Design de nouvelles fonctionnelles en théorie de la fonctionnelle de la densité et conception de polymères pour application à la photovoltaïque organique

La présente thèse porte sur les calculs utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) pour simuler des systèmes dans lesquels les effets à longue portée sont importants. Une emphase particulière est mise sur les calculs des énergies d’excitations, tout particulièrement dans le cadre des applications photovoltaïques. Cette thèse aborde ces calculs sous deux angles. Tout d’abord, des outils DFT déjà bien établis seront utilisés pour simuler des systèmes d’intérêt expérimental. Par la suite, la théorie sous-jacente à la DFT sera explorée, ses limites seront identifiées et de nouveaux développements théoriques remédiant à ceux-ci seront proposés. Ainsi, dans la première partie de cette thèse, des calculs numériques utilisant la DFT et la théorie de la fonctionnelle de la densité dépendante du temps (TDDFT) telles qu’implémentées dans le logiciel Gaussian [1] sont faits avec des fonctionnelles courantes sur des molécules et des polymères d’intérêt expérimental. En particulier, le projet présenté dans le chapitre 2 explore l’utilisation de chaînes latérales pour optimiser les propriétés électroniques de polymères déjà couramment utilisés en photovoltaïque organique. Les résultats obtenus montrent qu’un choix judicieux de chaînes latérales permet de contrôler les propriétés électroniques de ces polymères et d’augmenter l’efficacité des cellules photovoltaïques les utilisant. Par la suite, le projet présenté dans le chapitre 3 utilise la TDDFT pour explorer les propriétés optiques de deux polymères, le poly-3-hexyl-thiophène (P3HT) et le poly-3-hexyl- sélénophène (P3HS), ainsi que leur mélange, dans le but d’appuyer les observations expérimentales indiquant la formation d’exciplexe dans ces derniers. Les calculs numériques effectués dans la première partie de cette thèse permettent de tirer plusieurs conclusions intéressantes, mais mettent également en évidence certaines limites de la DFT et de la TDDFT pour le traitement des états excités, dues au traitement approximatif de l’interaction coulombienne à longue portée. Ainsi, la deuxième partie de cette thèse revient aux fondements théoriques de la DFT. Plus précisément, dans le chapitre 4, une série de fonctionnelles modélisant plus précisément l’interaction coulombienne à longue portée grâce à une approche non-locale est élaborée. Ces fonctionnelles sont basées sur la WDA (weighted density approximation), qui est modifiée afin d’imposer plusieurs conditions exactes qui devraient être satisfaites par le trou d’échange. Ces fonctionnelles sont ensuite implémentées dans le logiciel Gaussian [1] et leurs performances sont évaluées grâce à des tests effectués sur une série de molécules et d’atomes. Les résultats obtenus indiquent que plusieurs de ces fonctionnelles donnent de meilleurs résultats que la WDA. De plus, ils permettrent de discuter de l’importance relative de satisfaire chacune des conditions exactes.

Rendre possible l’engagement en familiarité dans les CHSLD : les savoir-être d’une pratique de design centrée sur l’usager

Les défis associés au phénomène du vieillissement démographique de la population se manifestent sous plusieurs formes et à de nombreux égards. Il y a des questions générales comme celles qui touchent l’économique et d’autres, plus spécifiques et situées, comme celles des modalités assurant des services et des soins adéquats aux personnes vulnérables. Par exemple, le colloque « La qualité de l’expérience des usagers et des proches : vers la personnalisation des soins et des services sociaux », programmé dans le cadre des Entretiens Jacques Cartier à l’automne 2014, s’était donné comme objectif d’examiner l’expérience personnelle des usagers relativement aux prestations de soins de santé et à l’organisation des services sociaux. L’origine de ces réflexions réside dans la nécessité de trouver un meilleur équilibre des pouvoirs dans les relations d’aide ou la prestation de soin. Cette problématique sous-entend l’idée de rendre les usagers capables d’un certain contrôle par l’adoption d’approches permettant aux professionnels de faire des ajustements personnalisés. Cette thèse de doctorat s’inscrit directement dans le prolongement de cette problématique. La recherche vise à examiner les conditions en mesure de rendre possible, dans les Centres d’hébergement et de soins de longue durée (CHSLD), un rapport au monde catégorisé par ce que le sociologue Laurent Thévenot nomme le régime de la familiarité. Le régime de la familiarité fait référence aux réalités où l’engagement des personnes se déploie dans l’aisance. Autrement dit, ce régime d’engagement correspond à un rapport au milieu où la personne est en mesure de déployer ses habitudes, d’habiter le moment et de se sentir chez elle. Comme le montre Thévenot, ce type d’engagement commande la conception d’un monde qui offre aux personnes la possibilité d’articuler les modalités de leurs actions sur des repères qui font sens personnellement pour eux. Ainsi, l’objet de la recherche consiste à mieux comprendre la participation du design à la conception d’un milieu d’hébergement capable d’accueillir ce type d’engagement pragmatique. Les orientations associées à la conception de milieux d’hébergement capables de satisfaire de telles exigences correspondent largement aux ambitions qui accompagnent le développement des approches du design centrées sur l’usager, du design d’expériences et plus récemment du design empathique. Cela dit, malgré les efforts investis en ce sens, les capacités d’appropriation des usagers restent un problème pour lequel les réponses sont précaires. La thèse interroge ainsi le fait que les développements des approches de design, qui ont fait de l’expérience des usagers une préoccupation de premier plan, sont trop souvent restreints par des questions de méthodes et de procédures. Le développement de ces connaissances se serait fait au détriment de l’examen précis des savoir-être également nécessaires pour rendre les designers capables de prendre au sérieux les enjeux associés aux aspirations de ces approches. Plus spécifiquement, la recherche précise les qualités de l’expérience des établissements dont le design permet l’engagement en familiarité. L’enquête s’appuie sur une analyse des jugements posés par des équipes d’évaluation de la qualité du milieu de vie des CHSLD présents sur le territoire Montréalais. L’analyse a mené à la caractérisation de cinq qualités : l’accueillance, la convivialité, la flexibilité, la prévenance et la stabilité. Finalement, sous la forme d’un essai réflexif, un tableau de savoir-être est suggéré comme manière de rendre les designers capables de mettre en œuvre des milieux d’hébergement présentant les qualités identifiées. Cet essai est également l’occasion du développement d’un outil réflexif pour une pédagogie et une pratique vertueuse du design.

Patient-specific model of a scoliotic torso for surgical planning

A method for the construction of a patient-specific model of a scoliotic torso for surgical planning via inter- patient registration is presented. Magnetic Resonance Images (MRI) of a generic model are registered to surface topography (TP) and X-ray data of a test patient. A partial model is first obtained via thin-plate spline registration between TP and X-ray data of the test patient. The MRIs from the generic model are then fit into the test patient using articulated model registration between the vertebrae of the generic model’s MRIs in prone position and the test patient’s X-rays in standing position. A non-rigid deformation of the soft tissues is performed using a modified thin-plate spline constrained to maintain bone rigidity and to fit in the space between the vertebrae and the surface of the torso. Results show average Dice values of 0.975 ± 0.012 between the MRIs following inter-patient registration and the surface topography of the test patient, which is comparable to the average value of 0.976 ± 0.009 previously obtained following intra-patient registration. The results also show a significant improvement compared to rigid inter-patient registration. Future work includes validating the method on a larger cohort of patients and incorporating soft tissue stiffness constraints. The method developed can be used to obtain a geometric model of a patient including bone structures, soft tissues and the surface of the torso which can be incorporated in a surgical simulator in order to better predict the outcome of scoliosis surgery, even if MRI data cannot be acquired for the patient.

Vers une autre temporalité de la "parthénos" : entre mythe, littérature et disciplines du corps

Cette thèse trace la généalogie culturelle de la jeune fille en Occident en ciblant les moments charnières de son devenir femme au sein de structures de savoir qui ont activement participé à forger cette figure hétéronormative. Mon objectif est de produire une analyse culturelle en forgeant une cartographie des adolescences au féminin. Afin de sortir de la temporalité téléologique de la virginité et de la défloration, j’emprunte un mot étranger, parthénos, qui fait appel à l’idée de la jeune fille, sans nécessairement se limiter à ses connotations conventionnelles. La première partie, intitulée « La virginité, une affaire de jeunes filles », laisse place à une analyse du concept de parthénos à partir d’une lecture au carrefour de la médecine, de la loi et du mythe. Une lecture du traité hippocratique De la maladie des jeunes filles dévoile comment la défloration et la grossesse deviennent une cure érotique, une discipline du corps, qui décide du passage de la jeune fille dans une temporalité utile à la Cité. Un déplacement paradigmatique s’opère au 19e siècle dans les écrits médico-légaux, parce que l’hymen, auparavant inexistant dans la doxa hippocratique, devient le signe matériel par excellence pour examiner le statut de virginité de la fille. L’analyse de ces traités (frères Beck, Ambroise Tardieu, Paulier et Hétet) révèle la configuration de pratiques et de discours d’infantilisation des victimes de viol, et le refus des médecins légistes de reconnaître qu’une femme mariée puisse être violée. À partir d’une lecture contemporaine des tragédies L’Orestie d’Eschyle et Antigone de Sophocle, je montre que les figures d’Antigone et d’Électre constituent des exemples et des symboles convaincants de ce destin funeste de la parthénos qui n’accède jamais au statut de femme mariée. À ces figures mortelles, se télescopent les figures d’Artémis et des Érinyes pour montrer le potentiel de régénération inhérent à la figure de la parthénos. La deuxième partie, qui porte le titre « Le liminaire. Repenser les devenirs de l’adolescence », engage une réflexion à la lisière du contexte contemporain des Girlhood Studies, de la psychanalyse sociale et des études féministes sur le corps et le sexe, pour faciliter le déploiement d’une cartographie plus contextualisée du concept de parthénos. Je montre ici les écueils et les effets du danger qu’engendre la rationalité économique (cf. Henry A. Giroux) pour les espaces de liberté et d’exploration propres à l’adolescence. Cette posture est appuyée sur une lecture des récentes études en psychanalyse sociale (Anne Bourgain, Olivier Douville et Edmond Ortigues). Il est ainsi question d’identifier ce qui marque le passage entre l’adolescence et l’âge adulte : la crainte de la disparition et le fantasme de la naissance de soi. La théorie de la volatilité corporelle qu’élabore Elizabeth Grosz à propos de la sexualité féminine, ainsi que les théories de Michel Foucault, reprises par Judith Butler, en ce qui concerne les disciplines du corps, répondent à mon objectif de sortir de l’écueil d’une temporalité téléologique pour saisir les effets et les ramifications du discours sur la matérialité du corps de la jeune fille, sur ce qui lui arrive lorsqu’elle ne correspond pas tout à fait à l’idéal de régulation. Enfin, la dernière partie, qui porte le titre « Temporalités de la parthénos en tant que sujet liminaire », est traversée par les modalités particulières de la parthénia qui semble désincarnée dans la littérature contemporaine. L’objectif est de prouver que la virginité est toujours un marqueur symbolique qui déploie le destin de la fille dans un horizon particulier, trop souvent celui de la disparition. En proposant un éventail de cinq textes littéraires que j’inscris au sein d’une posture généalogique, je souhaite voir dans la littérature contemporaine, une volonté, parfois aussi un échec, dans cette pensée de la parthénos en tant que sujet liminaire. Le récit Vu du ciel de Christine Angot montre que l’ascension vers le statut d’ange concerne seulement les victimes enfants. Le récit d’Angot met donc en lumière la distinction entre la vraie victime, toujours innocente et pré-pubère, et la fausse victime, l’adolescente. Contrairement à Vu du ciel, The Lovely Bones d’Alice Sebold met en scène la possibilité d’une communauté politique de filles qui sera en fait limitée par le refus du potentiel lesbien. La question du viol sera ici centrale et sera abordée à partir de l’insistance sur la voix de la narratrice Susan. La littérature devient un espace propice à la survie de la jeune fille, puisqu’elle admet la reprise de l’expérience de la première relation sexuelle. Si la communauté est convoquée dans The Lovely Bones, elle est associée à l’image de l’identité sororale dans le roman Virgin Suicides de Jeffrey Eugenides. La pathologie virale et la beauté virginale que construit le narrateur polyphonique et anonyme font exister le discours médical sur la maladie des vierges dans un contexte contemporain. Le récit médical rejoint alors le récit érotique puisque le narrateur devient médecin, détective et voyeur. À la différence de ces trois récits, Drames de princesses d’Elfriede Jelinek montre une parthénos, Blanche Neige, qui fait face à son agresseur pour s’inscrire dans une historicité discursive. Cette collision dialogique ranime le cycle tragique (celui d’une Antigone confrontant Créon) et traduit de nouveau le danger d’une superstructure sociétale composée d’images et de discours où la fille est construite comme un accessoire pour le plaisir éphémère de l’homme. À l’inverse de l’image de la vierge sacrée et désincarnée que proposent les récits d’Angot, de Sebold, d’Eugenides et de Jelinek, Virginie Despentes offre une autre réflexion dans Apocalypse bébé. Le personnage de Valentine est configuré comme une sœur des parthénoi qui préfère le suicide et la terreur à la domestication, faisant ainsi appel à une temporalité radicale et inachevable, celle de la fin de la jeune fille. Mon souhait est enfin de souligner la nécessité de penser au mérite autant épistémologique, intime que politique, d’explorer le temps des éclosions sexuelles de la fille par delà l’idée de la première relation sexuelle.

Non invasive classification system of scoliosis curve types using least-squares support vector machines

Objective To determine scoliosis curve types using non invasive surface acquisition, without prior knowledge from X-ray data. Methods Classification of scoliosis deformities according to curve type is used in the clinical management of scoliotic patients. In this work, we propose a robust system that can determine the scoliosis curve type from non invasive acquisition of the 3D back surface of the patients. The 3D image of the surface of the trunk is divided into patches and local geometric descriptors characterizing the back surface are computed from each patch and constitute the features. We reduce the dimensionality by using principal component analysis and retain 53 components using an overlap criterion combined with the total variance in the observed variables. In this work, a multi-class classifier is built with least-squares support vector machines (LS-SVM). The original LS-SVM formulation was modified by weighting the positive and negative samples differently and a new kernel was designed in order to achieve a robust classifier. The proposed system is validated using data from 165 patients with different scoliosis curve types. The results of our non invasive classification were compared with those obtained by an expert using X-ray images. Results The average rate of successful classification was computed using a leave-one-out cross-validation procedure. The overall accuracy of the system was 95%. As for the correct classification rates per class, we obtained 96%, 84% and 97% for the thoracic, double major and lumbar/thoracolumbar curve types, respectively. Conclusion This study shows that it is possible to find a relationship between the internal deformity and the back surface deformity in scoliosis with machine learning methods. The proposed system uses non invasive surface acquisition, which is safe for the patient as it involves no radiation. Also, the design of a specific kernel improved classification performance.

Analysis of scoliosis trunk deformities using ICA

This paper describes a method for analyzing scoliosis trunk deformities using Independent Component Analysis (ICA). Our hypothesis is that ICA can capture the scoliosis deformities visible on the trunk. Unlike Principal Component Analysis (PCA), ICA gives local shape variation and assumes that the data distribution is not normal. 3D torso images of 56 subjects including 28 patients with adolescent idiopathic scoliosis and 28 healthy subjects are analyzed using ICA. First, we remark that the independent components capture the local scoliosis deformities as the shoulder variation, the scapula asymmetry and the waist deformation. Second, we note that the different scoliosis curve types are characterized by different combinations of specific independent components.

Réduction des artéfacts de tuteur coronarien au moyen d’un algorithme de reconstruction avec renforcement des bords : étude prospective transversale en tomodensitométrie 256 coupes

Les artéfacts métalliques entraînent un épaississement artéfactuel de la paroi des tuteurs en tomodensitométrie (TDM) avec réduction apparente de leur lumière. Cette étude transversale prospective, devis mesures répétées et observateurs avec méthode en aveugle, chez 24 patients consécutifs/71 tuteurs coronariens a pour objectif de comparer l’épaisseur de paroi des tuteurs en TDM après reconstruction par un algorithme avec renforcement des bords et un algorithme standard. Une angiographie coronarienne par TDM 256 coupes a été réalisée, avec reconstruction par algorithmes avec renforcement des bords et standard. L’épaisseur de paroi des tuteurs était mesurée par méthodes orthogonale (diamètres) et circonférentielle (circonférences). La qualité d’image des tuteurs était évaluée par échelle ordinale, et les données analysées par modèles linéaire mixte et régression logistique des cotes proportionnelles. L’épaisseur de paroi des tuteurs était inférieure avec l’algorithme avec renforcement des bords comparé à l’algorithme standard, avec les méthodes orthogonale (0,97±0,02 vs 1,09±0,03 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,13±0,02 vs 1,21±0,02 mm, respectivement; p<0,001). Le premier causait moins de surestimation par rapport à l’épaisseur nominale comparé au second, avec méthodes orthogonale (0,89±0,19 vs 1,00±0,26 mm, respectivement; p<0,001) et circonférentielle (1,06±0,26 vs 1,13±0,31 mm, respectivement; p=0,005) et diminuait de 6 % la surestimation. Les scores de qualité étaient meilleurs avec l’algorithme avec renforcement des bords (OR 3,71; IC 95% 2,33–5,92; p<0,001). En conclusion, la reconstruction des images avec l’algorithme avec renforcement des bords génère des parois de tuteurs plus minces, moins de surestimation, et de meilleurs scores de qualité d’image que l’algorithme standard.

Socio-Economic Survey of a Specific village

This thesis Entitled Socio-Economic Survey of a Specific village.For the purpose of analysis the thesis is divided into nine chapters. The first chapter introduces the subject of study and explains the significance of the study.It also provides the profile of the village. Chapter two deals with the different aspects of agriculture in the village.Chapter three discusses the problems of industrialisation in the Village. Chapter four is on village administration. It elaborates on the services rendered by government machinery in facilitating the development of agriculture and industry in the village.Chapter five explains the ways and means of marketing of village produce, both industrial and agricultural origin. It also explains the relevance of intra village connections in facilitating marketing.Chapter seven provides information regarding the income and expenditure pattern of the village.Chapter eight is on village social life. It explains the social life of the villagers, including religious

Content Based Image Retrieval of Brain MR Images across Different Classes

Magnetic Resonance Imaging play a vital role in the decision-diagnosis process of brain MR images. For an accurate diagnosis of brain related problems, the experts mostly compares both T1 and T2 weighted images as the information presented in these two images are complementary. In this paper, rotational and translational invariant form of Local binary Pattern (LBP) with additional gray scale information is used to retrieve similar slices of T1 weighted images from T2 weighted images or vice versa. The incorporation of additional gray scale information on LBP can extract more local texture information. The accuracy of retrieval can be improved by extracting moment features of LBP and reweighting the features based on users’ feedback. Here retrieval is done in a single subject scenario where similar images of a particular subject at a particular level are retrieved, and multiple subjects scenario where relevant images at a particular level across the subjects are retrieved

Design and Finite Element Analysis of Hybrid Stepper Motor for Spacecraft Applications

This paper presents the design and analysis of a 400-step hybrid stepper motor for spacecraft applications. The design of the hybrid stepper motor for achieving a specific performance requires the choice of appropriate tooth geometry. In this paper, a detailed account of the results of two-dimensional finite-element (FE) analysis conducted with different tooth shapes such as square and trapezoidal, is presented. The use of % more corresponding increase in detent torque and distorted static torque profile. For the requirements of maximum torque density, less-detent torque, and better positional accuracy and smooth static torque profile, different pitch slotting with equal tooth width has to be provided. From the various FE models subjected to analysis trapezoidal teeth configuration with unequal tooth pitch on the stator and rotor is found to be the best configuration and is selected for fabrication. The designed motor is fabricated and the experimental results is compared with the FE results

Design, Development and Realization of Quadratic Volterra Filters for Selected Applications

The basic concepts of digital signal processing are taught to the students in engineering and science. The focus of the course is on linear, time invariant systems. The question as to what happens when the system is governed by a quadratic or cubic equation remains unanswered in the vast majority of literature on signal processing. Light has been shed on this problem when John V Mathews and Giovanni L Sicuranza published the book Polynomial Signal Processing. This book opened up an unseen vista of polynomial systems for signal and image processing. The book presented the theory and implementations of both adaptive and non-adaptive FIR and IIR quadratic systems which offer improved performance than conventional linear systems. The theory of quadratic systems presents a pristine and virgin area of research that offers computationally intensive work. Once the area of research is selected, the next issue is the choice of the software tool to carry out the work. Conventional languages like C and C++ are easily eliminated as they are not interpreted and lack good quality plotting libraries. MATLAB is proved to be very slow and so do SCILAB and Octave. The search for a language for scientific computing that was as fast as C, but with a good quality plotting library, ended up in Python, a distant relative of LISP. It proved to be ideal for scientific computing. An account of the use of Python, its scientific computing package scipy and the plotting library pylab is given in the appendix Initially, work is focused on designing predictors that exploit the polynomial nonlinearities inherent in speech generation mechanisms. Soon, the work got diverted into medical image processing which offered more potential to exploit by the use of quadratic methods. The major focus in this area is on quadratic edge detection methods for retinal images and fingerprints as well as de-noising raw MRI signals

Spatially Adaptive Image Denoising Techniques Using Directionlets

The aim of the thesis was to design and develop spatially adaptive denoising techniques with edge and feature preservation, for images corrupted with additive white Gaussian noise and SAR images affected with speckle noise. Image denoising is a well researched topic. It has found multifaceted applications in our day to day life. Image denoising based on multi resolution analysis using wavelet transform has received considerable attention in recent years. The directionlet based denoising schemes presented in this thesis are effective in preserving the image specific features like edges and contours in denoising. Scope of this research is still open in areas like further optimization in terms of speed and extension of the techniques to other related areas like colour and video image denoising. Such studies would further augment the practical use of these techniques.

Design and study of self-assembled functional organic and hybrid systems for biological applications

The focus of self-assembly as a strategy for the synthesis has been confined largely to molecules, because of the importance of manipulating the structure of matter at the molecular scale. We have investigated the influence of temperature and pH, in addition to the concentration of the capping agent used for the formation of the nano-bio conjugates. For example, the formation of the narrower size distribution of the nanoparticles was observed with the increase in the concentration of the protein, which supports the fact that γ-globulin acts both as a controller of nucleation as well as stabiliser. As analyzed through various photophysical, biophysical and microscopic techniques such as TEM, AFM, C-AFM, SEM, DLS, OPM, CD and FTIR, we observed that the initial photoactivation of γ-globulin at pH 12 for 3 h resulted in small protein fibres of ca. Further irradiation for 24 h, led to the formation of selfassembled long fibres of the protein of ca. 5-6 nm and observation of surface plasmon resonance band at around 520 nm with the concomitant quenching of luminescence intensity at 680 nm. The observation of light triggered self-assembly of the protein and its effect on controlling the fate of the anchored nanoparticles can be compared with the naturally occurring process such as photomorphogenesis.Furthermore,our approach offers a way to understand the role played by the self-assembly of the protein in ordering and knock out of the metal nanoparticles and also in the design of nano-biohybrid materials for medicinal and optoelectronic applications. Investigation of the potential applications of NIR absorbing and water soluble squaraine dyes 1-3 for protein labeling and anti-amyloid agents forms the subject matter of the third chapter of the thesis. The study of their interactions with various proteins revealed that 1-3 showed unique interactions towards serum albumins as well as lysozyme. 69%, 71% and 49% in the absorption spectra as well as significant quenching in the fluorescence intensity of the dyes 1-3, respectively. Half-reciprocal analysis of the absorption data and isothermal titration calorimetric (ITC) analysis of the titration experiments gave a 1:1 stoichiometry for the complexes formed between the lysozyme and squaraine dyes with association constants (Kass) in the range 104-105 M-1. We have determined the changes in the free energy (ΔG) for the complex formation and the values are found to be -30.78, -32.31 and -28.58 kJmol-1, respectively for the dyes 1, 2 and 3. Furthermore, we have observed a strong induced CD (ICD) signal corresponding to the squaraine chromophore in the case of the halogenated squaraine dyes 2 and 3 at 636 and 637 nm confirming the complex formation in these cases. To understand the nature of interaction of the squaraine dyes 1-3 with lysozyme, we have investigated the interaction of dyes 1-3 with different amino acids. These results indicated that the dyes 1-3 showed significant interactions with cysteine and glutamic acid which are present in the side chains of lysozyme. In addition the temperature dependent studies have revealed that the interaction of the dye and the lysozyme are irreversible. Furthermore, we have investigated the interactions of these NIR dyes 1-3 with β- amyloid fibres derived from lysozyme to evaluate their potential as inhibitors of this biologically important protein aggregation. These β-amyloid fibrils were insoluble protein aggregates that have been associated with a range of neurodegenerative diseases, including Huntington, Alzheimer’s, Parkinson’s, and Creutzfeldt-Jakob diseases. We have synthesized amyloid fibres from lysozyme through its incubation in acidic solution below pH 4 and by allowing to form amyloid fibres at elevated temperature. To quantify the binding affinities of the squaraine dyes 1-3 with β-amyloids, we have carried out the isothermal titration calorimetric (ITC) measurements. The association constants were determined and are found to be 1.2 × 105, 3.6× 105 and 3.2 × 105 M-1 for the dyes, 1-3, respectively. To gain more insights into the amyloid inhibiting nature of the squaraine dyes under investigations, we have carried out thioflavin assay, CD, isothermal titration calorimetry and microscopic analysis. The addition of the dyes 1-3 (5μM) led to the complete quenching in the apparent thioflavin fluorescence, thereby indicating the destabilization of β-amyloid fibres in the presence of the squaraine dyes. Further, the inhibition of the amyloid fibres by the squaraine dyes 1-3, has been evidenced though the DLS, TEM AFM and SAED, wherein we observed the complete destabilization of the amyloid fibre and transformation of the fibre into spherical particles of ca. These results demonstrate the fact that the squaraine dyes 1-3 can act as protein labeling agents as well as the inhibitors of the protein amyloidogenesis. The last chapter of the thesis describes the synthesis and investigation of selfassembly as well as bio-imaging aspects of a few novel tetraphenylethene conjugates 4-6.Expectedly, these conjugates showed significant solvatochromism and exhibited a hypsochromic shift (negative solvatochromism) as the solvent polarity increased, and these observations were justified though theoretical studies employing the B3LYP/6-31g method. We have investigated the self-assembly properties of these D-A conjugates though variation in the percentage of water in acetonitrile solution due to the formation of nanoaggregates. Further the contour map of the observed fluorescence intensity as a function of the fluorescence excitation and emission wavelength confirmed the formation of J-type aggregates in these cases. To have a better understanding of the type of self-assemblies formed from the TPE conjugates 4-6, we have carried out the morphological analysis through various microscopic techniques such as DLS, SEM and TEM. 70%, we observed rod shape architectures having ~ 780 nm in diameter and ~ 12 μM in length as evidenced through TEM and SEM analysis. We have made similar observations with the dodecyl conjugate 5 at ca. 70% and 50% water/acetonitrile mixtures, the aggregates formed from 4 and 5 were found to be highly crystalline and such structures were transformed to amorphous nature as the water fraction was increased to 99%. To evaluate the potential of the conjugate as bio-imaging agents, we have carried out their in vitro cytotoxicity and cellular uptake studies though MTT assay, flow cytometric and confocal laser scanning microscopic techniques. Thus nanoparticle of these conjugates which exhibited efficient emission, large stoke shift, good stability, biocompatibility and excellent cellular imaging properties can have potential applications for tracking cells as well as in cell-based therapies. In summary we have synthesized novel functional organic chromophores and have studied systematic investigation of self-assembly of these synthetic and biological building blocks under a variety of conditions. The investigation of interaction of water soluble NIR squaraine dyes with lysozyme indicates that these dyes can act as the protein labeling agents and the efficiency of inhibition of β-amyloid indicate, thereby their potential as anti-amyloid agents.

Design, implementation and application of a generic framework for integrated regional land-use modeling

Land use is a crucial link between human activities and the natural environment and one of the main driving forces of global environmental change. Large parts of the terrestrial land surface are used for agriculture, forestry, settlements and infrastructure. Given the importance of land use, it is essential to understand the multitude of influential factors and resulting land use patterns. An essential methodology to study and quantify such interactions is provided by the adoption of land-use models. By the application of land-use models, it is possible to analyze the complex structure of linkages and feedbacks and to also determine the relevance of driving forces. Modeling land use and land use changes has a long-term tradition. In particular on the regional scale, a variety of models for different regions and research questions has been created. Modeling capabilities grow with steady advances in computer technology, which on the one hand are driven by increasing computing power on the other hand by new methods in software development, e.g. object- and component-oriented architectures. In this thesis, SITE (Simulation of Terrestrial Environments), a novel framework for integrated regional sland-use modeling, will be introduced and discussed. Particular features of SITE are the notably extended capability to integrate models and the strict separation of application and implementation. These features enable efficient development, test and usage of integrated land-use models. On its system side, SITE provides generic data structures (grid, grid cells, attributes etc.) and takes over the responsibility for their administration. By means of a scripting language (Python) that has been extended by language features specific for land-use modeling, these data structures can be utilized and manipulated by modeling applications. The scripting language interpreter is embedded in SITE. The integration of sub models can be achieved via the scripting language or by usage of a generic interface provided by SITE. Furthermore, functionalities important for land-use modeling like model calibration, model tests and analysis support of simulation results have been integrated into the generic framework. During the implementation of SITE, specific emphasis was laid on expandability, maintainability and usability. Along with the modeling framework a land use model for the analysis of the stability of tropical rainforest margins was developed in the context of the collaborative research project STORMA (SFB 552). In a research area in Central Sulawesi, Indonesia, socio-environmental impacts of land-use changes were examined. SITE was used to simulate land-use dynamics in the historical period of 1981 to 2002. Analogous to that, a scenario that did not consider migration in the population dynamics, was analyzed. For the calculation of crop yields and trace gas emissions, the DAYCENT agro-ecosystem model was integrated. In this case study, it could be shown that land-use changes in the Indonesian research area could mainly be characterized by the expansion of agricultural areas at the expense of natural forest. For this reason, the situation had to be interpreted as unsustainable even though increased agricultural use implied economic improvements and higher farmers' incomes. Due to the importance of model calibration, it was explicitly addressed in the SITE architecture through the introduction of a specific component. The calibration functionality can be used by all SITE applications and enables largely automated model calibration. Calibration in SITE is understood as a process that finds an optimal or at least adequate solution for a set of arbitrarily selectable model parameters with respect to an objective function. In SITE, an objective function typically is a map comparison algorithm capable of comparing a simulation result to a reference map. Several map optimization and map comparison methodologies are available and can be combined. The STORMA land-use model was calibrated using a genetic algorithm for optimization and the figure of merit map comparison measure as objective function. The time period for the calibration ranged from 1981 to 2002. For this period, respective reference land-use maps were compiled. It could be shown, that an efficient automated model calibration with SITE is possible. Nevertheless, the selection of the calibration parameters required detailed knowledge about the underlying land-use model and cannot be automated. In another case study decreases in crop yields and resulting losses in income from coffee cultivation were analyzed and quantified under the assumption of four different deforestation scenarios. For this task, an empirical model, describing the dependence of bee pollination and resulting coffee fruit set from the distance to the closest natural forest, was integrated. Land-use simulations showed, that depending on the magnitude and location of ongoing forest conversion, pollination services are expected to decline continuously. This results in a reduction of coffee yields of up to 18% and a loss of net revenues per hectare of up to 14%. However, the study also showed that ecological and economic values can be preserved if patches of natural vegetation are conservated in the agricultural landscape. -----------------------------------------------------------------------

Region-Based Feature Interpretation for Recognizing 3D Models in 2D Images

In model-based vision, there are a huge number of possible ways to match model features to image features. In addition to model shape constraints, there are important match-independent constraints that can efficiently reduce the search without the combinatorics of matching. I demonstrate two specific modules in the context of a complete recognition system, Reggie. The first is a region-based grouping mechanism to find groups of image features that are likely to come from a single object. The second is an interpretive matching scheme to make explicit hypotheses about occlusion and instabilities in the image features.