A new 3-D polymeric spin transition compound: [tris(1,4-bis-(tetrazol-1-yl) butane-N1,N1′)iron(II)] bis(perchlorate)

A series of novel polymeric compounds of formula [M(btzb)3][ClO4]2 (Mll = Fe, Ni or Cu) with btzb = 1,4-bis-(tetrazol-1-yl)butane have been prepared and their physical properties investigated. The btzb ligand has been prepared and its crystal structure determined, together with a tentative crystal structure of the 3-D compound [Fe(btzb)3][ClO4]2. The model of the latter shows two symmetry-related, interpenetrating Fe-btzb networks in which the iron(II) ions approach each other as close as 8.3 and 9.1 Å. This supramolecular catenane undergoes a sharp thermal spin transition around 160 K with hysteresis (20 K) along with a pronounced thermochromic effect. The spin crossover behaviour has been followed by magnetic, DSC, optical spectroscopy and 57Fe Mössbauer spectroscopy measurements. Irradiation with green light at low temperature leads to population of the metastable high-spin state for the thermally active iron(ll) ions. The nature of the spin crossover behaviour has been discussed in detail.

Polymeric microspheres as protein transduction reagents

Discovering the function of an unknown protein, particularly one with neither structural nor functional correlates, is a daunting task. Interaction analyses determine binding partners, whereas DNA transfection, either transient or stable, leads to intracellular expression, though not necessarily at physiologically relevant levels. In theory, direct intracellular protein delivery (protein transduction) provides a conceptually simpler alternative, but in practice the approach is problematic. Domains such as HIV TAT protein are valuable, but their effectiveness is protein specific. Similarly, the delivery of intact proteins via endocytic pathways (e.g. using liposomes) is problematic for functional analysis because of the potential for protein degradation in the endosomes/lysosomes. Consequently, recent reports that microspheres can deliver bio-cargoes into cells via a non-endocytic, energy-independent pathway offer an exciting and promising alternative for in vitro delivery of functional protein. In order for such promise to be fully exploited, microspheres are required that (i) are stably linked to proteins, (ii) can deliver those proteins with good efficiency, (iii) release functional protein once inside the cells, and (iv) permit concomitant tracking. Herein, we report the application of microspheres to successfully address all of these criteria simultaneously, for the first time. After cellular uptake, protein release was autocatalyzed by the reducing cytoplasmic environment. Outside of cells, the covalent microsphere-protein linkage was stable for ≥90 h at 37°C. Using conservative methods of estimation, 74.3% ± 5.6% of cells were shown to take up these microspheres after 24 h of incubation, with the whole process of delivery and intracellular protein release occurring within 36 h. Intended for in vitro functional protein research, this approach will enable study of the consequences of protein delivery at physiologically relevant levels, without recourse to nucleic acids, and offers a useful alternative to commercial protein transfection reagents such as Chariot™. We also provide clear immunostaining evidence to resolve residual controversy surrounding FACS-based assessment of microsphere uptake. © 2014 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology Inc.

Role of reinforcement/matrix interfacial strength in fatigue crack propagation in particulate SiC reinforced aluminum alloy 8090

A study has been made of the influence of the reinforcement/matrix interfacial strength on fatigue crack propagation in a powder metallurgy aluminum alloy 8090-SiC particulate composite. The interfacial region has been altered by two separate routes, the first involving aging of the 8090 matrix, with the subsequent formation of precipitate free zones at the boundaries, and the second consisting of oxidizing the surface of the SiC particles before their incorporation into the composite. In the naturally aged condition, oxidation of the SiC leads to a reduction in fatigue crack growth resistance at higher values of stress intensity range ΔK. This is due to a proportion of the crack growth occurring through voids formed in association with many of the weak SiC interfaces which have retained a layer of thick surface oxide after processing. On overaging no difference in crack growth rate is discernible between the oxidized and unoxidized SiC composites. It is proposed that this is due to similar levels of interfacial weakening having occurred in both composites, indicating that this is an important factor in the reduction of the high ΔK crack growth resistance of the unoxidized SiC composite on aging.

A novel adaptive weight selection algorithm for multi-objective multi-agent reinforcement learning

To solve multi-objective problems, multiple reward signals are often scalarized into a single value and further processed using established single-objective problem solving techniques. While the field of multi-objective optimization has made many advances in applying scalarization techniques to obtain good solution trade-offs, the utility of applying these techniques in the multi-objective multi-agent learning domain has not yet been thoroughly investigated. Agents learn the value of their decisions by linearly scalarizing their reward signals at the local level, while acceptable system wide behaviour results. However, the non-linear relationship between weighting parameters of the scalarization function and the learned policy makes the discovery of system wide trade-offs time consuming. Our first contribution is a thorough analysis of well known scalarization schemes within the multi-objective multi-agent reinforcement learning setup. The analysed approaches intelligently explore the weight-space in order to find a wider range of system trade-offs. In our second contribution, we propose a novel adaptive weight algorithm which interacts with the underlying local multi-objective solvers and allows for a better coverage of the Pareto front. Our third contribution is the experimental validation of our approach by learning bi-objective policies in self-organising smart camera networks. We note that our algorithm (i) explores the objective space faster on many problem instances, (ii) obtained solutions that exhibit a larger hypervolume, while (iii) acquiring a greater spread in the objective space.

Local Goals Driven Hierarchical Reinforcement Learning

* This research was partially supported by the Latvian Science Foundation under grant No.02-86d.

Recovery of glass fibre and carbon fibres from reinforced thermosets by batch pyrolysis and investigation of fibre re-using as reinforcement in LDPE matrix

A semi-batch pyrolysis process was used to recover samples carbon fibre and glass fibre from their respective wastes. The mechanical properties of the recovered fibres were tested and compared to those of virgin fibres, showing good retention of the fibre properties. The recovered fibres were then used to prepare new LDPE composite materials with commercial and laboratory-synthesized compatibilizers. Mild oxidation of the post-pyrolysis recovered fibres and the use of different compatibilizers gave significant improvements in the mechanical properties of the LDPE composites; however some of the manufactured composites made from recovered fibres had properties similar to those made from virgin fibres.

Positive Effects of Peer Modeling and Positive Reinforcement on Healthy Food Intake in Elementary School Children

The current study aims to discover the effects of “Food Dudes” peer modeling videos and positive reinforcement on vegetable consumption using a delayed multiple baseline design across subjects. Results suggest peer modeling and positive reinforcement as effective means to increase vegetable intake.

Desenvolvimento de bionanocompósitos: nano e microcristais de celulose com poli (álcool vinílico) e poli (ácido lático)

This work has the main objective to obtain nano and microcrystals of cellulose, extracted from the pineapple leaf fibres (PALF), as reinforcement for the manufacture of biocomposite films with polymeric matrices of Poly(vinyl alcohol) (PVA) and Poly(lactic acid) (PLA). The polymer matrices and the nano and microcrystals of cellulose were characterised by means of TGA, FTIR and DSC. The analysis was performed on the pineapple leaves to identify the macro and micronutrients. The fibers of the leaves of the pineapple were extracted in a desfibradeira mechanical. The PALF extracted were washed to remove washable impurities and subsequently treated with sodium hydroxide (NaOH) and sodium hypochlorite (NaClO) in the removal of impurities, such as fat, grease, pectates, pectin and lignin. The processed PALF fibers were hydrolysed in sulfuric acid (H2SO4) at a concentration of 13.5 %, to obtain nano and microcrystals of cellulose. In the manufacture of biocomposite films, concentrations of cellulose, 0 %, 1 %, 3 %, 6 %, 9% and 12% were used as reinforcement to the matrices of PVA and PLA. The PVA was dissolved in distilled water at 80 ± 5 oC and the PLA was dissolved in dichloromethane at room temperature. The manufacture of biocompósitos in the form of films was carried out by "casting". Tests were carried out to study the water absorption by the films and mechanical test of resistance to traction according to ASTM D638-10 with a velocity of 50 mm/min.. Chi-square statistical test was used to check for the existence of significant differences in the level of 0.05: the lengths of the PALF, lengths of the nano and microcrystals of cellulose and the procedures used for the filtration using filter syringe of 0.2 μm or filtration and centrifugation. The hydrophilicity of biocompósitos was analysed by measuring the contact angle and the thickness of biocompósitos were compared as well as the results of tests of traction. Statistical T test - Student was also applied with the significance level (0.05). In biodegradation, Sturm test of standard D5209 was used. Nano and microcrystals of cellulose with lengths ranging from 7.33 nm to 186.17 nm were found. The PVA films showed average thicknesses of 0.153 μm and PLA 0.210 μm. There is a strong linear correlation directly proportional between the traction of the films of PVA and the concentration of cellulose in the films (composite) (0,7336), while the thickness of the film was correlated in 0.1404. Nano and microcrystals of cellulose and thickness together, correlated to 0.8740. While the correlation between the cellulose content and tensile strength was weak and inversely proportional (- 0,0057) and thickness in -0.2602, totaling -0,2659 in PLA films. This can be attributed to the nano and microcrystals of cellulose not fully adsorbed to the PLA matrix. In the comparison of the results of the traction of the two polymer matrices, the nano and microcrystals have helped in reducing the traction of the films (composite) of PLA. There was still the degradation of the film of PVA, within a period of 20 days, which was not seen in the PLA film, on the other hand, the observations made in the literature, the average time to start the degradation is above 60 days. What can be said that the films are biodegradable composites, with hydrophilicity and the nano and microcrystals of cellulose, contribute positively in the improvement of the results of polymer matrices used.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Engineering polymeric micelles for solubilization of poorly-water soluble drugs : a novel approach for oral drug delivery

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Newly-developed parameters to quantify texture : application to polymeric porous structures

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Neural mechanisms of negative reinforcement in children and adolescents with autism spectrum disorders.

BACKGROUND: Previous research has found accumulating evidence for atypical reward processing in autism spectrum disorders (ASD), particularly in the context of social rewards. Yet, this line of research has focused largely on positive social reinforcement, while little is known about the processing of negative reinforcement in individuals with ASD. METHODS: The present study examined neural responses to social negative reinforcement (a face displaying negative affect) and non-social negative reinforcement (monetary loss) in children with ASD relative to typically developing children, using functional magnetic resonance imaging (fMRI). RESULTS: We found that children with ASD demonstrated hypoactivation of the right caudate nucleus while anticipating non-social negative reinforcement and hypoactivation of a network of frontostriatal regions (including the nucleus accumbens, caudate nucleus, and putamen) while anticipating social negative reinforcement. In addition, activation of the right caudate nucleus during non-social negative reinforcement was associated with individual differences in social motivation. CONCLUSIONS: These results suggest that atypical responding to negative reinforcement in children with ASD may contribute to social motivational deficits in this population.

Novel surface-tethered estrogen polymeric platforms in cardiovascular regenerative medicine

L’estradiol (E2) est une hormone femelle qui joue un rôle essentiel, à la fois dans la régulation et dans la détermination de certaines conditions physiologiques in vivo, telle que la différenciation et la prolifération cellulaire. Lorsque l’E2 est donné en supplément, par exemple dans le cas de thérapie hormonale, deux effets sont observés, un effet génomique et un effet non-génomique, de par son interaction avec les récepteurs à œstrogène du noyau ou de la membrane cellulaire, respectivement. L’effet non-génomique est plus difficile à étudier biologiquement parce que l’effet se produit sur une échelle de temps extrêmement courte et à cause de la nature hydrophobe de l’E2 qui réduit sa biodisponibilité et donc son accessibilité aux cellules cibles. C’est pourquoi il est nécessaire de développer des systèmes d’administration de l’E2 qui permettent de n’étudier que l’effet non-génomique de l’œstrogène. Une des stratégies employée consiste à greffer l’E2 à des macromolécules hydrophiles, comme de l’albumine de sérum bovin (BSA) ou des dendrimères de type poly(amido)amine, permettant de maintenir l’interaction de l’E2 avec les récepteurs d’œstrogène de la membrane cellulaire et d’éviter la pénétration de l’E2 dans le noyau des cellules. Toutefois, ces systèmes macromolécules-E2 sont critiquables car ils sont peu stables et l’E2 peut se retrouver sous forme libre, ce qui affecte sa localisation cellulaire. L’objectif de cette thèse est donc de développer de nouvelles plateformes fonctionnalisées avec de l’E2 en utilisant les approches de synthèses ascendantes et descendantes. Le but de ces plateformes est de permettre d’étudier le mécanisme de l’effet non-génomique de l’E2, ainsi que d’explorer des applications potentielles dans le domaine biomédical. L’approche ascendante est basée sur un ligand d’E2 activé, l’acide 17,α-éthinylestradiol-benzoïque, attaché de façon covalente à un polymère de chitosan avec des substitutions de phosphorylcholine (CH-PC-E2). L’estradiol est sous forme de pro-drogue attachée au polymère qui s’auto-assembler pour former un film. L’effet biologique de la composition chimique du film de chitosan-phosphorylcholine a été étudié sur des cellules endothéliales. Les films de compositions chimiques différentes ont préalablement été caractérisés de façon physicochimique. La topographie de la surface, la charge de surface, ainsi que la rhéologie des différents films contenant 15, 25, ou 40% molaires de phosphorylcholine, ont été étudiés par microscopie à force atomique (AFM), potentiel zêta, résonance plasmonique de surface et par microbalance à cristal de quartz avec dissipation (QCM-D). Les résultats de QCM-D ont montré que plus la part molaire en phosphorylcholine est grande moins il y a de fibrinogène qui s’adsorbe sur le film de CH-PC. Des cellules humaines de veine ombilicale (HUVECs) cultivées sur des films de CH-PC25 et de CH-PC40 forment des amas cellulaire appelés sphéroïdes au bout de 4 jours, alors que ce n’est pas le cas lorsque ces cellules sont cultivées sur des films de CH-PC15. L’attachement de l’estradiol au polymère a été caractérisé par plusieurs techniques, telles que la résonance magnétique nucléaire de proton (1H NMR), la spectroscopie infrarouge avec transformée de Fourier à réfraction totale atténuée (FTIR-ATR) et la spectroscopie UV-visible. La nature hydrogel des films (sa capacité à retenir l’eau) ainsi que l’interaction des films avec des récepteurs à E2, ont été étudiés par la QCM-D. Des études d’imagerie cellulaires utilisant du diacétate de diaminofluoresceine-FM ont révélé que les films hydrogels de CH-PC-E2 stimulent la production d’oxyde nitrique par les cellules endothéliales, qui joue un rôle protecteur pour le système cardiovasculaire. L’ensemble de ces études met en valeur les rôles différents et les applications potentielles qu’ont les films de type CH-PC-E2 et CH-PC dans le cadre de la médecine cardiovasculaire régénérative. L’approche descendante est basée sur l’attachement de façon covalente d’E2 sur des ilots d’or de 2 μm disposés en rangées et espacés par 12 μm sur un substrat en verre. Les ilots ont été préparés par photolithographie. La surface du verre a quant à elle été modifiée à l’aide d’un tripeptide cyclique, le cRGD, favorisant l’adhésion cellulaire. L’attachement d’E2 sur les surfaces d’or a été suivi et confirmé par les techniques de SPR et de QCM-D. Des études d’ELISA ont montré une augmentation significative du niveau de phosphorylation de la kinase ERK (marqueur important de l’effet non-génomique) après 1 heure d’exposition des cellules endothéliales aux motifs alternant l’E2 et le cRGD. Par contre lorsque des cellules cancéreuses sont déposées sur les surfaces présentant des motifs d’E2, ces cellules ne croissent pas, ce qui suggère que l’E2 n’exerce pas d’effet génomique. Les résultats de l’approche descendante montrent le potentiel des surfaces présentant des motifs d’E2 pour l’étude des effets non-génomiques de l’E2 dans un modèle in vitro.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.