ainsi que de la stratégie elle-même. Aussi, l’appropriation et la diffusion d’une innovation s’opèrent à partir d’un processus décisionnel à l’échelle de l’exploitation agricole, qui à son tour, demande une compréhension des multiples forces et facteurs externes et internes à l’exploitation et les multiples objectifs de l’exploitant. Ainsi, la compréhension de l’environnement décisionnel de l’exploitant agricole à l’échelle de la ferme est vitale, car elle est un préalable incontournable au succès et à la durabilité de toute politique d’adaptation de l’agriculture. Or, dans un secteur comme l’agriculture, il est reconnu que les réseaux sociaux par exemple, jouent un rôle crucial dans l’adaptation notamment, par le truchement de la diffusion des innovations. Aussi, l’objectif de cette recherche est d’analyser comment les exploitants agricoles s’approprient et conçoivent les stratégies d’adaptation au changement et à la variabilité climatiques dans une perspective de diffusion des innovations. Cette étude a été menée en Montérégie-Ouest, région du sud-ouest du Québec, connue pour être l’une des plus importantes régions agricoles du Québec, en raison des facteurs climatiques et édaphiques favorables. Cinquante-deux entrevues ont été conduites auprès de différents intervenants à l’agriculture aux niveaux local et régional. L’approche grounded theory est utilisée pour analyser, et explorer les contours de l’environnement décisionnel des exploitants agricoles relativement à l’utilisation des innovations comme stratégie d’adaptation. Les résultats montrent que les innovations ne sont pas implicitement conçues pour faire face aux changements et à la variabilité climatiques même si l’évolution du climat influence leur émergence, la décision d’innover étant largement déterminée par des considérations économiques. D’autre part, l‘étude montre aussi une faiblesse du capital sociale au sein des exploitants agricoles liée à l’influence prépondérante exercée par le secteur privé, principal fournisseur de matériels et intrants agricoles. L’influence du secteur privé se traduit par la domination des considérations économiques sur les préoccupations écologiques et la tentation du profit à court terme de la part des exploitants agricoles, ce qui pose la problématique de la soutenabilité des interventions en matière d’adaptation de l’agriculture québécoise. L’étude fait ressortir aussi la complémentarité entre les réseaux sociaux informels et les structures formelles de soutien à l’adaptation, de même que la nécessité d’établir des partenariats. De plus, l’étude place l’adaptation de l’agriculture québécoise dans une perspective d’adaptation privée dont la réussite repose sur une « socialisation » des innovations, laquelle devrait conduire à l’émergence de processus institutionnels formels et informels. La mise en place de ce type de partenariat peut grandement contribuer à améliorer le processus d’adaptation à l’échelle locale.

Détection de protéines par diffusion Raman exaltée par effet de pointe (TERS)

La concentration locale des messagers chimiques sécrétés par les cellules peut être mesurée afin de mieux comprendre les mécanismes moléculaires liés à diverses maladies, dont les métastases du cancer. De nouvelles techniques analytiques sont requises pour effectuer ces mesures locales de marqueurs biologiques à proximité des cellules. Ce mémoire présentera le développement d’une nouvelle technique basée sur la réponse plasmonique sur des leviers AFM, permettant d’étudier les réactions chimiques et biologiques à la surface des leviers grâce au phénomène de résonance des plasmons de surface (SPR), ainsi qu’à la diffusion Raman exaltée par effet de pointe (TERS). En effet, il est possible de localiser l’amplification du signal Raman à la pointe d’un levier AFM, tout comme le principe de la diffusion Raman exaltée par effet de surface (SERS) basée sur la diffusion de la lumière par des nanoparticules métalliques, et permettant une large amplification du signal Raman. La surface du levier est recouverte d’une nano-couche métallique d’or, suivi par des réactions biologiques pour l’immobilisation d’un récepteur moléculaire, créant ainsi un biocapteur sur la pointe du levier. Une détection secondaire utilisant des nanoparticules d’or conjuguées à un anticorps secondaire permet également une amplification du signal SPR et Raman lors de la détection d’antigène. Ce mémoire démontrera le développement et la validation de la détection de l’immunoglobuline G (IgG) sur la pointe du levier AFM.Dans des projets futurs, cette nouvelle technique d’instrumentation et d’imagerie sera optimisée grâce à la création d’un micro-détecteur protéique généralement adapté pour l’étude de la communication cellulaire. En intégrant le signal SPR à la microscopie AFM, il sera alors possible de développer des biocapteurs SPR couplés à une sonde à balayage, ce qui permettra d’effectuer une analyse topographique et de l’environnement chimique d’échantillons cellulaires en temps réel, pour la mesure des messagers moléculaires sécrétés dans la matrice extracellulaire, lors de la communication cellulaire.

Inégalités sociales dans la diffusion d'une innovation en transport actif : le cas des vélos en libre-service à Montréal

Introduction. Les programmes de vélos en libre-service (PVLS) représentent une innovation en transport actif. À ce jour, la sensibilisation à cette innovation en tant que prérequis à l’accessibilité n’a jamais été étudiée. Objectif. Identifier les facteurs liés à l’absence de sensibilisation à l’existence du PVLS à Montréal. Méthode. 7011 Montréalais âgés de 18 ans et plus ont été interrogés au cours de 3 sondages téléphoniques sur une période couvrant deux saisons : avant la première saison (n=2000), après la première saison (n=2502) et après la deuxième saison (n=2509). Des analyses de régression logistique ont été réalisées sur 93,6 % (n=6562) de l’échantillon pour examiner l’effet du temps, de la proximité des stations de vélos et du niveau d’éducation sur l’absence de sensibilisation à l’existence du PVLS. Résultats. Nous constatons que, après la première saison d’implantation du PVLS, la probabilité d’absence de sensibilisation au PVLS est plus élevée chez les individus dont le niveau d’éducation est faible que chez ceux dont le niveau d’éducation est élevé (RC = 1,60; 95 % IC : 1,18; 2,19). Aussi, nous observons que, après la deuxième saison d’implantation, la probabilité d’absence de sensibilisation au PVLS est plus élevée chez les individus dont le niveau d’éducation est faible et qui vivent dans un voisinage pourvu d’un PVLS, que chez ceux dont le niveau d’éducation est élevé et qui vivent dans un voisinage dépourvu d’un PVLS (RC = 1,63, 95 % IC : 1,01; 2,64). Conclusion. Malgré l’accessibilité au PVLS dans un voisinage, des inégalités sociales persistent.

Europeana comme modèle de portail de diffusion des archives et du patrimoine

Travail réalisé à l'EBSI, Université de Montréal, sous la direction de M. Yvon Lemay dans le cadre du cours SCI6850 – Recherche individuelle, à l'hiver 2015

The Role of Diffusion in ISOL Targets for the Production of Radioactive Ion Beams

On line isotope separation techniques (ISOL) for production of ion beams of short-lived radionuclides require fast separation of nuclear reaction products from irradiated target materials followed by a transfer into an ion source. As a first step in this transport chain the release of nuclear reaction products from refractory metals has been studied systematically and will be reviewed. High-energy protons (500 - 1000 MeV) produce a large number of radionuclides in irradiated materials via the nuclear reactions spallation, fission and fragmentation. Foils and powders of Re, W, Ta, Hf, Mo, Nb, Zr, Y, Ti and C were irradiated with protons (600 - 1000 MeV) at the Dubna synchrocyclotron, the CERN synchrocyclotron and at the CERN PS-booster to produce different nuclear reaction products. The main topic of the paper is the determination of diffusion coefficients of the nuclear reaction products in the target matrix, data evaluation and a systematic interpretation of the data. The influence of the ionic radius of the diffusing species and the lattice type of the host material used as matrix or target on the diffusion will be evaluated from these systematics. Special attention was directed to the release of group I, II and III-elements. Arrhenius plots lead to activation energies of the diffusion process.

Application of laser beam deflection technique to study the diffusion process in electrolyte solutions

A simple method based on laser beam deflection to study the variation of diffusion coefficient with concentration in a solution is presented. When a properly fanned out laser beam is passed through a rectangular cell filled with solution having concentration gradient, the emergent beam traces out a curved pattern on a screen. By taking measurements on the pattern at different concentrations, the variation of diffusion coefficient with concentration can be determined.

Studies on Heat Diffusion in Selected Conducting Polymers using Probe Beam Deflection and Photoacoustic Techniques

In the present study, radio frequency plasma polymerization technique is used to prepare thin films of polyaniline, polypyrrole, poly N-methyl pyrrole and polythiophene. The thermal characterization of these films is carried out using transverse probe beam deflection method. Electrical conductivity and band gaps are also determined. The effect of iodine doping on electrical conductivity and the rate of heat diffusion is explored.Bulk samples of poyaniline and polypyrrole in powder form are synthesized by chemical route. Open photoacoustic cell configuration is employed for the thermal characterization of these samples. The effect of acid doping on heat diffusion in these bulk samples of polyaniline is also investigated. The variation of electrical conductivity of doped polyaniline and polypyrrole with temperature is also studied for drawing conclusion on the nature of conduction in these samples. In order to improve the processability of polyaniline and polypyrrole, these polymers are incorporated into a host matrix of poly vinyl chloride. Measurements of thermal diffusivity and electrical conductivity of these samples are carried out to investigate the variation of these quantities as a function of the content of polyvinyl chloride.

Comment on "Kinetics of spinodal decomposition in the ising model with vacancy diffusion"

In a recent paper [Phys. Rev. B 50, 3477 (1994)], P. Fratzl and O. Penrose present the results of the Monte Carlo simulation of the spinodal decomposition problem (phase separation) using the vacancy dynamics mechanism. They observe that the t1/3 growth regime is reached faster than when using the standard Kawasaki dynamics. In this Comment we provide a simple explanation for the phenomenon based on the role of interface diffusion, which they claim is irrelevant for the observed behavior.

Microstructural evolution of primary crystallization in diffusion-controlled grain growth

A model has been developed for evaluating grain size distributions in primary crystallizations where the grain growth is diffusion controlled. The body of the model is grounded in a recently presented mean-field integration of the nucleation and growth kinetic equations, modified conveniently in order to take into account a radius-dependent growth rate, as occurs in diffusion-controlled growth. The classical diffusion theory is considered, and a modification of this is proposed to take into account interference of the diffusion profiles between neighbor grains. The potentiality of the mean-field model to give detailed information on the grain size distribution and transformed volume fraction for transformations driven by nucleation and either interface- or diffusion-controlled growth processes is demonstrated. The model is evaluated for the primary crystallization of an amorphous alloy, giving an excellent agreement with experimental data. Grain size distributions are computed, and their properties are discussed.

Analytical Studies on Diffusion and lntermittency in Chaotic Maps

The study of simple chaotic maps for non-equilibrium processes in statistical physics has been one of the central themes in the theory of chaotic dynamical systems. Recently, many works have been carried out on deterministic diffusion in spatially extended one-dimensional maps This can be related to real physical systems such as Josephson junctions in the presence of microwave radiation and parametrically driven oscillators. Transport due to chaos is an important problem in Hamiltonian dynamics also. A recent approach is to evaluate the exact diffusion coefficient in terms of the periodic orbits of the system in the form of cycle expansions. But the fact is that the chaotic motion in such spatially extended maps has two complementary aspects- - diffusion and interrnittency. These are related to the time evolution of the probability density function which is approximately Gaussian by central limit theorem. It is noticed that the characteristic function method introduced by Fujisaka and his co-workers is a very powerful tool for analysing both these aspects of chaotic motion. The theory based on characteristic function actually provides a thermodynamic formalism for chaotic systems It can be applied to other types of chaos-induced diffusion also, such as the one arising in statistics of trajectory separation. It was noted that there is a close connection between cycle expansion technique and characteristic function method. It was found that this connection can be exploited to enhance the applicability of the cycle expansion technique. In this way, we found that cycle expansion can be used to analyse the probability density function in chaotic maps. In our research studies we have successfully applied the characteristic function method and cycle expansion technique for analysing some chaotic maps. We introduced in this connection, two classes of chaotic maps with variable shape by generalizing two types of maps well known in literature.