Physicochemical characterization of nebulized superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs)

Abstract Background: Aerosol-mediated delivery of nano-based therapeutics to the lung has emerged as a promising alternative for treatment and prevention of lung diseases. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) have attracted significant attention for such applications due to their biocompatibility and magnetic properties. However, information is lacking about the characteristics of nebulized SPIONs for use as a therapeutic aerosol. To address this need, we conducted a physicochemical characterization of nebulized Rienso, a SPION-based formulation for intravenous treatment of anemia. Methods: Four different concentrations of SPION suspensions were nebulized with a one-jet nebulizer. Particle size was measured in suspension by transmission electron microscopy (TEM), photon correlation spectroscopy (PCS), and nanoparticle tracking analysis (NTA), and in the aerosol by a scanning mobility particle sizer (SMPS). Results: The average particle size in suspension as measured by TEM, PCS, and NTA was 9±2 nm, 27±7 nm, and 56±10 nm, respectively. The particle size in suspension remained the same before and after the nebulization process. However, after aerosol collection in an impinger, the suspended particle size increased to 159±46 nm as measured by NTA. The aerosol particle concentration increased linearly with increasing suspension concentration, and the aerodynamic diameter remained relatively stable at around 75 nm as measured by SMPS. Conclusions: We demonstrated that the total number and particle size in the aerosol were modulated as a function of the initial concentration in the nebulizer. The data obtained mark the first known independent characterization of nebulized Rienso and, as such, provide critical information on the behavior of Rienso nanoparticles in an aerosol. The data obtained in this study add new knowledge to the existing body of literature on potential applications of SPION suspensions as inhaled aerosol therapeutics.

Complexes of Pd(II) and Pt(II) with 9-aminoacridine: reactions with DNA and study of their antiproliferative activity

Four new metal complexes {M = Pd(II) or Pt(II)} containing the ligand 9-aminoacridine (9AA) were prepared. The compounds were characterized by FT-IR and 1H, 13C, and 195Pt NMR spectroscopies. Crystal structure of the palladium complex of formulae [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 · 2DMF was determined by X-ray diffraction. Two 9-acridine molecules in the imine form bind symmetrically to the metal ions in a bidentate fashion through the imine nitrogen atom and the C(1) atom of the aminoacridine closing a new five-membered ring. By reaction with phosphine or pyridine, the Cl bridges broke and compounds with general formulae [Pd(9AA)Cl(L)] (where L = PPh3 or py) were formed. A mononuclear complex of platinum of formulae [Pt(9AA)Cl(DMSO)] was also obtained by direct reaction of 9-aminoacridine and the complex [PtCl2(DMSO)2]. The capacity of the compounds to modify the secondary and tertiary structures of DNA was evaluated by means of circular dichroism and electrophoretic mobility. Both palladium and platinum compounds proved active in the modification of both the secondary and tertiary DNA structures. AFM images showed noticeable modifications of the morphology of the plasmid pBR322 DNA by the compounds probably due to the intercalation of the complexes between base pairs of the DNA molecule. Finally, the palladium complex was tested for antiproliferative activity against three different human tumor cell lines. The results suggest that the palladium complex of formula [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 has significant antiproliferative activity, although it is less active than cisplatin.

Complexes of Pd(II) and Pt(II) with 9-aminoacridine: reactions with DNA and study of their antiproliferative activity

Four new metal complexes {M = Pd(II) or Pt(II)} containing the ligand 9-aminoacridine (9AA) were prepared. The compounds were characterized by FT-IR and 1H, 13C, and 195Pt NMR spectroscopies. Crystal structure of the palladium complex of formulae [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 · 2DMF was determined by X-ray diffraction. Two 9-acridine molecules in the imine form bind symmetrically to the metal ions in a bidentate fashion through the imine nitrogen atom and the C(1) atom of the aminoacridine closing a new five-membered ring. By reaction with phosphine or pyridine, the Cl bridges broke and compounds with general formulae [Pd(9AA)Cl(L)] (where L = PPh3 or py) were formed. A mononuclear complex of platinum of formulae [Pt(9AA)Cl(DMSO)] was also obtained by direct reaction of 9-aminoacridine and the complex [PtCl2(DMSO)2]. The capacity of the compounds to modify the secondary and tertiary structures of DNA was evaluated by means of circular dichroism and electrophoretic mobility. Both palladium and platinum compounds proved active in the modification of both the secondary and tertiary DNA structures. AFM images showed noticeable modifications of the morphology of the plasmid pBR322 DNA by the compounds probably due to the intercalation of the complexes between base pairs of the DNA molecule. Finally, the palladium complex was tested for antiproliferative activity against three different human tumor cell lines. The results suggest that the palladium complex of formula [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 has significant antiproliferative activity, although it is less active than cisplatin.

Complexes of Pd(II) and Pt(II) with 9-aminoacridine: reactions with DNA and study of their antiproliferative activity

Four new metal complexes {M = Pd(II) or Pt(II)} containing the ligand 9-aminoacridine (9AA) were prepared. The compounds were characterized by FT-IR and 1H, 13C, and 195Pt NMR spectroscopies. Crystal structure of the palladium complex of formulae [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 · 2DMF was determined by X-ray diffraction. Two 9-acridine molecules in the imine form bind symmetrically to the metal ions in a bidentate fashion through the imine nitrogen atom and the C(1) atom of the aminoacridine closing a new five-membered ring. By reaction with phosphine or pyridine, the Cl bridges broke and compounds with general formulae [Pd(9AA)Cl(L)] (where L = PPh3 or py) were formed. A mononuclear complex of platinum of formulae [Pt(9AA)Cl(DMSO)] was also obtained by direct reaction of 9-aminoacridine and the complex [PtCl2(DMSO)2]. The capacity of the compounds to modify the secondary and tertiary structures of DNA was evaluated by means of circular dichroism and electrophoretic mobility. Both palladium and platinum compounds proved active in the modification of both the secondary and tertiary DNA structures. AFM images showed noticeable modifications of the morphology of the plasmid pBR322 DNA by the compounds probably due to the intercalation of the complexes between base pairs of the DNA molecule. Finally, the palladium complex was tested for antiproliferative activity against three different human tumor cell lines. The results suggest that the palladium complex of formula [Pd(9AA)(μ-Cl)]2 has significant antiproliferative activity, although it is less active than cisplatin.

An Optimum Coating Colour Formula for CSWO-printing

Pigmenttipäällystyksen tarkoituksena on parantaa painopapereiden pintaominaisuuksia. Tämän työn tarkoituksena oli löytää sopiva päällystyspasta päällystetylle coldset-paperille. Kirjallisuusosassa on käsitelty coldset-painatusta ja sen ongelmia. Päällystysmenetelmän perusteita, pastan ominaisuuksia ja niiden vaikutusta päällystystulokseen on myös käsitelty. Lisäksi on esitelty joitakin päällystetyn paperin pinnantutkimusmenetelmiä. Kokeellisessa osassa on tutkittu erilaisten pastakoostumusten ja päällystemäärien sekä kalanteroinnin vaikutusta paperin painettavuuteen. Paperit on päällystetty Helicoaterilla ja joitakin pastoja on testattu myös pilot-mittakaavaisessa päällystyksessä. Selitystä paperin käyttäytymiseen painatuksessa on etsitty päällystetyn paperin pintarakenteesta. Paras painettavuus saavutetaan päällysteellä, jossa pigmenttinä on vain karbonaatti. Painojälkeä voidaan parantaa käyttämällä kalsinoitua kaoliinia yhdessä karbonaatin kanssa, mutta tämän päällysteen pintalujuus ei ole riittävä CSWO-painatukseen. Tärkkipigmentti parantaa veden ja painovärin absorptiota ja siten tekee painetun tuotteen kuivemmaksi ja miellyttävämmän tuntuiseksi, mutta aiheuttaa smearingia. Tämä johtuu liian nopeasta musteen asettuvuudesta. "Pehmeä" SB-lateksi soveltuu paremmin offset-painatukseen kuin "kova" lateksi, joka sisältää myös PVAc:ta. "Pehmeällä" lateksilla saadaan parempi pintalujuus ja painojälki kuin "kovalla" lateksilla. Paperin pölyävyyttä painatuksessa voidaan vähentää nostamalla päällystemäärää ja laskemalla pastan kuiva-ainepitoisuutta. Kalanteroinnilla ei pintalujuutta tai painojälkeä voida parantaa. Selitys tutkimuksessa käsiteltyjen papereiden painojäljelle ja painettavuudelle löydetään tutkimalla päällysteen pintarakennetta. Painojälkeen vaikuttaa eniten päällysteen peittoaste. Huonoa peittävyyttä voidaan parantaa nostamalla päällystemäärää. Pölyäminen painatuksessa johtuu pigmenteistä, jotka eivät ole sidottuja paperin pintaan. Tämä taas johtuu pastan huonosta vesiretentiosta. Hyödyllisintä tietoa näiden papereiden pintarakenteesta saadaan tutkimalla pintaa pyyhkäisyelektonimikroskoopilla (SEM), atomivoimamikroskoopilla (AFM) ja laserindusoidulla plasmaspektrometrilla (LIPS). LIPSin etuna on se, että päällystemääräjaukauma voidaan määrittää sekä x-y- että z-suunnassa samanaikaisesti samasta kohdasta. LIPSissä myös näytteen preparointitarve on hyvin vähäinen.

Intrinsic ROS-production capacity of nanoparticles

Engineered nanomaterials (ENMs) exhibit special physicochemical properties and thus are finding their way into an increasing number of industries, enabling products with improved properties. Their increased use brings a greater likelihood of exposure to the nanoparticles (NPs) that could be released during the life cycle of nano-abled products. The field of nanotoxicology has emerged as a consequence of the development of these novel materials, and it has gained ever more attention due to the urgent need to gather information on exposure to them and to understand the potential hazards they engender. However, current studies on nanotoxicity tend to focus on pristine ENMs, and they use these toxicity results to generalize risk assessments on human exposure to NPs. ENMs released into the environment can interact with their surroundings, change characteristics and exhibit toxicity effects distinct from those of pristine ENMs. Furthermore, NPs' large surface areas provide extra-large potential interfaces, thus promoting more significant interactions between NPs and other co-existing species. In such processes, other species can attach to a NP's surface and modify its surface functionality, in addition to the toxicity in normally exhibits. One particular occupational health scenario involves NPs and low-volatile organic compounds (LVOC), a common type of pollutant existing around many potential sources of NPs. LVOC can coat a NP's surface and then dominate its toxicity. One important mechanism in nanotoxicology is the creation of reactive oxygen species (ROS) on a NP's surface; LVOC can modify the production of these ROS. In summary, nanotoxicity research should not be limited to the toxicity of pristine NPs, nor use their toxicity to evaluate the health effects of exposure to environmental NPs. Instead, the interactions which NPs have with other environmental species should also be considered and researched. The potential health effects of exposure to NPs should be derived from these real world NPs with characteristics modified by the environment and their distinct toxicity. Failure to suitably address toxicity results could lead to an inappropriate treatment of nano- release, affect the environment and public health and put a blemish on the development of sustainable nanotechnologies as a whole. The main objective of this thesis is to demonstrate a process for coating NP surfaces with LVOC using a well-controlled laboratory design and, with regard to these NPs' capacity to generate ROS, explore the consequences of changing particle toxicity. The dynamic coating system developed yielded stable and replicable coating performance, simulating an important realistic scenario. Clear changes in the size distribution of airborne NPs were observed using a scanning mobility particle sizer, were confirmed using both liquid nanotracking analyses and transmission electron microscopy (TEM) imaging, and were verified thanks to the LVOC coating. Coating thicknesses corresponded to the amount of coating material used and were controlled using the parameters of the LVOC generator. The capacity of pristine silver NPs (Ag NPs) to generate ROS was reduced when they were given a passive coating of inert paraffin: this coating blocked the reactive zones on the particle surfaces. In contrast, a coating of active reduced-anthraquinone contributed to redox reactions and generated ROS itself, despite the fact that ROS generation due to oxidation by Ag NPs themselves was quenched. Further objectives of this thesis included development of ROS methodology and the analysis of ROS case studies. Since the capacity of NPs to create ROS is an important effect in nanotoxicity, we attempted to refine and standardize the use of 2'7-dichlorodihydrofluorescin (DCFH) as a chemical tailored for the characterization of NPs' capacity for ROS generation. Previous studies had reported a wide variety of results, which were due to a number of insufficiently well controlled factors. We therefore cross-compared chemicals and concentrations, explored ways of dispersing NP samples in liquid solutions, identified sources of contradictions in the literature and investigated ways of reducing artificial results. The most robust results were obtained by sonicating an optimal sample of NPs in a DCFH-HRP solution made of 5,M DCFH and 0.5 unit/ml horseradish peroxidase (HRP). Our findings explained how the major reasons for previously conflicting results were the different experimental approaches used and the potential artifacts appearing when using high sample concentrations. Applying our advanced DCFH protocol with other physicochemical characterizations and biological analyses, we conducted several case studies, characterizing aerosols and NP samples. Exposure to aged brake wear dust engenders a risk of potential deleterious health effects in occupational scenarios. We performed microscopy and elemental analyses, as well as ROS measurements, with acellular and cellular DCFH assays. TEM images revealed samples to be heterogeneous mixtures with few particles in the nano-scale. Metallic and non-metallic elements were identified, primarily iron, carbon and oxygen. Moderate amounts of ROS were detected in the cell-free fluorescent tests; however, exposed cells were not dramatically activated. In addition to their highly aged state due to oxidation, the reason aged brake wear samples caused less oxidative stress than fresh brake wear samples may be because of their larger size and thus smaller relative reactive surface area. Other case studies involving welding fumes and differently charged NPs confirmed the performance of our DCFH assay and found ROS generation linked to varying characteristics, especially the surface functionality of the samples. Les nanomatériaux manufacturés (ENM) présentent des propriétés physico-chimiques particulières et ont donc trouvés des applications dans un nombre croissant de secteurs, permettant de réaliser des produits ayant des propriétés améliorées. Leur utilisation accrue engendre un plus grand risque pour les êtres humains d'être exposés à des nanoparticules (NP) qui sont libérées au long de leur cycle de vie. En conséquence, la nanotoxicologie a émergé et gagné de plus en plus d'attention dû à la nécessité de recueillir les renseignements nécessaires sur l'exposition et les risques associés à ces nouveaux matériaux. Cependant, les études actuelles sur la nanotoxicité ont tendance à se concentrer sur les ENM et utiliser ces résultats toxicologiques pour généraliser l'évaluation des risques sur l'exposition humaine aux NP. Les ENM libérés dans l'environnement peuvent interagir avec l'environnement, changeant leurs caractéristiques, et montrer des effets de toxicité distincts par rapport aux ENM originaux. Par ailleurs, la grande surface des NP fournit une grande interface avec l'extérieur, favorisant les interactions entre les NP et les autres espèces présentes. Dans ce processus, d'autres espèces peuvent s'attacher à la surface des NP et modifier leur fonctionnalité de surface ainsi que leur toxicité. Un scénario d'exposition professionnel particulier implique à la fois des NP et des composés organiques peu volatils (LVOC), un type commun de polluant associé à de nombreuses sources de NP. Les LVOC peuvent se déposer sur la surface des NP et donc dominer la toxicité globale de la particule. Un mécanisme important en nanotoxicologie est la création d'espèces réactives d'oxygène (ROS) sur la surface des particules, et les LVOC peuvent modifier cette production de ROS. En résumé, la recherche en nanotoxicité ne devrait pas être limitée à la toxicité des ENM originaux, ni utiliser leur toxicité pour évaluer les effets sur la santé de l'exposition aux NP de l'environnement; mais les interactions que les NP ont avec d'autres espèces environnementales doivent être envisagées et étudiées. Les effets possibles sur la santé de l'exposition aux NP devraient être dérivés de ces NP aux caractéristiques modifiées et à la toxicité distincte. L'utilisation de résultats de toxicité inappropriés peut conduire à une mauvaise prise en charge de l'exposition aux NP, de détériorer l'environnement et la santé publique et d'entraver le développement durable des industries de la nanotechnologie dans leur ensemble. L'objectif principal de cette thèse est de démontrer le processus de déposition des LVOC sur la surface des NP en utilisant un environnement de laboratoire bien contrôlé et d'explorer les conséquences du changement de toxicité des particules sur leur capacité à générer des ROS. Le système de déposition dynamique développé a abouti à des performances de revêtement stables et reproductibles, en simulant des scénarios réalistes importants. Des changements clairs dans la distribution de taille des NP en suspension ont été observés par spectrométrie de mobilité électrique des particules, confirmé à la fois par la méthode dite liquid nanotracking analysis et par microscopie électronique à transmission (MET), et a été vérifié comme provenant du revêtement par LVOC. La correspondance entre l'épaisseur de revêtement et la quantité de matériau de revêtement disponible a été démontré et a pu être contrôlé par les paramètres du générateur de LVOC. La génération de ROS dû aux NP d'argent (Ag NP) a été diminuée par un revêtement passif de paraffine inerte bloquant les zones réactives à la surface des particules. Au contraire, le revêtement actif d'anthraquinone réduit a contribué aux réactions redox et a généré des ROS, même lorsque la production de ROS par oxydation des Ag NP avec l'oxygène a été désactivé. Les objectifs associés comprennent le développement de la méthodologie et des études de cas spécifique aux ROS. Etant donné que la capacité des NP à générer des ROS contribue grandement à la nanotoxicité, nous avons tenté de définir un standard pour l'utilisation de 27- dichlorodihydrofluorescine (DCFH) adapté pour caractériser la génération de ROS par les NP. Des etudes antérieures ont rapporté une grande variété de résultats différents, ce qui était dû à un contrôle insuffisant des plusieurs facteurs. Nous avons donc comparé les produits chimiques et les concentrations utilisés, exploré les moyens de dispersion des échantillons HP en solution liquide, investigué les sources de conflits identifiées dans les littératures et étudié les moyens de réduire les résultats artificiels. De très bon résultats ont été obtenus par sonication d'une quantité optimale d'échantillons de NP en solution dans du DCFH-HRP, fait de 5 nM de DCFH et de 0,5 unité/ml de Peroxydase de raifort (HRP). Notre étude a démontré que les principales raisons causant les conflits entre les études précédemment conduites dans la littérature étaient dues aux différentes approches expérimentales et à des artefacts potentiels dus à des concentrations élevées de NP dans les échantillons. Utilisant notre protocole DCFH avancé avec d'autres caractérisations physico-chimiques et analyses biologiques, nous avons mené plusieurs études de cas, caractérisant les échantillons d'aérosols et les NP. La vielle poussière de frein en particulier présente un risque élevé d'exposition dans les scénarios professionnels, avec des effets potentiels néfastes sur la santé. Nous avons effectué des analyses d'éléments et de microscopie ainsi que la mesure de ROS avec DCFH cellulaire et acellulaire. Les résultats de MET ont révélé que les échantillons se présentent sous la forme de mélanges de particules hétérogènes, desquels une faible proportion se trouve dans l'échelle nano. Des éléments métalliques et non métalliques ont été identifiés, principalement du fer, du carbone et de l'oxygène. Une quantité modérée de ROS a été détectée dans le test fluorescent acellulaire; cependant les cellules exposées n'ont pas été très fortement activées. La raison pour laquelle les échantillons de vielle poussière de frein causent un stress oxydatif inférieur par rapport à la poussière de frein nouvelle peut-être à cause de leur plus grande taille engendrant une surface réactive proportionnellement plus petite, ainsi que leur état d'oxydation avancé diminuant la réactivité. D'autres études de cas sur les fumées de soudage et sur des NP différemment chargées ont confirmé la performance de notre test DCFH et ont trouvé que la génération de ROS est liée à certaines caractéristiques, notamment la fonctionnalité de surface des échantillons.

Bacterial adhesion efficiency on implant abutments: a comparative study

The attachment of Escherichia coli ATCC 25922 and Staphylococcus aureus ATCC 28213 onto six different materials used to manufacture dental implant abutments was quantitatively determined after 2 and 24 h of contact between the materials and the bacterial cultures. The materials were topographically characterized and their wettability determined, with both parameters subsequently related to bacterial adhesion. Atomic force microscopy, interferometry, and contact angle measurement were used to characterize the materials" surfaces. The results showed that neither roughness nor nano-roughness greatly influenced bacterial attachment whereas wettability strongly correlated with adhesion. After 2 h the degree of E. coli attachment markedly differed depending on the material whereas similar differences were not observed for S. aureus, which yielded consistently higher counts of adhered cells. Nevertheless, after 24 h the adhesion of the two species to the different test materials no longer significantly differed, although on all surfaces the numbers of finally adhered E. coli were higher than those of S. aureus

B cell activating factor is central to bleomycin- and IL-17-mediated experimental pulmonary fibrosis.

Idiopathic pulmonary fibrosis (IPF) is a progressive devastating, yet untreatable fibrotic disease of unknown origin. We investigated the contribution of the B-cell activating factor (BAFF), a TNF family member recently implicated in the regulation of pathogenic IL-17-producing cells in autoimmune diseases. The contribution of BAFF was assessed in a murine model of lung fibrosis induced by airway administered bleomycin. We show that murine BAFF levels were strongly increased in the bronchoalveolar space and lungs after bleomycin exposure. We identified Gr1(+) neutrophils as an important source of BAFF upon BLM-induced lung inflammation and fibrosis. Genetic ablation of BAFF or BAFF neutralization by a soluble receptor significantly attenuated pulmonary fibrosis and IL-1β levels. We further demonstrate that bleomycin-induced BAFF expression and lung fibrosis were IL-1β and IL-17A dependent. BAFF was required for rIL-17A-induced lung fibrosis and augmented IL-17A production by CD3(+) T cells from murine fibrotic lungs ex vivo. Finally we report elevated levels of BAFF in bronchoalveolar lavages from IPF patients. Our data therefore support a role for BAFF in the establishment of pulmonary fibrosis and a crosstalk between IL-1β, BAFF and IL-17A.

Photocatalytic Activity of Nanostructured Anatase Coatings Obtained by Cold Gas Spray

This article describes a photocatalytic nanostructured anatase coating deposited by cold gas spray (CGS)supported on titanium sub-oxide (TiO22x) coatings obtained by atmospheric plasma spray (APS) onto stainless steel cylinders. The photocatalytic coating was homogeneous and preserved the composition and nanostructure of the starting powder. The inner titanium sub-oxide coating favored the deposition of anatase particles in the solid state. Agglomerated nano-TiO2 particles fragmented when impacting onto the hard surface of the APS TiO22x bond coat. The rough surface provided by APS provided an ideal scenario for entrapping the nanostructured particles, which may be adhered onto the bond coat due to chemical bonding; a possible bonding mechanism is described. Photocatalytic experiments showed that CGS nano-TiO2 coating was active for photodegrading phenol and formic acid under aqueous conditions. The results were similar to the performance obtained by competitor technologies and materials such as dip-coating P25 photocatalysts. Disparity in the final performance of the photoactive materials may have been caused by differences in grain size and the crystalline composition of titanium dioxide.

Simulation-based evaluation of susceptibility distortion correction methods in diffusion MRI for connectivity analysis

Connectivity analysis on diffusion MRI data of the whole- brain suffers from distortions caused by the standard echo- planar imaging acquisition strategies. These images show characteristic geometrical deformations and signal destruction that are an important drawback limiting the success of tractography algorithms. Several retrospective correction techniques are readily available. In this work, we use a digital phantom designed for the evaluation of connectivity pipelines. We subject the phantom to a âeurooetheoretically correctâeuro and plausible deformation that resembles the artifact under investigation. We correct data back, with three standard methodologies (namely fieldmap-based, reversed encoding-based, and registration- based). Finally, we rank the methods based on their geometrical accuracy, the dropout compensation, and their impact on the resulting connectivity matrices.

Stability of nanoparticle agglomerates under mechanical stress and its effects on their release into the air

L'exposition professionnelle aux nanomatériaux manufacturés dans l'air présente des risques potentiels pour la santé des travailleurs dans les secteurs de la nanotechnologie. Il est important de comprendre les scénarios de libération des aérosols de nanoparticules dans les processus et les activités associées à l'exposition humaine. Les mécanismes de libération, y compris les taux de libération et les propriétés physico-chimiques des nanoparticules, déterminent leurs comportements de transport ainsi que les effets biologiques néfastes. La distribution de taille des particules d'aérosols est l'un des paramètres les plus importants dans ces processus. La stabilité mécanique d'agglomérats de nanoparticules affecte leurs distributions de tailles. Les potentiels de désagglomération de ces agglomérats déterminent les possibilités de leur déformation sous énergies externes. Cela rend les changements possibles dans leur distribution de taille et de la concentration en nombre qui vont finalement modifier leurs risques d'exposition. Les conditions environnementales, telles que l'humidité relative, peuvent influencer les processus de désagglomération par l'adhérence de condensation capillaire de l'humidité. L'objectif général de cette thèse était d'évaluer les scénarios de libération des nanomatériaux manufacturés des processus et activités sur le lieu de travail. Les sous-objectifs étaient les suivants: 1. Etudier les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans des conditions environnementales variées. 2. Etudier la libération des nano-objets à partir de nanocomposites polymères; 3. Evaluer la libération de nanoparticules sur le lieu de travail dans des situations concrètes. Nous avons comparé différents systèmes de laboratoire qui présentaient différents niveau d'énergie dans l'aérosolisation des poudres. Des nanopoudres de TiO2 avec des hydrophilicités de surface distinctes ont été testées. Un spectromètre à mobilité électrique (SMPS), un spectromètre à mobilité aérodynamique (APS) et un spectromètre optique (OPC) ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de taille des particules. La microscopie électronique à transmission (TEM) a été utilisée pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Les propriétés des aérosols (distribution de taille et concentration en nombre) étaient différentes suivant la méthode employée. Les vitesses des flux d'air d'aérosolisation ont été utilisées pour estimer le niveau d'énergie dans ces systèmes, et il a été montré que les tailles modales des particules étaient inversement proportionnelles à la vitesse appliquée. En général, les particules hydrophiles ont des diamètres plus grands et des nombres inférieurs à ceux des particules hydrophobes. Toutefois, cela dépend aussi des méthodes utilisées. La vitesse de l'air peut donc être un paramètre efficace pour le classement de l'énergie des procédés pour des systèmes d'aérosolisation similaires. Nous avons développé un système laboratoire pour tester les potentiels de désagglomération des nanoparticules dans l'air en utilisant des orifices critiques et un humidificateur. Sa performance a été comparée à un système similaire dans un institut partenaire. Une variété de nanopoudres différentes a été testée. Le niveau d'énergie appliquée et l'humidité ont été modifiés. Le SMPS et l'OPC ont été utilisés pour mesurer la concentration de particules et la distribution de la taille. Un TEM a été utilisé pour l'analyse morphologique d'échantillons de particules dans l'air. Le diamètre moyen des particules a diminué et la concentration en nombre s'est accrue lorsque des énergies externes ont été appliquées. Le nombre de particules inférieures à 100 nm a été augmenté, et celui au-dessus de 350 nm réduits. Les conditions humides ont faits exactement le contraire, en particulier pour les petites particules. En outre, ils ont réduits les effets de la différence de pression due à l'orifice. Les résultats suggèrent que la désagglomération d'agglomérats de nanoparticules dans l'air est possible dans la gamme d'énergie appliquée. Cependant, l'atmosphère humide peut favoriser leur agglomération et améliorer leurs stabilités en réduisant la libération de nanoparticules dans l'environnement. Nous proposons d'utiliser notre système pour le test de routine des potentiels de désagglomération des nanomatériaux manufacturés et de les classer. Un tel classement faciliterait la priorisation de l'exposition et du risque encouru en fonction du niveau d'ENM. Un système de perçage automatique et un système de sciage manuel ont été développés pour étudier la libération de nanoparticules à partir de différents types de nanocomposites. La vitesse de perçage et taille de la mèche ont été modifiées dans les expériences. La distribution de taille des particules et leur concentration en nombre ont été mesurées par un SMPS et un miniature diffusion size classifier (DISCmini). Les distributions de nanoparticules dans les composites et les particules libérées ont été analysés par un TEM et un microscope électronique à balayage (SEM). Les tests de perçage ont libérés un plus grand nombre de particules que le sciage. Des vitesses de perçage plus rapide et les mèches plus grandes ont augmentés la génération de particules. Les charges de nanoparticules manufacturées dans les composites ne modifient pas leurs comportements de libération dans les expériences de perçage. Toutefois, le sciage différencie les niveaux de libération entre les composites et les échantillons blancs. De plus, les vapeurs de polymères ont été générées par la chaleur de sciage. La plupart des particules libérées sont des polymères contenant des nanoparticules ou sur leurs surface. Les résultats ont souligné l'importance du type de processus et paramètres pour déterminer la libération de nanoparticules de composites. Les émissions secondaires telles que les fumées polymères appellent à la nécessité d'évaluations de l'exposition et de risque pour de tels scénarios. Une revue systématique de la littérature sur le sujet de libérations de nanoparticules dans l'air dans les secteurs industriels et laboratoires de recherche a été effectuée. Des stratégies de recherche des informations pertinentes et de stockage ont été développées. Les mécanismes de libération, tels que la taille de particules d'aérosol et de leur concentration en nombre, ont été comparés pour différentes activités. La disponibilité de l'information contextuelle qui est pertinente pour l'estimation de l'exposition humaine a été évaluée. Il a été constaté que les données relatives à l'exposition ne sont pas toujours disponibles dans la littérature actuelle. Les propriétés des aérosols libérés semblent dépendre de la nature des activités. Des procédés à haute énergie ont tendance à générer des plus hauts niveaux de concentrations de particules dans les gammes de plus petite taille. Les résultats peuvent être utiles pour déterminer la priorité des procédés industriels pour l'évaluation les risques associés dans une approche à plusieurs niveaux. Pour l'évaluation de l'exposition, la disponibilité de l'information peut être améliorée par le développement d'une meilleure méthode de communication des données.

Direct Interrogation of Viral Peptides Presented by the Class I HLA of HIV-Infected T Cells

Identification of CD8+ cytotoxic T lymphocyte (CTL) epitopes has traditionally relied upon testing of overlapping peptide libraries for their reactivity with T cells in vitro. Here, we pursued deep ligand sequencing (DLS) as an alternative method of directly identifying those ligands that are epitopes presented to CTLs by the class I human leukocyte antigens (HLA) of infected cells. Soluble class I HLA-A*11:01 (sHLA) was gathered from HIV-1 NL4-3-infected human CD4+ SUP-T1 cells. HLA-A*11:01 harvested from infected cells was immunoaffinity purified and acid boiled to release heavy and light chains from peptide ligands that were then recovered by size-exclusion filtration. The ligands were first fractionated by high-pH high-pressure liquid chromatography and then subjected to separation by nano-liquid chromatography (nano-LC)–mass spectrometry (MS) at low pH. Approximately 10 million ions were selected for sequencing by tandem mass spectrometry (MS/MS). HLA-A*11:01 ligand sequences were determined with PEAKS software and confirmed by comparison to spectra generated from synthetic peptides. DLS identified 42 viral ligands presented by HLA-A*11:01, and 37 of these were previously undetected. These data demonstrate that (i) HIV-1 Gag and Nef are extensively sampled, (ii) ligand length variants are prevalent, particularly within Gag and Nef hot spots where ligand sequences overlap, (iii) noncanonical ligands are T cell reactive, and (iv) HIV-1 ligands are derived from de novo synthesis rather than endocytic sampling. Next-generation immunotherapies must factor these nascent HIV-1 ligand length variants and the finding that CTL-reactive epitopes may be absent during infection of CD4+ T cells into strategies designed to enhance T cell immunity.

Security Authentication using Phase-Encoded Nanoparticle Structures and Polarized Light

Phase encoded nano structures such as Quick Response (QR) codes made of metallic nanoparticles are suggested to be used in security and authentication applications. We present a polarimetric optical method able to authenticate random phase encoded QR codes. The system is illuminated using polarized light and the QR code is encoded using a phase-only random mask. Using classification algorithms it is possible to validate the QR code from the examination of the polarimetric signature of the speckle pattern. We used Kolmogorov-Smirnov statistical test and Support Vector Machine algorithms to authenticate the phase encoded QR codes using polarimetric signatures.

Anisotropic surface properties of micro/nanostructured a-C:H:F thin films with self-assembly applications

The singular properties of hydrogenated amorphous carbon (a-C:H) thin filmsdeposited by pulsed DC plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD), such as hardness and wear resistance, make it suitable as protective coating with low surface energy for self-assembly applications. In this paper, we designed fluorine-containing a-C:H (a-C:H:F) nanostructured surfaces and we characterized them for self-assembly applications. Sub-micron patterns were generated on silicon through laser lithography while contact angle measurements, nanotribometer, atomic force microscopy (AFM), and scanning electron microscopy (SEM) were used to characterize the surface. a-C:H:F properties on lithographied surfaces such as hydrophobicity and friction were improved with the proper relative quantity of CH4 and CHF3 during deposition, resulting in ultrahydrophobic samples and low friction coefficients. Furthermore, these properties were enhanced along the direction of the lithographypatterns (in-plane anisotropy). Finally, self-assembly properties were tested with silicananoparticles, which were successfully assembled in linear arrays following the generated patterns. Among the main applications, these surfaces could be suitable as particle filter selector and cell colony substrate.