Développement de tensioactifs à base d’acides biliaires pegylés pour des applications pharmaceutiques

Les acides biliaires sont reconnus comme des tensioactifs d’origine biologique potentiellement applicables dans le domaine pharmaceutique. Leurs structures en font une plateforme idéale pour l’obtention de nouvelles architectures polymères. Des composés synthétisés par polymérisation anionique de dérivés d’oxirane comme l’oxyde d’éthylène, offre des dérivés amphiphiles pegylés démontrant des propriétés d’agrégation intéressantes en vue d’une amélioration de la biocompatibilité et de la capacité d’encapsulation médicamenteuse. Une large gamme d’acides biliaires pegylés (BA(EGn)x) a été préparée avec comme objectif premier leurs applications dans la formulation de principes actifs problématiques. Pour cela, une caractérisation rigoureuse du comportement de ces dérivés (modulation de la longueur (2 < n < 19) et du nombre de bras (2 < x < 4) de PEG) en solution a été réalisée. Dans le but d’améliorer la biodisponibilité de principes actifs lipophiles (cas de l’itraconazole), des nanoémulsions spontanées, composées de BA(EGn)x et d’acide oléique, ont été développées. L’évaluation in vitro, de la toxicité (cellulaire), et de la capacité de solubilisation des systèmes BA(EGn)x, ainsi que les paramètres pharmacocinétiques in vivo (chez le rat), suggèrent une livraison contrôlée par nos systèmes auto-assemblés lors de l’administration orale et intraveineuse. Aussi, la synthèse de copolymères en blocs en étoile à base d’acide cholique pegylés a été effectuée par polymérisation anionique par addition d’un second bloc au caractère hydrophobe de poly(éther d’allyle et de glycidyle) (CA(EGn-b-AGEm)4). Selon le ratio de blocs hydrophiles-hydrophobes CA(EGn-b-AGEm)4, des réponses thermiques en solution (LCST) ont été observées par un point de trouble (Cp) entre 8 oC et 37 oC. Un mécanisme de formation d’agrégats en plusieurs étapes est suggéré. La thiolation des allyles des PAGE permet une fonctionnalisation terminale à haute densité, comparable aux dendrimères. Les caractérisations physico-chimiques des CA(EGn-b-AGEm-NH2)4 et CA(EGn-b-AGEm-COOH)4 indiquent la formation de structures auto-assemblées en solution, sensibles à la température ou au pH. Cette fonctionnalisation élargie le domaine d’application des dérivés d’acides biliaires pegylés en étoile vers la transfection d’ADN, la livraison de siRNA thérapeutiques ou encore à une sélectivité de livraison médicamenteux (ex. sensibilité au pH, greffage ligands).

Développement de nouveaux sels Binol-imidazoliums : de la catalyse asymétrique aux applications biologiques

Le 1,1'-bi-2-naphtol ou Binol, présentant une chiralité axiale, est un ligand très utilisé en catalyse asymétrique. Au cours des vingt dernières années, le Binol a servi de synthon à l’élaboration de très nombreux ligands permettant la catalyse asymétrique de tous types de réactions, allant de l’hydrogénation, à l’alkylation, en passant par diverses réactions péricycliques. Le grand intérêt pour ce ligand vient de sa versatilité et des nombreuses possibilités de fonctionnalisation qu’il offre, permettant d’altérer ses propriétés catalytiques à volonté, aussi bien en modifiant son caractère électronique, qu’en introduisant des facteurs stériques autour du site catalytique. Parallèlement aux développements de la catalyse par des dérivés de Binol, le domaine des liquides ioniques a connu un intérêt croissant ces dernières années. Les liquides ioniques, sels dont le point de fusion est inférieur à 100°C, cumulent de nombreuses qualités convoitées : faible pression de vapeur, stabilité thermique et chimique et fort pouvoir de solvatation. Dû à ces propriétés, les liquides ioniques ont principalement été étudiés dans l’optique de développer une gamme de solvants recyclables. Alors que les propriétés des liquides ioniques sont facilement modulables en fonction de l’anion et du cation choisi, le concept de liquide ionique à tâche spécifique va plus loin et propose d’introduire directement, sur le cation ou l’anion, un groupement conférant une propriété particulière. En suivant cette approche, plusieurs ligands ioniques ont été rapportés, par simple couplage d’un cation organique à un ligand déjà connu. Étonnamment, le Binol a fait l’objet de très peu de travaux pour l’élaboration de ligands ioniques. Dans cette thèse, nous proposons l’étude d’une famille de composés de type Binol-imidazolium dont les unités Binol et imidazolium sont séparées par un espaceur méthylène. Différents homologues ont été synthétisés en variant le nombre d’unités imidazolium et leur position sur le noyau Binol, la longueur de la chaîne alkyle portée par les unités imidazolium et la nature du contre-anion. Après une étude des propriétés thermiques de ces composés, l’utilisation des Binol-imidazoliums en tant que ligands dans une réaction asymétrique d’éthylation d’aldéhydes aromatique a été étudiée en milieu liquide ionique. La réaction a été conduite en solvant liquide ionique dans le but de recycler aussi bien le ligand Binol-imidazolium que le solvant, en fin de réaction. Cette étude nous a permis de démontrer que la sélectivité de ces ligands ioniques dépend grandement de leur structure. En effet, seuls les Binols fonctionnalisés en positions 6 et 6’ permettent une sélectivité de la réaction d’éthylation. Alors que les dérivés de Binol fonctionnalisés en positions 3 et 3’ ne permettent pas une catalyse énantiosélective, il a déjà été rapporté que ces composés avaient la capacité de complexer des anions. D’autre part, il a déjà été rapporté par notre groupe, que les composés comportant des unités imidazolium pouvaient permettre le transport d’anions à travers des bicouches lipidiques en fonction de leur amphiphilie. Ceci nous a amenés à la deuxième partie de cette thèse qui porte sur les propriétés ionophores des Binols fonctionnalisés en positions 3 et 3’ par des unités imidazoliums. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’étude de la relation structure-activité et au mécanisme de transport de ces composés. Le transport d’anions étant un processus clé dans la biologie cellulaire, l’activité biologique des composés présentant une activité ionophore dans des systèmes modèles (liposomes) a été étudiée par la suite. L’activité antibactérienne des nos composés a été testée sur quatre souches de bactéries. Il s’est avéré que les composés Binol-imidazolium sont actifs uniquement sur les bactéries Gram positives. Finalement, la cytotoxicité des composés présentant une activité antibactérienne a été étudiée sur des cellules humaines.

Modèles d'atmosphères hors-ETL avec métaux : applications aux étoiles sous-naines chaudes

Avec la mise en place dans les dernières années d'une grappe d'ordinateurs (CALYS) dédiés aux calculs de modèles stellaires pour notre groupe de recherche, il nous est désormais possible d'exploiter à leur plein potentiel les modèles d'atmosphères hors équilibre thermodynamique local (HETL) en y incluant des éléments métalliques. Ce type de modèles, plutôt exigeant en temps de calcul, est toutefois essentiel pour analyser correctement les spectres d'étoiles chaudes comme les sous-naines de type O (sdO). Les travaux effectués dans le cadre de cette thèse ont comme point commun l'utilisation de tels modèles d'atmosphères pour faire l'analyse spectroscopique d'étoiles sous-naines chaudes dans des contextes variés. Le coeur de cette thèse porte sur Bd+28 4211, une étoile standard de type sdO très chaude, dans laquelle le problème des raies de Balmer, qui empêche de reproduire ces dernières avec une unique, et réaliste, combinaison de paramètres atmosphériques, est bien présent. Dans un premier temps nous présentons une analyse approfondie de son spectre ultraviolet (UV). Cela nous permet de déterminer les abondances de métaux dans l'atmosphère de l'étoile et de contraindre sa température effective et sa gravité de surface. Par la suite, ces résultats servent de point de départ à l'analyse du spectre optique de l'étoile, dans lequel le problème des raies de Balmer se fait sentir. Cette analyse nous permet de conclure que l'inclusion des abondances métalliques propres à l'étoile dans les modèles d'atmosphères HETL n'est pas suffisant pour surmonter le problème des raies de Balmer. Toutefois, en y incluant des abondances dix fois solaires, nous arrivons à reproduire correctement les raies de Balmer et d'hélium présentes dans les spectres visibles lors d'un ajustement de paramètres. De plus, les paramètres résultants concordent avec ceux indiqués par le spectre UV. Nous concluons que des sources d'opacité encore inconnues ou mal modélisées sont à la source de ce problème endémique aux étoiles chaudes. Par la suite nous faisons une étude spectroscopique de Feige 48, une étoile de type sdB pulsante particulièrement importante. Nous arrivons à reproduire très bien le spectre visible de cette étoile, incluant les nombreuses raies métalliques qui s'y trouvent. Les paramètres fondamentaux obtenus pour Feige 48 corroborent ceux déjà présents dans la littérature, qui ont été obtenus avec des types de modèles d'atmosphères moins sophistiqués, ce qui implique que les effets HETL couplés à la présence de métaux ne sont pas importants dans l'atmosphère de cette étoile particulière. Nous pouvons donc affirmer que les paramètres de cette étoile sont fiables et peuvent servir de base à une future étude astérosismologique quantitative. Finalement, 38 étoiles sous-naines chaudes appartenant à l'amas globulaire omega Centauri ont été analysées afin de déterminer, outre leur température et gravité de surface, leurs abondances d'hélium et de carbone. Nous montrons qu'il existe une corrélation entre les abondances photosphériques de ces deux éléments. Nous trouvons aussi des différences entre les étoiles riches en hélium de l'amas du celles du champ. Dans leur ensemble, nos résultats remettent en question notre compréhension du mécanisme de formation des sous-naines riches en hélium.

Points quantiques : caractérisation et applications en sciences pharmaceutiques

L’imagerie médicale a longtemps été limitée à cause des performances médiocres des fluorophores organiques. Récemment la recherche sur les nanocristaux semi-conducteurs a grandement contribué à l’élargissement de la gamme d’applications de la luminescence dans les domaines de l’imagerie et du diagnostic. Les points quantiques (QDs) sont des nanocristaux de taille similaire aux protéines (2-10 nm) dont la longueur d’onde d’émission dépend de leur taille et de leur composition. Le fait que leur surface peut être fonctionnalisée facilement avec des biomolécules rend leur application particulièrement attrayante dans le milieu biologique. Des QDs de structure « coeur-coquille » ont été synthétisés selon nos besoins en longueur d’onde d’émission. Dans un premier article nous avons modifié la surface des QDs avec des petites molécules bi-fonctionnelles portant des groupes amines, carboxyles ou zwitterions. L’effet de la charge a été analysé sur le mode d’entrée des QDs dans deux types cellulaires. À l’aide d’inhibiteurs pharmacologiques spécifiques à certains modes d’internalisation, nous avons déterminé le mode d’internalisation prédominant. L’endocytose par les radeaux lipidiques représente le mode d’entrée le plus employé pour ces QDs de tailles similaires. D’autres modes participent également, mais à des degrés moindres. Des disparités dans les modes d’entrée ont été observées selon le ligand de surface. Nous avons ensuite analysé l’effet de l’agglomération de différents QDs sur leur internalisation dans des cellules microgliales. La caractérisation des agglomérats dans le milieu de culture cellulaire a été faite par la technique de fractionnement par couplage flux-force (AF4) associé à un détecteur de diffusion de la lumière. En fonction du ligand de surface et de la présence ou non de protéines du sérum, chacun des types de QDs se sont agglomérés de façon différente. À l'aide d’inhibiteur des modes d’internalisation, nous avons corrélé les données de tailles d’agglomérats avec leur mode d’entrée cellulaire. Les cellules microgliales sont les cellules immunitaires du système nerveux central (CNS). Elles répondent aux blessures ou à la présence d’inflammagènes en relâchant des cytokines pro-inflammatoires. Une inflammation non contrôlée du CNS peut conduire à la neurodégénérescence neuronale et est souvent observée dans les cas de maladies chroniques. Nous nous sommes intéressés au développement d’un nanosenseur pour mesurer des biomarqueurs du début de l’inflammation. Les méthodes classiques pour étudier l’inflammation consistent à mesurer le niveau de protéines ou molécules relâchées par les cellules stressées (par exemple monoxyde d’azote, IL-1β). Bien que précises, ces méthodes ne mesurent qu’indirectement l’activité de la caspase-1, responsable de la libération du l’IL-1β. De plus ces méthode ne peuvent pas être utilisées avec des cellules vivantes. Nous avons construit un nanosenseur basé sur le FRET entre un QD et un fluorophore organique reliés entre eux par un peptide qui est spécifiquement clivé par la caspase-1. Pour induire l’inflammation, nous avons utilisé des molécules de lipopolysaccharides (LPS). La molécule de LPS est amphiphile. Dans l’eau le LPS forme des nanoparticules, avec des régions hydrophobes à l’intérieure. Nous avons incorporé des QDs dans ces régions ce qui nous a permis de suivre le cheminement du LPS dans les cellules microgliales. Les LPS-QDs sont internalisés spécifiquement par les récepteurs TLR-4 à la surface des microglies. Le nanosenseur s’est montré fonctionnel dans la détermination de l’activité de la caspase-1 dans cellules microgliales activées par le LPS. Éventuellement, le senseur permettrait d’observer en temps réel l’effet de thérapies ciblant l’inflammation, sur l’activité de la caspase-1.

Modélisation de l'irradiance solaire totale et spectrale et applications à la chimie stratosphérique terrestre

Cette thèse présente des reconstructions de l'irradiance totale et spectrale durant les 400 dernières années à l'aide des modèles pour l'irradiance totale et l'irradiance spectrale dans l'ultraviolet développés à l'Université de Montréal. Tous deux sont basés sur la simulation de l'émergence, de la fragmentation et de l'érosion des taches solaires, qui permet d'obtenir une distribution de l'aire des taches sombres et des facules brillantes en fonction du temps. Ces deux composantes sont principalement responsables de la variation de l'irradiance sur l'échelle de temps de la décennie, qui peut être calculée en sommant leur émissivité à celle de la photosphère inactive. La version améliorée du modèle d'irradiance solaire spectrale MOCASSIM inclut une extension de son domaine spectral entre 150 et 400 nm ainsi que de son domaine temporel, débutant originalement en 1874 et couvrant maintenant la période débutant en 1610 jusqu'au présent. Cela permet de reconstruire le spectre ultraviolet durant le minimum de Maunder et de le comparer à celui du minimum de 2009. Les conclusions tirées de cette étude spécifient que l'émissivité dans l'ultraviolet était plus élevée en 2009 que durant le minimum de Maunder, que le niveau de base de la photosphère non magnétisée contribuait pour environ les deux tiers de cette différence et que les structures magnétiques restantes étaient responsables pour le tiers restant. Le modèle d'irradiance totale a vu son domaine temporel étendu sur la même période et une composante représentant le réseau magnétique de façon réaliste y a été ajoutée. Il a été démontré que les observations des 30 dernières années ne sont bien reproduites qu'en incluant la composante du Soleil non magnétisé variable à long terme. Le processus d'optimisation des paramètres libres du modèle a été effectué en minimisant le carré de la somme de l'écart journalier entre les résultats des calculs et les données observées. Les trois composites disponibles, soit celui du PMOD (Physikalisch Meteorologisches Observatorium Davos), d'ACRIM (ACtive Radiometer Irradiance Monitor) et du IRMB (Institut Royal Météorologique de Belgique), ne sont pas en accord entre eux, en particulier au niveau des minima du cycle d'activité, et le modèle permet seulement de reproduire celui du PMOD avec exactitude lorsque la composante variable à long terme est proportionnelle au flux radio à 10.7 cm. Toutefois, en utilisant des polynômes de Lagrange pour représenter la variation du Soleil inactif, l'accord est amélioré pour les trois composites durant les minima, bien que les relations entre le niveau minimal de l'irradiance et la longueur du cycle précédent varient d'un cas à l'autre. Les résultats obtenus avec le modèle d'irradiance spectrale ont été utilisés dans une étude d'intercomparaison de la réponse de la photochimie stratosphérique à différentes représentations du spectre solaire. Les simulations en mode transitoire d'une durée de 10 jours ont été effectuées avec un spectre solaire constant correspondant soit à une période d'activité minimale ou à une période d'activité maximale. Ceci a permis d'évaluer la réponse de la concentration d'ozone à la variabilité solaire au cours d'un cycle et la différence entre deux minima. En plus de ceux de MOCASSIM, les spectres produits par deux modèles ont été utilisés (NRLSSI et MGNM) ainsi que les données de SIM et SOLSTICE/SORCE. La variabilité spectrale de chacun a été extraite et multipliée à un spectre de base représentant le minimum d'activité afin de simuler le spectre au maximum d'activité. Cela a été effectué dans le but d'isoler l'effet de la variabilité seule et d'exclure celui de la valeur absolue du spectre. La variabilité spectrale d'amplitude relativement élevée des observations de SORCE n'a pas provoqué l'inversion de la réponse de l'ozone à hautes altitudes obtenues par d'autres études, ce qui peut être expliqué par la nature même du modèle utilisé ainsi que par sa limite supérieure en altitude. Finalement, la réponse de l'ozone semble être à peu près proportionnelle à la variabilité de l'intégrale du flux pour lambda<241 nm. La comparaison des concentrations d'ozone obtenues avec les spectres originaux au minimum d'activité démontre que leur différence est du même ordre de grandeur que la variabilité entre le minimum et le maximum d'un cycle typique. Le problème du choix de la reconstruction de l'irradiance à utiliser pour les simulations climatiques dans le passé demeure non résolu.

Développements et applications de méthodes computationnelles pour l'étude de l'agrégation des protéines amyloïdes

Les protéines sont au coeur de la vie. Ce sont d'incroyables nanomachines moléculaires spécialisées et améliorées par des millions d'années d'évolution pour des fonctions bien définies dans la cellule. La structure des protéines, c'est-à-dire l'arrangement tridimensionnel de leurs atomes, est intimement liée à leurs fonctions. L'absence apparente de structure pour certaines protéines est aussi de plus en plus reconnue comme étant tout aussi cruciale. Les protéines amyloïdes en sont un exemple marquant : elles adoptent un ensemble de structures variées difficilement observables expérimentalement qui sont associées à des maladies neurodégénératives. Cette thèse, dans un premier temps, porte sur l'étude structurelle des protéines amyloïdes bêta-amyloïde (Alzheimer) et huntingtine (Huntington) lors de leur processus de repliement et d'auto-assemblage. Les résultats obtenus permettent de décrire avec une résolution atomique les interactions des ensembles structurels de ces deux protéines. Concernant la protéine bêta-amyloïde (AB), nos résultats identifient des différences structurelles significatives entre trois de ses formes physiologiques durant ses premières étapes d'auto-assemblage en environnement aqueux. Nous avons ensuite comparé ces résultats avec ceux obtenus au cours des dernières années par d'autres groupes de recherche avec des protocoles expérimentaux et de simulations variés. Des tendances claires émergent de notre comparaison quant à l'influence de la forme physiologique de AB sur son ensemble structurel durant ses premières étapes d'auto-assemblage. L'identification des propriétés structurelles différentes rationalise l'origine de leurs propriétés d'agrégation distinctes. Par ailleurs, l'identification des propriétés structurelles communes offrent des cibles potentielles pour des agents thérapeutiques empêchant la formation des oligomères responsables de la neurotoxicité. Concernant la protéine huntingtine, nous avons élucidé l'ensemble structurel de sa région fonctionnelle située à son N-terminal en environnement aqueux et membranaire. En accord avec les données expérimentales disponibles, nos résultats sur son repliement en environnement aqueux révèlent les interactions dominantes ainsi que l'influence sur celles-ci des régions adjacentes à la région fonctionnelle. Nous avons aussi caractérisé la stabilité et la croissance de structures nanotubulaires qui sont des candidats potentiels aux chemins d'auto-assemblage de la région amyloïde de huntingtine. Par ailleurs, nous avons également élaboré, avec un groupe d'expérimentateurs, un modèle détaillé illustrant les principales interactions responsables du rôle d'ancre membranaire de la région N-terminal, qui sert à contrôler la localisation de huntingtine dans la cellule. Dans un deuxième temps, cette thèse porte sur le raffinement d'un modèle gros-grain (sOPEP) et sur le développement d'un nouveau modèle tout-atome (aaOPEP) qui sont tous deux basés sur le champ de force gros-grain OPEP, couramment utilisé pour l'étude du repliement des protéines et de l'agrégation des protéines amyloïdes. L'optimisation de ces modèles a été effectuée dans le but d'améliorer les prédictions de novo de la structure de peptides par la méthode PEP-FOLD. Par ailleurs, les modèles OPEP, sOPEP et aaOPEP ont été inclus dans un nouveau code de dynamique moléculaire très flexible afin de grandement simplifier leurs développements futurs.

Development of Cell Culture Systems from Selected Species of Fish and Prawns

The present work deals with the development of primary cell culture and diploid cell lines from two fishes, such as Poecilia reticulata and Clarias gariepinus. The greatest difficulty experienced was the avoidance of bacterial and fungi contamination. Three types of cell cultures are commonly developed, primary cell culture, diploid cell lines and heteroploid cell lines. Primary cell culture obtained from the animal tissues that have been cultivated in vitro for the first time. They are characterized by the same chromosome number as parent tissue, cultivated in vitro for the first time, have wide range of virus susceptibility, usually not malignant, six chromatin retarded and do not grow as suspension cultures. Diploid cell lines arise from a primary cell culture at the time of subculturing. Diploid cell lines commercially used in virology are W1-38 (human embryonic lung), W1-26 (human embryonic lung) and HEX (Human embryonic kidney). Heteroploid cell lines have been subcultivated with less than 75% of the cells in the population having a diploid chromosome constitution. Tissue cultures have been extensively used in biomedical research. The main applications are in three areas, Karyological studies, Identification and study of hereditary metabolic disorders and Somatic cell genetics. Other applications are in virology and host-parasite relationships. In this study an attempt was made to preserve the ovarian tissue at low temperature in the presence of cryoprotectants so that the tissue can be retrieved at any time and a cell culture could be developed.

Marine yeasts as source of single cell protein and immunostimulant for application in penaeid prawn culture systems

The study revealed the potential of marine yeasts as a source of single cell protein and immunostimulant for prawns. Prawns fed with the selected marine yeasts were showing more growth compared to the control feed and commercial feed. Yeasts being rich with proteins, vitamins and carbohydrates serve as a growth promoter for prawns as being evidenced in this study. The better performance of marine yeasts, D. hansenii S8 and S100 and C. tropicalis S186 compared to S. cerevisiae S36 as a feed supplement is worth investigating. Besides being a rich nutritional source, yeasts act as immunostimulants by virtue of its high carbohydrate (Beta, 1-3 glucan) and RNA content. Beta, 1-3 glucan, a cell wall component of yeasts /fungi is the most commonly used immunostimulant in aquaculture. The present study shows that even the whole cell yeast could serve as a good immunostimulant when supplied through diet. Extraction of Beta-1,3 glucan results in the removal of nutrients like proteins, vitamins etc. from the cell biomass.Utilization of the yeast biomass as such in the diet would help perform a dual role as nutritional component and immunostimulant for aquaculture applications.

A new metal ion doped panchromatic photopolymer for holographic applications

This thesis has discussed the development of a new metal ion doped panchromatic photopolymer for various holographic applications. High-quality panchromatic holographic recording material with high diffraction efficiency, high photosensitivity and high spatial resolution is one of the key factors for the successful recording of true colour holograms. The capability of the developed material for multicolour holography can be investigated.In the present work, multiplexing studies were carried out using He-Ne laser (632.8 nm). Multiplexing can be done using low wavelength lasers like Ar+ ion (488 nm) and frequency doubled Nd: YAG (532 nm) lasers, so as to increase the storage capacity. The photopolymer film studied had a thickness of only 130 Cm. Films with high thickness (~500 Cm) is highly essential for competitive holographic memories . Hence films with high thickness can be fabricated and efforts can be made to record more holograms or gratings in the material.In the present study, attempts were made to record data page in silver doped MBPVA/AA photopolymer film. Image of a checkerboard pattern was recorded in the film, which could be reconstructed with good image fidelity. Efforts can be made to determine the bit error rate (BER) which provides a quantitative measure of the image quality of the reconstructed image . Multiple holographic data pages can also be recorded in the material making use of different multiplexing techniques.Holographic optical elements (HOEs) are widely used in optical sensors, optical information processing, fibre optics, optical scanners and solar concentrators . The suitability of the developed film for recording holographic optical elements like lenses, beam splitters and filters can be studied.The suitability of a reflection hologram recorded in acrylamide based photopolymer for visual indication of environmental humidity is reported . Studies can be done to optimize the film composition for recording of reflection holograms.An improvement in the spatial resolution of PVA/acrylamide based photopolymer by using a low molecular-weight poly (vinyl alcohol) binder was recently reported . Effect of the molecular weight of the binder matrix on the holographic properties of the developed photopolymer system can be investigated.Incorporation of nanoparticles into photopolymer system is reported to enhance the resolution and improve the dimensional stability of the system . Hence efforts can be made to incorporate silver nanoparticles into the photopolymer and its influence on the holographic properties can be studied.This thesis was a small venture towards the realization of a big goal, a competent holographic recording material with excellent properties for practical holographic applications. As a result of the present research, we could successfully develop an efficient panchromatic photopolymer system and could demonstrate its suitability for recording transmission holograms and holographic data page. The developed photopolymer system is expected to have significant applications in the fields of true-color display holography, wavelength multiplexing holographic storage, and holographic optical elements. Highly concentrated and determined effort has yet to be put forth for this expectation to become a reality.

Alkaline Protease from a Non-toxigenic Vibrio sp.(V26) and its Applications

The thesis presents a detailed account of the alkaline protease produced by Vibrio sp.(V26) a mangrove isolate,and the application of this enzyme in different fields.The protease producer strain was identified on the basis of biochemical characteristice,putative virulence traits and 16S rRNA gene sequencing.The purification and characterization of the protease has been carried out. Along with this, an attempt has been made to identifiy the protease gene. The physical parameters as well as the media components influencing protease production were optimized using Response Surfce Methodology(RSM).The scale up of the application of the protease from Vibrio sp.(V26) in the dissociation of cells in animal cell culture,in the recovery of silver from used X-ray films as well as an ingredient in commercial detergents were investigated.

Marine Actinomycetes as Source of Antimicrobial Compounds and as Probiotics and Single Cell Protein for Application in Penaeid Prawn Culture Systems

This thesis Entitled Marine actinomycetes as source of antimicrobial compounds and as probiotics and single cell protein for application in penaeid peawn culture systems. Ocean harbours more than 80% of all life on earth and remains our greatest untapped natural resource. The study revealed the potential of marine actinomycetes as a source of antimicrobial compounds. The selected streptomycetes were found to be capable of inhibiting most of the pathogenic vibrios, whichis a major problem both in hatcheries and grow out systems. The bioactive principle can be incorporated with commercial feeds and applied as medicated diet for the control of vibrios in culture systems.The hydrolytic potential inhibitory property against pathogens and non—pathogenicity to penaeid prawns make the selected Streptomycesspp.an effective probioic in aquaculture. Since there is considerably less inhibition to the natural in pond ecosystem the microbial diversityis being maintained and thereby the water quality. Actinomycetes was found to be a good source of single cell protein as an ingredient inaquaculture feed formulations. Large amount of mycelial waste (actinomycete biomassO is produced from antibiotic industries and this nutrient rich waste can be effectively used as a protein source in aquaculture feeds.This study reveals the importance of marine actinomycetes as a source of antimicrobial compounds and as a probiotic and single cell protein for aquaculture applications.

Photonic applications of biomaterials with special reference to biopolymers and microbes

This thesis Entitled Photonic applications of biomaterials with special reference to biopolymers and microbes. A detailed investigation will be presented in the present thesis related to direct applications of biopolymers into some selected area of photonics and how the growth kinetics of an aerial bacterial colony on solid agar media was studied using laser induced fluorescence technique. This chapter is an overview of the spectrum of biomaterials and their application to Photonics. The chapter discusses a wide range of biomaterials based photonics applications like efficient harvesting of solar energy, lowthreshold lasing, high-density data storage, optical switching, filtering and template for nano s tructures. The most extensively investigated photonics application in biology is Laser induced fluorescence technique. The importance of fluorescence studies in different biological and related fields are also mentioned in this chapter.

Structural, electrical and electrochemical characterization of high frequency magnetron sputtered spinel oxide cathode films for lithium ion battery applications

The main challenges in the deposition of cathode materials in thin film form are the reproduction of stoichiometry close to the bulk material and attaining higher rates of deposition and excellent crystallinity at comparatively lower annealing temperatures. There are several methods available to develop stoichiometric thin film cathode materials including pulsed laser deposition; plasma enhanced chemical vapor deposition, electron beam evaporation, electrostatic spray deposition and RF magnetron sputtering. Among them the most versatile method is the sputtering technique, owing to its suitability for micro-fabricating the thin film batteries directly on chips in any shape or size, and on flexible substrates, with good capacity and cycle life. The main drawback of the conventional sputtering technique using RF frequency of 13.56MHz is its lower rate of deposition, compared to other deposition techniques A typical cathode layer for a thin film battery requires a thickness around one micron. To deposit such thick layers using convention RF sputtering, longer time of deposition is required, since the deposition rate is very low, which is typically 10-20 Å/min. This makes the conventional RF sputtering technique a less viable option for mass production in an economical way. There exists a host of theoretical and experimental evidences and results that higher excitation frequency can be efficiently used to deposit good quality films at higher deposition rates with glow discharge plasma. The effect of frequencies higher than the conventional one (13.56MHz) on the RF magnetron sputtering process has not been subjected to detailed investigations. Attempts have been made in the present work, to sputter deposit spinel oxide cathode films, using high frequency RF excitation source. Most importantly, the major challenge faced by the thin film battery based on the LiMn2O4 cathode material is the poor capacity retention during charge discharge cycling. The major causes for the capacity fading reported in LiMn2O4cathode materials are due to, Jahn-Teller distortion, Mn2+ dissolution into the electrolyte and oxygen loss in cathode material during cycling. The work discussed in this thesis is an attempt on overcoming the above said challenges and developing a high capacity thin film cathode material.

CuInS2/In2S3 Cells using a Cost-effective Technique: Significance of Precursor Ratios on Cell Parameters

Thin film solar cells having structure CuInS2/In2S3 were fabricated using chemical spray pyrolysis (CSP) technique over ITO coated glass. Top electrode was silver film (area 0.05 cm2). Cu/In ratio and S/Cu in the precursor solution for CuInS2 were fixed as 1.2 and 5 respectively. In/S ratio in the precursor solution for In2S3 was fixed as 1.2/8. An efficiency of 0.6% (fill factor -37.6%) was obtained. Cu diffusion to the In2S3 layer, which deteriorates junction properties, is inevitable in CuInS2/In2S3 cell. So to decrease this effect and to ensure a Cu-free In2S3 layer at the top of the cell, Cu/In ratio was reduced to 1. Then a remarkable increase in short circuit current density was occurred from 3 mA/cm2 to 14.8 mA/cm2 and an efficiency of 2.13% was achieved. Also when In/S ratio was altered to 1.2/12, the short circuit current density increased to 17.8 mA/cm2 with an improved fill factor of 32% and efficiency remaining as 2%. Thus Cu/In and In/S ratios in the precursor solutions play a crucial role in determining the cell parameters

Towards Realization of Magnetocaloric and Magnetoelectric Applications based on Bulk and Thin film forms of Sodium substituted Lanthanum Manganites

The present thesis work focuses on hole doped lanthanum manganites and their thin film forms. Hole doped lanthanum manganites with higher substitutions of sodium are seldom reported in literature. Such high sodium substituted lanthanum manganites are synthesized and a detailed investigation on their structural and magnetic properties is carried out. Magnetic nature of these materials near room temperature is investigated explicitly. Magneto caloric application potential of these materials are also investigated. After a thorough investigation of the bulk samples, thin films of the bulk counterparts are also investigated. A magnetoelectric composite with ferroelectric and ferromagnetic components is developed using pulsed laser deposition and the variation in the magnetic and electric properties are investigated. It is established that such a composite could be realized as a potential field effect device. The central theme of this thesis is also on manganites and is with the twin objectives of a material study leading to the demonstration of a device. This is taken up for investigation. Sincere efforts are made to synthesize phase pure compounds. Their structural evaluation, compositional verification and evaluation of ferroelectric and ferromagnetic properties are also taken up. Thus the focus of this investigation is related to the investigation of a magnetoelectric and magnetocaloric application potentials of doped lanthanum manganites with sodium substitution. Bulk samples of sodium substituted lanthanum manganites. Bulk samples of sodium substituted lanthanum manganites with Na substitution ranging from 50 percent to 90 percent were synthesized using a modified citrate gel method and were found to be orthorhombic in structure belonging to a pbnm spacegroup. The variation in lattice parameters and unit cell volume with sodium concentration were also dealt with. Magnetic measurements revealed that magnetization decreased with increase in sodium concentrations.