Studies on biodegradable poly(hexano-6-lactone) fibers 1. Structure and properties of drawn poly(hexano-6-lactone) fibers

Using high molecular weight (M-n=80,000) Poly(hexano-6-lactone) (PCL'), tough and high tenacity PCL monofilaments with various draw ratios (undrawn to 9 times drawn) were prepared by melt-spinning. The relationship between microstructure and properties of the PCL fibers is described in this current IUPAC Technical Report. Analysis of microstructure of the drawn PCL fibers by wide-angle X-ray diffraction revealed typical c-axis orientation with an increase in crystallinity. It was also supported by sonic velocity measurements. The thermal, mechanical, and dynamic mechanical properties of the PCL fibers were affected significantly by draw ratio. DSC thermograms showed that the melting temperature and the enthalpy of fusion increased with draw ratio. The temperature dependence curves of dynamic viscoelasticity showed that the temperature at tan delta peak of alpha dispersion corresponding to the glass transition temperature shifted toward higher temperature and the peak value of tan delta decreased with draw ratio. The dynamic storage modulus and the sonic modulus increased with draw ratio. These results are due to the increase in crystallinity and molecular orientation with drawing, and are responsible for an increase in tensile tenacity as well as knot tenacity of the PCL fibers.

MECHANICAL-PROPERTIES OF PHENOLPHTHALEIN POLYETHER KETONE - YIELD STRESS, YOUNGS MODULUS, AND FRACTURE-TOUGHNESS

A series of tensile and three-point bending studies was conducted at various temperatures and loading rates using phenolphthalein polyether ketone (PEK-C). Yield stress, Young's modulus, fracture toughness, and crack opening displacement data were obtained for various conditions. In general, both yield stress and Young's modulus increase with decreasing temperature. However, the relationships between fracture toughness, loading rate, and temperature are very complex. This behavior is due to the simultaneous intersection of viscoelasticity and localized plastic deformation. The increased yield stress is the main factor contributing to the reduction in fracture toughness and crack opening displacement. The relationship between fracture toughness and yield stress are discussed. (C) 1995 John Wiley and Sons, Inc.

2-COMPONENT EPOXY NETWORK-LICLO4 POLYMER ELECTROLYTE

An epoxy network-LiClO4 electrolyte system was prepared from diglycidyl ether of polyethylene glycol and triglycidyl ether of glycerol, cured in the presence of LiClO4 only. Various techniques were used to characterize the chemical structure of the precursors and the correlation between the viscoelasticity and conductivity of the cured films was examined.

KEL-TI介质的地震波场响应与成像方法研究

To deal with the problems in multi-component converted seismic wave exploration in coal fields, the wave propagating features and imaging methods of multi-component converted waves in coal measure strata are researched in this thesis firstly. The relations between viscoelasticity and anisotropy in coal measure strata are analyzed to build KEL-TI model, and which seismic wave propagating and attenuating features are researched. The disadvantages of converted wave imaging methods based on common converted point gather are analyzed and constant velocity no NMO converted wave imaging method based on common scattering point gather is put forward, according to Huygens-Fresnel principle, which applicabilities in the elastic isotropic, elastic TI and KEL-TI situations are discussed. To different model simulation data, the common scattering point gathers’ and stacked profiles’ features are analyzed. The results show that the method can image compressional waves and converted waves with high precision. Secondly, the resolution enhancing theories and methods of converted wave are researched by Rayleigh wave suppressing, converted wave static correction and poststack inverse-Q filtering. 1) The polarization filter is designed by the instantaneous polarization information of seismic waves, and the Rayleigh wave suppressing method is researched. From the spectrum analysis before and after filtering, it can be derived that the amplitudes are kept relatively. 2) To constant velocity no NMO converted wave imaging method, the static correction method based on common equivalent offset point gather is put forward and tested to the actual converted waves. 3) The relation between equivalent quality factor of converted wave, compressional wave quality factor and the ratio of compressional to shear wave velocity is derived. The compressional wave quality inversion method by first arrivals of none-offset VSP is researched, and which is then transformed to the equivalent quality factor to perform inverse-Q filtering of actual converted waves. The result has shown that the method can recover the high frequency energy of converted waves. At last, the theories and methods researched in this thesis are practiced to the 3D3C seismic exploration in Guqiao coal mine in Huainan and achieve good results.

Physicochemical characterization of bioactive polyacrylic acid organogels as potential antimicrobial implants for the buccal cavity

This study describes the formulation and physicochemical characterization of poly(acrylic acid) (PAA) organogels, designed as bioactive implants for improved treatment of infectious diseases of the oral cavity. Organogels were formulated containing a range of concentrations of PAA (3-10% w/w) and metronidazole (2 or 5% w/w, representing a model antimicrobial agent) in different nonaqueous solvents, namely, glycerol (Gly), polyethylene glycol (PEG 400), or propylene glycol (PG). Characterization of the organogels was performed using flow rheometry, compressional analysis, oscillatory rheometry, in vitro mucoadhesion, moisture uptake, and drug release, methods that provide information pertaining to the nonclinical and clinical use of these systems. Increasing the concentration of PAA significantly increased the consistency, compressibility, storage modulus, loss modulus, dynamic viscosity, mucoadhesion, and the rate of drug release. These observations may be accredited to enhanced molecular polymer entanglement. In addition, the choice of solvent directly affected the physicochemical parameters of the organogels, with noticeable differences observed between the three solvents examined. These differences were accredited to the nature of the interaction of PAA with each solvent and, importantly, the density of the resultant physical cross-links. Good correlation was observed between the viscoelastic properties and drug release, with the exception of glycerol-based formulations containing 5 and 10% w/w PAA. This disparity was due to excessive swelling during the dissolution analysis. Ideally, formulations should exhibit controlled drug release, high viscoelasticity, and mucoadhesion, but should flow under minimal stresses. Based on these criteria, PEG 400-based organogels composed of 5% or 10% w/w PAA exhibited suitable physicochemical properties and are suggested to be a potentially interesting strategy for use as bioactive implants designed for use in the oral cavity. © 2008 American Chemical Society.

Moisture-Activated Rheological Structuring of Nonaqueous Poloxamine–Poly(Acrylic Acid) Systems Designed as Novel Biomedical Implants

This study reports the formulation/characterisation of novel polymeric platforms designed to behave as low-viscosity systems in the nonaqueous state, however, following uptake of aqueous ?uids, exhibit rheological structuring and mucoadhesion. The rheological/mechanical and mucoadhesive properties of platforms containing poly(acrylic acid) (PAA, 1%, 3%, 5%, w/w) and poloxamines (Tetronic 904, 901, 704, 701, 304), both in the absence and presence of phosphate buffered saline (PBS, pH 7.4) are described. With the exception of Tetronic 904, all formulations exhibited Newtonian ?ow in the nonaqueous state, whereas, all aqueous formulations displayed pseudoplastic ?ow. The consistency and viscoelastic properties were dependent on the concentrations of PAA and PBS and Tetronic grade. PBS signi?cantly increased the consistency, viscoelasticity and mucoadhesion, reaching a maximum at a de?ned concentration of PBS that was dependent on PAA concentration and Tetronic grade. Formulations containing Tetronic 904 exhibited greatest consistency and elasticity both prior to and after dilution with PBS. Increasing PAA concentration enhanced the mucoadhesive properties. Prolonged drug release of metronidazole was observed from formulations containing 10% (w/w) PBS, 3% and, particularly, 5% (w/w) PAA. It is suggested that the physicochemical properties of formulations containing 3% or 5% (w/w) PAA and Tetronic 904, would render them suitable platforms for administration to body cavities.

Physicochemical characterization and preliminary in vivo efficacy of bioadhesive, semisolid formulations containing flurbiprofen for the treatment of gingivitis

In this study, the physicochemical properties and preliminary in vivo clinical performance of formulations containing hydroxyethylcellulose (HEC; 3, 5, 10% w/w, poly(vinylpyrrolidone) (PVP; 3, 5% w/w), polycarbophil (PC; 1, 3, 5% w/w), and flurbiprofen (5% w/w) were examined. Flurbiprofen release into PBS pH 7.4 was performed at 37 degrees C. The mechanical properties (hardness, compressibility, adhesiveness, initial stress) and syringeability of formulations were determined using a texture analyzer in texture profile analysis (TPA) and compression modes, respectively. In general, the time required for release of 10 and 30% of the original mass of flurbiprofen (t(10%), t(30%)) increased as the concentration of each polymeric component increased. However, in the presence of either 5 or 10% HEC and 5% PC, increased PVP concentration decreased both t(10%), t(30%) due to excessive swelling land disintegration) of these formulations. Increased concentrations of HEC, PVP, and PC significantly increased formulation hardness, compressibility, work of syringe expression, and initial stress due to the effects of these polymers on formulation viscoelasticity. Similarly, increased concentrations of PC (primarily), HEC, and PVP increased formulation adhesiveness-due to the known bioadhesive properties of these polymers. Clinical efficacies of formulations containing 3% HEC, 3% PVP, 3% PC, and either 0% (control) of 5% (test) flurbiprofen, selected to offer optimal drug release and mechanical properties, were evaluated and clinically compared in an experimental gingivitis model. The test (flurbiprofen-containing) formulation significantly reduced gingival inflammation, as evaluated using the gingival index, and the gingival crevicular fluid volume, whereas, these clinical parameters were generally increased in volunteers who had received the control formulation. There were no observed differences in the plaque indices of the two subject groups, confirming that the observed differences in gingival inflammation could not be accredited to differences in plaque accummulation. This study has shown both the applicability of the in vitro methods used, particularly TPA, for the rational selection of formulations for clinical evaluation and, additionally, the clinical benefits of the topical application of a bioadhesive semisolid flurbiprofen-containing formulation for the treatment of experimental gingivitis.

Optical and mechanical analysis on a biological cell in optical tweezers

La réponse mécanique d’une cellule à une force externe permet d’inférer sa structure et fonction. Les pinces optiques s’avèrent une approche particulièrement attrayante pour la manipulation et caractérisation biophysique sophistiquée des cellules de façon non invasive. Cette thèse explore l’utilisation de trois types de pinces optiques couramment utilisées : 1) statiques (static), 2) à exposition partagée (time-sharing) et 3) oscillantes (oscillating). L’utilisation d’un code basé sur la méthode des éléments finis en trois dimensions (3DFEM) nous permet de modéliser ces trois types de piégeage optique afin d’extraire les propriétés mécaniques cellulaires à partir des expériences. La combinaison des pinces optiques avec la mécanique des cellules requiert des compétences interdisciplinaires. Une revue des approches expérimentales sur le piégeage optique et les tests unicellulaires est présentée. Les bases théoriques liant l’interaction entre la force radiative optique et la réponse mécanique de la cellule aussi. Pour la première fois, une simulation adaptée (3DFEM) incluant la diffusion lumineuse et la distribution du stress radiatif permet de prédire la déformation d’une cellule biconcave –analogue aux globules rouges—dans un piège statique double (static dual-trap). À l’équilibre, on observe que la déformation finale est donnée par l’espacement entre les deux faisceaux lasers: la cellule peut être étirée ou même comprimée. L’exposition partagée (time-sharing) est la technique qui permet de maintenir plusieurs sites de piégeage simultanément à partir du même faisceau laser. Notre analyse quantitative montre que, même oscillantes, la force optique et la déformation sont omniprésentes dans la cellule : la déformation viscoélastique et la dissipation de l’énergie sont analysées. Une autre cellule-type, la tige cubique, est étudiée : cela nous permet d’élucider de nouvelles propriétés sur la symétrie de la réponse mécanique. Enfin, l’analyse de la déformation résolue en temps dans un piége statique ou à exposition partagée montre que la déformation dépend simultanément de la viscoélasticité, la force externe et sa forme tridimensionnelle. La technique à force oscillante (oscillating tweezers) montre toutefois un décalage temporel, entre la force et la déformation, indépendant de la forme 3D; cette approche donnerait directement accès au tenseur viscoélastique complexe de la cellule.

Nanotecnologia aplicada a formulações tópicas de fármacos anti-inflamatórios não esteróides

Tese de doutoramento, Farmácia (Tecnologia Farmacêutica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Friction losses of Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to determine, for Newtonian and non-Newtonian fluids, the friction factor (fc) with simultaneous heat transfer, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a vertical helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w). The non-Newtonian fluids were aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations of 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations of 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study done, the polymer solutions had shear-thinning behavior and different values of viscoelasticity. The helical coil used has an internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.00483 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. It was concluded that the friction factors, with simultaneous heat transfer, for Newtonian fluids can be calculated using expressions from literature for isothermal flows. The friction factors for CMC and XG solutions are similar to those for Newtonian fluids when the Dean number, based in a generalized Reynolds number, is less than 80. For Dean numbers higher than 80, the friction factors of the CMC solutions are lower those of the XG solutions and of the Newtonian fluids. In this range the friction factors decrease with the increase of the viscometric component of the solution and increase for increasing elastic component. The change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, is in accordance with the study of Ali [4]. There is a change of behavior at Dean number 80, for Newtonian and non-Newtonian fluids, which is in according to previous studies. The data also showed that the use of the bulk temperature or of the film temperature to calculate the physical properties of the fluid has a residual effect in the friction factor values.

Heat transfer coefficients from Newtonian and non-Newtonian fluids flowing in laminar regime in a helical coil

This study aimed to carry out experimental work to obtain, for Newtonian and non-Newtonian fluids, heat transfer coefficients, at constant wall temperature as boundary condition, in fully developed laminar flow inside a helical coil. The Newtonian fluids studied were aqueous solutions of glycerol, 25%, 36%, 43%, 59% and 78% (w/w) and the non-Newtonian fluids aqueous solutions of carboxymethylcellulose (CMC), a polymer, with concentrations 0.1%, 0.2%, 0.3%, 0.4% and 0.6% (w/w) and aqueous solutions of xanthan gum (XG), another polymer, with concentrations 0.1% and 0.2% (w/w). According to the rheological study performed, the polymer solutions had shear thinning behavior and different values of elasticity. The helical coil used has internal diameter, curvature ratio, length and pitch, respectively: 0.004575 m, 0.0263, 5.0 m and 11.34 mm. The Nusselt numbers for the CMC solutions are, on average, slightly higher than those for Newtonian fluids, for identical Prandtl and generalized Dean numbers. As outcome, the viscous component of the shear thinning polymer tends to potentiate the mixing effect of the Dean cells. The Nusselt numbers of the XG solutions are significant lower than those of the Newtonian solutions, for identical Prandtl and generalized Dean numbers. Therefore, the elastic component of the polymer tends to diminish the mixing effect of the Dean cells. A global correlation, for Nusselt number as a function of Péclet, generalized Dean and Weissenberg numbers for all Newtonian and non-Newtonian solutions studied, is presented.

L'élastographie ultrasonore dynamique vasculaire : une nouvelle modalité d'imagerie non-invasive pour la caractérisation mécanique de la thrombose veineuse

L’accident thromboembolique veineux, tel que la thrombose veineuse profonde (TVP) ou thrombophlébite des membres inférieurs, est une pathologie vasculaire caractérisée par la formation d’un caillot sanguin causant une obstruction partielle ou totale de la lumière sanguine. Les embolies pulmonaires sont une complication mortelle des TVP qui surviennent lorsque le caillot se détache, circule dans le sang et produit une obstruction de la ramification artérielle irriguant les poumons. La combinaison d’outils et de techniques d’imagerie cliniques tels que les règles de prédiction cliniques (signes et symptômes) et les tests sanguins (D-dimères) complémentés par un examen ultrasonographique veineux (test de compression, écho-Doppler), permet de diagnostiquer les premiers épisodes de TVP. Cependant, la performance de ces outils diagnostiques reste très faible pour la détection de TVP récurrentes. Afin de diriger le patient vers une thérapie optimale, la problématique n’est plus basée sur la détection de la thrombose mais plutôt sur l’évaluation de la maturité et de l’âge du thrombus, paramètres qui sont directement corrélées à ses propriétés mécaniques (e.g. élasticité, viscosité). L’élastographie dynamique (ED) a récemment été proposée comme une nouvelle modalité d’imagerie non-invasive capable de caractériser quantitativement les propriétés mécaniques de tissus. L’ED est basée sur l’analyse des paramètres acoustiques (i.e. vitesse, atténuation, pattern de distribution) d’ondes de cisaillement basses fréquences (10-7000 Hz) se propageant dans le milieu sondé. Ces ondes de cisaillement générées par vibration externe, ou par source interne à l’aide de la focalisation de faisceaux ultrasonores (force de radiation), sont mesurées par imagerie ultrasonore ultra-rapide ou par résonance magnétique. Une méthode basée sur l’ED adaptée à la caractérisation mécanique de thromboses veineuses permettrait de quantifier la sévérité de cette pathologie à des fins d’amélioration diagnostique. Cette thèse présente un ensemble de travaux reliés au développement et à la validation complète et rigoureuse d’une nouvelle technique d’imagerie non-invasive élastographique pour la mesure quantitative des propriétés mécaniques de thromboses veineuses. L’atteinte de cet objectif principal nécessite une première étape visant à améliorer les connaissances sur le comportement mécanique du caillot sanguin (sang coagulé) soumis à une sollicitation dynamique telle qu’en ED. Les modules de conservation (comportement élastique, G’) et de perte (comportement visqueux, G’’) en cisaillement de caillots sanguins porcins sont mesurés par ED lors de la cascade de coagulation (à 70 Hz), et après coagulation complète (entre 50 Hz et 160 Hz). Ces résultats constituent les toutes premières mesures du comportement dynamique de caillots sanguins dans une gamme fréquentielle aussi étendue. L’étape subséquente consiste à mettre en place un instrument innovant de référence (« gold standard »), appelé RheoSpectris, dédié à la mesure de la viscoélasticité hyper-fréquence (entre 10 Hz et 1000 Hz) des matériaux et biomatériaux. Cet outil est indispensable pour valider et calibrer toute nouvelle technique d’élastographie dynamique. Une étude comparative entre RheoSpectris et la rhéométrie classique est réalisée afin de valider des mesures faites sur différents matériaux (silicone, thermoplastique, biomatériaux, gel). L’excellente concordance entre les deux technologies permet de conclure que RheoSpectris est un instrument fiable pour la mesure mécanique à des fréquences difficilement accessibles par les outils actuels. Les bases théoriques d’une nouvelle modalité d’imagerie élastographique, nommée SWIRE (« shear wave induced resonance dynamic elastography »), sont présentées et validées sur des fantômes vasculaires. Cette approche permet de caractériser les propriétés mécaniques d’une inclusion confinée (e.g. caillot sanguin) à partir de sa résonance (amplification du déplacement) produite par la propagation d’ondes de cisaillement judicieusement orientées. SWIRE a également l’avantage d’amplifier l’amplitude de vibration à l’intérieur de l’hétérogénéité afin de faciliter sa détection et sa segmentation. Finalement, la méthode DVT-SWIRE (« Deep venous thrombosis – SWIRE ») est adaptée à la caractérisation de l’élasticité quantitative de thromboses veineuses pour une utilisation en clinique. Cette méthode exploite la première fréquence de résonance mesurée dans la thrombose lors de la propagation d’ondes de cisaillement planes (vibration d’une plaque externe) ou cylindriques (simulation de la force de radiation par génération supersonique). DVT-SWIRE est appliquée sur des fantômes simulant une TVP et les résultats sont comparés à ceux donnés par l’instrument de référence RheoSpectris. Cette méthode est également utilisée avec succès dans une étude ex vivo pour l’évaluation de l’élasticité de thromboses porcines explantées après avoir été induites in vivo par chirurgie.

Electrospinning and characterization of supramolecular poly(4-vinyl pyridine)-small molecule complexes

La chimie supramoléculaire est basée sur l'assemblage non covalent de blocs simples, des petites molécules aux polymères, pour synthétiser des matériaux fonctionnels ou complexes. La poly(4-vinylpyridine) (P4VP) est l'une des composantes supramoléculaires les plus utilisées en raison de sa chaîne latérale composée d’une pyridine pouvant interagir avec de nombreuses espèces, telles que les petites molécules monofonctionnelles et bifonctionnelles, grâce à divers types d'interactions. Dans cette thèse, des assemblages supramoléculaires de P4VP interagissant par liaisons hydrogène avec de petites molécules sont étudiés, en ayant comme objectifs de faciliter l'électrofilage de polymères et de mieux comprendre et d'optimiser la photoréponse des matériaux contenant des dérivés d'azobenzène. Une nouvelle approche est proposée afin d'élargir l'applicabilité de l'électrofilage, une technique courante pour produire des nanofibres. À cet effet, un complexe entre la P4VP et un agent de réticulation bifonctionnel capable de former deux liaisons hydrogène, le 4,4'-biphénol (BiOH), a été préparé pour faciliter le processus d’électrofilage des solutions de P4VP. Pour mieux comprendre ce complexe, une nouvelle méthode de spectroscopie infrarouge (IR) a d'abord été développée pour quantifier l'étendue de la complexation. Elle permet de déterminer un paramètre clé, le rapport du coefficient d'absorption d'une paire de bandes attribuées aux groupements pyridines libres et liées par liaisons hydrogène, en utilisant la 4-éthylpyridine comme composé modèle à l’état liquide. Cette méthode a été appliquée à de nombreux complexes de P4VP impliquant des liaisons hydrogène et devrait être généralement applicable à d'autres complexes polymères. La microscopie électronique à balayage (SEM) a révélé l'effet significatif du BiOH sur la facilité du processus d’électrofilage de P4VP de masses molaires élevées et faibles. La concentration minimale pour former des fibres présentant des perles diminue dans le N, N'-diméthylformamide (DMF) et diminue encore plus lorsque le nitrométhane, un mauvais solvant pour la P4VP et un non-solvant pour le BiOH, est ajouté pour diminuer l'effet de rupture des liaisons hydrogène causé par le DMF. Les liaisons hydrogène dans les solutions et les fibres de P4VP-BiOH ont été quantifiées par spectroscopie IR et les résultats de rhéologie ont démontré la capacité de points de réticulation effectifs, analogues aux enchevêtrements physiques, à augmenter la viscoélasticité de solutions de P4VP pour mieux résister à la formation de gouttelettes. Cette réticulation effective fonctionne en raison d'interactions entre le BiOH bifonctionnel et deux chaînes de P4VP, et entre les groupements hydroxyles du BiOH complexé de manière monofonctionnelle. Des études sur d’autres agents de réticulation de faible masse molaire ont montré que la plus forte réticulation effective est introduite par des groupes d’acide carboxylique et des ions de zinc (II) qui facilitent le processus d’électrofilage par rapport aux groupements hydroxyles du BiOH. De plus, la sublimation est efficace pour éliminer le BiOH contenu dans les fibres sans affecter leur morphologie, fournissant ainsi une méthode élégante pour préparer des fibres de polymères purs dont le processus d’électrofilage est habituellement difficile. Deux complexes entre la P4VP et des azobenzènes photoactifs portant le même groupement tête hydroxyle et différents groupes queue, soit cyano (ACN) ou hydrogène (AH), ont été étudiés par spectroscopie infrarouge d’absorbance structurale par modulation de la polarisation (PM-IRSAS) pour évaluer l'impact des groupements queue sur leur performance lors de l'irradiation avec de la lumière polarisée linéairement. Nous avons constaté que ACN mène à la photo-orientation des chaînes latérales de la P4VP et des azobenzènes, tandis que AH mène seulement à une orientation plus faible des chromophores. La photo-orientation des azobenzènes diminue pour les complexes avec une teneur croissante en chromophore, mais l'orientation de la P4VP augmente. D'autre part, l'orientation résiduelle après la relaxation thermique augmente avec la teneur en ACN, à la fois pour le ACN et la P4VP, mais la tendance opposée est constatée pour AH. Ces différences suggèrent que le moment dipolaire a un impact sur la diffusion rotationnelle des chromophores. Ces résultats contribueront à orienter la conception de matériaux polymères contenant des azobenzène efficaces.

Développement d'une nouvelle méthode de caractérisation tissulaire basée sur l'élastographie ultrasonore : application pour le dépistage précoce du cancer du sein

Le cancer du sein est le cancer le plus fréquent chez la femme. Il demeure la cause de mortalité la plus importante chez les femmes âgées entre 35 et 55 ans. Au Canada, plus de 20 000 nouveaux cas sont diagnostiqués chaque année. Les études scientifiques démontrent que l'espérance de vie est étroitement liée à la précocité du diagnostic. Les moyens de diagnostic actuels comme la mammographie, l'échographie et la biopsie comportent certaines limitations. Par exemple, la mammographie permet de diagnostiquer la présence d’une masse suspecte dans le sein, mais ne peut en déterminer la nature (bénigne ou maligne). Les techniques d’imagerie complémentaires comme l'échographie ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont alors utilisées en complément, mais elles sont limitées quant à la sensibilité et la spécificité de leur diagnostic, principalement chez les jeunes femmes (< 50 ans) ou celles ayant un parenchyme dense. Par conséquent, nombreuses sont celles qui doivent subir une biopsie alors que leur lésions sont bénignes. Quelques voies de recherche sont privilégiées depuis peu pour réduire l`incertitude du diagnostic par imagerie ultrasonore. Dans ce contexte, l’élastographie dynamique est prometteuse. Cette technique est inspirée du geste médical de palpation et est basée sur la détermination de la rigidité des tissus, sachant que les lésions en général sont plus rigides que le tissu sain environnant. Le principe de cette technique est de générer des ondes de cisaillement et d'en étudier la propagation de ces ondes afin de remonter aux propriétés mécaniques du milieu via un problème inverse préétabli. Cette thèse vise le développement d'une nouvelle méthode d'élastographie dynamique pour le dépistage précoce des lésions mammaires. L'un des principaux problèmes des techniques d'élastographie dynamiques en utilisant la force de radiation est la forte atténuation des ondes de cisaillement. Après quelques longueurs d'onde de propagation, les amplitudes de déplacement diminuent considérablement et leur suivi devient difficile voir impossible. Ce problème affecte grandement la caractérisation des tissus biologiques. En outre, ces techniques ne donnent que l'information sur l'élasticité tandis que des études récentes montrent que certaines lésions bénignes ont les mêmes élasticités que des lésions malignes ce qui affecte la spécificité de ces techniques et motive la quantification de d'autres paramètres mécaniques (e.g.la viscosité). Le premier objectif de cette thèse consiste à optimiser la pression de radiation acoustique afin de rehausser l'amplitude des déplacements générés. Pour ce faire, un modèle analytique de prédiction de la fréquence de génération de la force de radiation a été développé. Une fois validé in vitro, ce modèle a servi pour la prédiction des fréquences optimales pour la génération de la force de radiation dans d'autres expérimentations in vitro et ex vivo sur des échantillons de tissu mammaire obtenus après mastectomie totale. Dans la continuité de ces travaux, un prototype de sonde ultrasonore conçu pour la génération d'un type spécifique d'ondes de cisaillement appelé ''onde de torsion'' a été développé. Le but est d'utiliser la force de radiation optimisée afin de générer des ondes de cisaillement adaptatives, et de monter leur utilité dans l'amélioration de l'amplitude des déplacements. Contrairement aux techniques élastographiques classiques, ce prototype permet la génération des ondes de cisaillement selon des parcours adaptatifs (e.g. circulaire, elliptique,…etc.) dépendamment de la forme de la lésion. L’optimisation des dépôts énergétiques induit une meilleure réponse mécanique du tissu et améliore le rapport signal sur bruit pour une meilleure quantification des paramètres viscoélastiques. Il est aussi question de consolider davantage les travaux de recherches antérieurs par un appui expérimental, et de prouver que ce type particulier d'onde de torsion peut mettre en résonance des structures. Ce phénomène de résonance des structures permet de rehausser davantage le contraste de déplacement entre les masses suspectes et le milieu environnant pour une meilleure détection. Enfin, dans le cadre de la quantification des paramètres viscoélastiques des tissus, la dernière étape consiste à développer un modèle inverse basé sur la propagation des ondes de cisaillement adaptatives pour l'estimation des paramètres viscoélastiques. L'estimation des paramètres viscoélastiques se fait via la résolution d'un problème inverse intégré dans un modèle numérique éléments finis. La robustesse de ce modèle a été étudiée afin de déterminer ces limites d'utilisation. Les résultats obtenus par ce modèle sont comparés à d'autres résultats (mêmes échantillons) obtenus par des méthodes de référence (e.g. Rheospectris) afin d'estimer la précision de la méthode développée. La quantification des paramètres mécaniques des lésions permet d'améliorer la sensibilité et la spécificité du diagnostic. La caractérisation tissulaire permet aussi une meilleure identification du type de lésion (malin ou bénin) ainsi que son évolution. Cette technique aide grandement les cliniciens dans le choix et la planification d'une prise en charge adaptée.

The Inertio-Elastic Planar Entry Flow of Low-Viscosity Elastic Fluids in Micro-fabricated Geometries

The non-Newtonian flow of dilute aqueous polyethylene oxide (PEO) solutions through microfabricated planar abrupt contraction-expansions is investigated. The contraction geometries are fabricated from a high-resolution chrome mask and cross-linked PDMS gels using the tools of soft-lithography. The small length scales and high deformation rates in the contraction throat lead to significant extensional flow effects even with dilute polymer solutions having time constants on the order of milliseconds. The dimensionless extra pressure drop across the contraction increases by more than 200% and is accompanied by significant upstream vortex growth. Streak photography and videomicroscopy using epifluorescent particles shows that the flow ultimately becomes unstable and three-dimensional. The moderate Reynolds numbers (0.03 ≤ Re ≤ 44) associated with these high Deborah number (0 ≤ De ≤ 600) microfluidic flows results in the exploration of new regions of the Re-De parameter space in which the effects of both elasticity and inertia can be observed. Understanding such interactions will be increasingly important in microfluidic applications involving complex fluids and can best be interpreted in terms of the elasticity number, El = De/Re, which is independent of the flow kinematics and depends only on the fluid rheology and the characteristic size of the device.