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Bisimplicial complexes and shortcut graphs
No full textThis thesis concerns groups acting on spaces of combinatorial nonpositive curvature. The first part of this thesis presents a discrete Morse-theoretic method for proving that a regular CW complex is homeomorphic to a sphere. We use this method to define bisimplices, the cells of a class of regular CW complexes we call bisimplicial complexes. The 1-skeleta of bisimplices are complete bipartite graphs making them suitable in constructing higher dimensional skeleta for bipartite graphs. We show that the flag bisimplicial completion of a finite bipartite bi-dismantlable graph is collapsible. We use this to show that the flag bisimplicial completion of a quadric complex is contractible and to construct a compact K(G,1) for a torsion-free quadric group G.The second part of this thesis introduces shortcut graphs and groups. Shortcut graphs are graphs in which long enough cycles cannot embed without metric distortion. Shortcut groups are groups which act properly and cocompactly on shortcut graphs. These notions unify a surprisingly broad family of graphs and groups of interest in geometric group theory and metric graph theory including: systolic and quadric groups (in particular finitely presented C(6) and C(4)-T(4) small cancellation groups), cocompactly cubulated groups, hyperbolic groups, Coxeter groups and the Baumslag-Solitar group BS(1,2). Most of these examples satisfy a strong form of the shortcut property. We show that shortcut groups are finitely presented, have exponential isoperimetric and isodiametric function and are closed under direct products and under HNN extensions and amalgamated products over finite subgroups. We show that groups satisfying the strong form of the shortcut property satisfy these properties and also have polynomial isoperimetric and isodiametric function.Cette thèse concerne les groupes qui agissent sur des espaces combinatoires à courbure négative ou nulle. La première partie de cette thèse présente une méthode basée sur la théorie de Morse discrète pour démontrer qu'un CW-complexe régulier est homéomorphe à une sphère. Nous utilisons cette méthode pour définir les bisimplexes, les cellules d'une classe de CW-complexes réguliers que nous appelons les complexes bisimpliciaux. Les 1-squelettes des bisimplexes sont des graphes bipartis complets et donc utiles dans la construction des squelettes de haute dimension des graphes bipartis. Nous montrons que le complété de drapeau bisimplicial d'un graphe biparti fini bi-démontable est collapsible. Nous utilisons ce résultat pour montrer que le complété de drapeau bisimplicial d'un complexe quadrique est contractile et pour construire un K(G,1) pour un groupe quadrique sans torsion G.La deuxième partie de cette thèse introduit les graphes et les groupes shortcuts. Les graphes shortcuts sont les graphes dans lesquelles les cycles assez long ne peuvent pas plonger sans distortion métrique. Les groupes shortcuts sont les groupes qui agissent proprement et cocompactement sur les graphes shortcuts. Ces notions unifient une famille assez large et intéressante de graphes et de groupes notamment dans la théorie des groupes géométriques et la théorie des graphes métriques comprenant: les groupes systoliques et quadriques (en particulier les groupes à petites simplifications C(6) et C(4)-T(4) finement présenté), les groupes cocompactement cubulés, les groupes hyperboliques, les groupes Coxeter et le groupe Baumslag-Solitar BS(1,2). La plupart de ces exemples satisfont une forme forte de la propriété shortcut. Nous montrons également que les groupes shortcuts sont finement présentés, ont des fonctions isopérimétriques et isodiamétriques exponentielles et qu'ils sont fermés par rapport aux produits directes, aux extensions HNN et aux produits libres avec amalgame sur des sous-groupes finis. Nous montrons que les groupes satisfaisant la forme forte de la propriété shortcut satisfont ces propriétés et ont aussi des fonctions isopérimétriques et isodiamétriques polynomiales
The helping relationship in social work: an institutional ethnography
No full textThe helping relationship is a fundamental building block in social work practice, hence an important concept to be explored, unpacked and better understood. My doctoral research serves this purpose by illuminating the social organization of the helping relationship between social workers and clients who are mothers. Using Institutional Ethnography as my main methodology, my dissertation starts from the everyday experiences of the helping relationship between social workers and their clients who are mothers to explore and analyze how the helping relationships are socially organized to occur as they do. My research question is: How does the social organization of a social services department coordinate the everyday experiences of the helping relationship between social workers and their clients who are mothers? Understanding the mechanisms that shape the helping relationship will enhance practitioners' and policy-makers' ability to deliver services that meet the complexity and nurture the helping relationship between social workers and their core clientele of women who are mothers. My extensive field-work at a social services department in Israel included interviews with all 14 staff members and 20 clients who are mothers. I engaged in daily participant observations in the social services department and I analyzed texts pertaining to institutional and professional policies and regulations that govern the helping relationship in social work. I developed a framework to capture the essential features of the helping relationship based on the perspectives of the social workers and clients. Through textual analysis I exposed the ways in which the helping relationship is textually mediated, and how notions of professionalism held by social workers shape what should and should not be done in the helping relationship. I documented how social workers often subvert professional expectations and regulations in order to meet their clients' needs and nurture the helping relationship. I demonstrated how fear of social services among clients who are mothers and inherent conflicts among social workers are omnipresent prior to the helping relationship and predisposition the helping relationship disadvantageously. Social workers and clients who are mothers take risks and make themselves vulnerable to overcome such barriers and establish meaningful helping relationships. Altogether, my research findings illuminate how the helping relationship—seemingly a private encounter between a social worker and a client—is public and political, coordinated by professional expectations, institutional regulations, and social norms. Moreover, this social organization of the helping relationship often hinders its functioning in social work. Social workers and clients face multiple extra-local barriers in establishing meaningful helping relationships. Paradoxically, the helping relationship—the bedrock of social work practice—is organized in ways that often prohibit it from being effectively established and realized.La relation d'aide est un pilier essentiel de la pratique du travail social, ce qui en fait un concept important à explorer, à décortiquer et à mieux comprendre. Mon projet de recherche de doctorat remplit cette fonction en mettant en lumière l'organisation sociale de la relation d'aide entre des travailleurs sociaux et des clientes qui sont mères. S'appuyant sur l'ethnographie institutionnelle comme méthodologie principale, ma thèse part des expériences quotidiennes de la relation d'aide entre des travailleurs sociaux et leurs clientes qui sont mères afin d'explorer et d'analyser de quelle façon les relations d'aide sont socialement organisées pour se dérouler comme elles le font. Ma question de recherche est la suivante : De quelle façon l'organisation sociale d'un ministère des Services sociaux coordonne-t-elle les expériences quotidiennes de la relation d'aide entre des travailleurs sociaux et leurs clientes qui sont mères? Comprendre les mécanismes qui définissent la relation d'aide améliorera la capacité des professionnels et des décideurs politiques à dispenser des services qui correspondront à la complexité de la relation d'aide et favoriseront cette relation d'aide entre des travailleurs sociaux et leur principale clientèle composée de femmes qui sont mères. Le travail considérable que j'ai accompli sur le terrain au sein d'un ministère des Services sociaux en Israël comprend des entrevues avec les 14 membres du personnel, ainsi qu'avec 20 clientes qui sont mères. J'ai observé quotidiennement des participants du ministère des Services sociaux et j'ai analysé des documents portant sur les politiques et les règlements institutionnels et professionnels qui régissent la relation d'aide en travail social. J'ai élaboré un cadre de travail permettant de saisir les caractéristiques essentielles de la relation d'aide en fonction du point de vue des travailleurs sociaux et de la clientèle. Par l'analyse textuelle, j'ai exposé de quelles façons la relation est textuellement modérée, et comment les notions de professionnalisme des travailleurs sociaux déterminent ce qui doit et ne doit pas être fait dans le cadre de la relation d'aide. J'ai consigné de quelle façon les travailleurs sociaux contournent souvent les attentes professionnelles et les règlements afin de répondre aux besoins de leur clientèle et de favoriser la relation d'aide. J'ai démontré comment la crainte des services sociaux parmi les clientes qui sont mères et le conflit inhérent des travailleurs sociaux sont omniprésents avant la relation d'aide et représentent une prédisposition désavantageuse à la relation d'aide. Les travailleurs sociaux et les clientes qui sont mères prennent le risque de se rendre vulnérables afin de surmonter ces obstacles et d'établir une relation d'aide significative. Dans l'ensemble, mes résultats de recherche mettent en lumière comment la relation d'aide – qui devrait être une rencontre privée entre un travailleur social et un client – est publique et politique, structurée par les attentes professionnelles, les règlements institutionnels et les normes sociales. De surcroît, cette organisation sociale de la relation d'aide compromet souvent la relation d'aide en travail social. Les travailleurs sociaux et la clientèle sont confrontés à des obstacles extérieurs à la mise en place d'une relation d'aide significative. De façon paradoxale, la relation d'aide, la pierre d'assise de la pratique du travail social, est organisée d'une manière qui empêche souvent son établissement et sa réalisation
Nickel-oxide-based electrodes for energy storage applications
No full textThis Ph.D. thesis presents a comprehensive study on the use of nickel-oxide-based electrodes for energy storage applications, focusing specifically on cathodes for production of hydrogen by water electrolysis and electrodes for electrochemical supercapacitors. The main objective of this research was to develop Ni-oxide-based materials (Ni-Co-oxide, Ni-Mo-oxide, and Ni-Mo-Ir-oxide) to achieve (i) high electrocatalytic activity and long-term performance stability in the hydrogen evolution reaction (HER), and (ii) high energy storage capacity under various operating conditions (i.e. metal oxide composition, electrolyte type, pH, and temperature).The Ni-oxide based coatings of various compositions were fabricated on a titanium substrate through a thermal-salt decomposition method. The coatings were characterized by several surface-characterization techniques, such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), and scanning electron microscopy (SEM), to know their chemical composition, structure, and morphology. At the same time, electrochemical techniques such as linear Tafel polarization (LTP), cyclic voltammetry (CV), chronoamperometry (CA), chronopotentiometry (CP), and galvanostatic charge-discharge (GCD) were employed to determine their electrochemical activity, active surface area, long-term stability, and charge-discharge capacity.First, the electrocatalytic activity of Ni-Co-oxide cathodes of various compositions for HER in acidic and alkaline media was studied. The electrodes were found to be of a semi-crystalline structure, yielding a surface morphology characterized by a relatively high surface roughness factor (up to 25). The Ni0.2Co0.8-oxide was identified as the best electrode material candidate, due to the surface-area effect. Furthermore, it showed a significantly higher electrocatalytic stability compared to Ni. However, its intrinsic activity was found to be lower than that of the control sample (pure metal nickel).The electrocatalytic properties of Ni-Mo-oxides for hydrogen production in acidic, alkaline, and neutral electrolytes were studied next. These oxides showed a better performance than pure nickel, and they were stable in the whole pH scale, even during long-term electrolysis in an acidic medium. The most extrinsically active coating was found to be Ni0.6Mo0.4-oxide (in all three electrolytes), and this coating showed the highest intrinsic activity in the neutral electrolyte. In the acidic and alkaline electrolytes, the Ni0.8Mo0.2-oxide coating was found to be the most intrinsically active. This superior performance was attributed to an increase in the electrochemically active surface area, as well as the electrochemical activity of the material.Considering the excellent results obtained with the Ni-Mo-oxide electrodes (specifically the Ni0.6-Mo0.4-oxide coating, which was the best performing composition), the addition of iridium (an excellent but expensive catalyst) was investigated for hydrogen production and in the development of electrodes for supercapacitors.In all the cases, the Ni-Mo-Ir-oxide showed a better performance in an acidic medium when compared to nickel for HER. These results were attributed to both the increase of surface area and a possible modification of the electronic structure of the coatings. In addition, deactivation/re-activation experiments were done in the presence of the most common impurities found in commercial electrolytes during hydrogen production (Cu, Fe, Cu + Fe). These experiments showed that the Ni-Mo-Ir- electrodes were much more resistant to deactivation and can be, in addition, reactivated to a higher activity degree than pure nickel cathodes.Based on the results of this thesis, it was concluded that nickel-oxide-based electrodes are excellent candidates for alternative electrochemical energy storage systems (hydrogen production by water electrolysis and electricity storage in supercapacitors).Cette thèse présente une étude compréhensive de l'utilisation d'électrodes d'oxyde de nickel pour des applications de stockage d'énergie, en se concentrant spécifiquement sur des cathodes pour la production d'hydrogène par l'électrolyse de l'eau et des électrodes pour des supercondensateurs électrochimiques. L'objectif de cette recherche est de développer des matériaux à base de Ni-oxyde (Ni-Co-oxyde, Ni-Mo-oxyde, et Ni-Mo-Ir-oxyde) pour obtenir (i) une haute activité électrocatalytique et une stabilité à long terme dans la performance de la réaction de dégagement d'hydrogène (HER), et (ii) une haute capacité de stockage d'énergie dans une variété de conditions d'opération (c'est à dire, composition d'oxyde métallique, type d'électrolyte, pH, et température).Les différentes variétés de couches à base d'oxyde de nickel ont été fabriqué sur un substrat de titanium en utilisant une méthode de décomposition de sel thermique. Les couches ont été caractérisé par plusieurs techniques de caractérisation de surface, tel que la spectroscopie de photoélectrons X (XPS), la spectroscopie dispersive d'énergie (EDS), la diffractions de rayons X (XRD), et la microscopie électronique à balayage (SEM), pour connaître leur composition chimique, structure, et morphologie. En même temps, des techniques électrochimiques, tel que la polarisation linéaire de Tafel (LTP), voltampérométrie cyclique (CV), chronoampérométrie (CA), chronopotentiométrie (CP), et la décharge galvanostatique (GCD) ont été employé pour déterminer l'activité électrochimique, la surface active, la stabilité à long terme, et la capacité de charge-décharge des couches.En premier, l'activité électrocatalytique de cathodes de différentes variétés de Ni-Co-oxyde pour la HER a été étudié dans des médias acides et alcalins. Les électrodes se sont révélés être d'une structure semi-crystalline, donnant une morphologie de surface caractérisé par un facteur de rugosité plutôt élevé (jusqu'à 25). Le Ni0.2Co0.8-oxyde a été identifié comme le meilleure candidat de matériel d'électrode, ce qui est liée à l'effet de surface. De plus, il a montré une stabilité éléctrocatalytique beaucoup plus élevé que celle des autres matériaux. Cependant, son activité intrinsèque s'est révélé être bien plus basse que celle de l'échantillon de contrôle (un métal de nickel pure).Les propriétés électrocatalytiques de Ni-Mo-oxyde pour la production d'hydrogène dans des électrolytes acides, alcalis et neutres ont ensuite été étudiées. Ces oxydes ont démontré de meilleures performances que le nickel pur, ainsi qu'une stabilité sur toute l'échelle de pH, même pendant l'électrolyses à long terme dans des médias acides. La recherche a démontré que le revêtement le plus extrinsèquement actif était le Ni0.6Mo0.4-oxyde (dans les trois cas d'électrolytes). De plus, ce revêtement avait la plus haute activité intrinsèque dans l'électrolyte neutre. Dans les électrolytes acides et alcalis, le revêtement de Ni0.8Mo0.2-oxyde a démontré la plus haute activité intrinsèque. Cette performance supérieure a été attribuée à une augmentation de la surface électrochimiquement active, ainsi que l'activité électrochimique du matériel.Considérant les excellents résultats obtenus avec les électrodes de Ni-Mo-oxyde (spécifiquement le revêtement de Ni0.6-Mo0.4-oxiyde qui a démontré la meilleur performance) , l'ajout d'iridium (un excellent mais dispendieux catalyste) a été étudié pour la production d'hydrogène et le development d'electrodes de supercondensateurs.Dans tous les cas, les électrodes de Ni-Mo-Ir-oxyde ont démontré de meilleures performances dans des électrolytes acides comparées aux électrodes de nickel pur pour la RDH.Selon les résultats de la thèse présentée, il a été conclu que les électrodes à base d'oxyde de nickel représentent d'excellents candidats pour le stockage d'énergie électrochimique pour la production d'hydrogène à partir d'électrolyse de l'eau et pour le stockage d'électricité dans des supercondensateurs
Synaptic adhesion mechanisms in inhibitory synapse development and Alzheimer's disease
No full textSynapses are the minimal computational units of the brain, whose development is elegantly controlled by molecular coordination. One of the key molecular families directing this coordination is a group of synapse organizers with the ability to induce de novo synaptic assembly. In this thesis, we aim to understand the physiological and pathological roles of synapse organizers by using both in vitro and in vivo approaches. In Chapter 3, we report the identification of immunoglobulin superfamily member 21 (IgSF21) as a novel inhibitory synapse organizer that induces only inhibitory presynaptic differentiation. Through further proteomics screening, we isolated neurexin 2α (NRX2α) as an IgSF21-interacting presynaptic organizer. Interestingly, IgSF21 selectively binds to NRX2a but not any other NRX isoforms and recruits NRX2α to presynaptic sites in a trans-interaction manner, which is essential for the synaptogenic activity of IgSF21. To characterize the physiological function of IgSF21 in the central nervous system, we comprehensively characterized IgSF21 mutant mice. We found that IgSF21 positively regulates inhibitory synapse development and GABA-mediated synaptic transmission in hippocampal CA1 pyramidal neurons and that IgSF21 is indispensable for normal sensorimotor gating. We concluded that IgSF21 selectively organizes inhibitory synapses via its trans-synaptic interaction with axonal NRX2α and that this is essential for normal brain function. This chapter thus uncovers a novel and unique molecular mechanism underlying inhibitory presynaptic development, providing molecular insights into how a synapse organizer regulates complex GABA-mediated synaptic circuitry.In Chapter 4, we screened synapse organizers for amyloid beta oligomer (AβO) binding and identified a novel interaction between neurexins (NRXs) and AβOs. AβOs bind to NRXs via the N-terminal histidine-rich domain (HRD) of β-NRX1/2/3 and alternatively-spliced inserts at splicing site 4 of NRX1/2. In artificial synapse-formation assays, AβOs diminish excitatory presynaptic differentiation induced by NRX-interacting proteins such as neuroligin1/2 (NLG1/2) and the leucine-rich repeat transmembrane protein LRRTM2. As a cellular mechanism, our time-lapse imaging revealed that AβO treatment reduces the surface expression of NRX1β on axons and that this reduction depends on the NRX1β HRD. In transgenic mice with mutated human amyloid precursor protein, synaptic expression of β-NRXs, but not α-NRXs, specifically decreases. In summary, our results indicate that AβOs interact with NRXs and that this interaction inhibits NRXs-mediated presynaptic differentiation by reducing surface expression of axonal β-NRXs. These findings shed light on pathological roles of synapse organizers in Alzheimer's disease and will help to develop new therapeutic strategies targeting AβO-NRXs interaction.La synapse est la plus petite unité computationnelle du cerveau, dont le développement est dirigé avec élégance par la coordination de diverses molécules. Une des familles moléculaires clés dans cette coordination est composée d'organisateurs synaptiques possédant la capacité d'induire de novo l'assemblage des synapses. Dans cette thèse, nous visons à déterminer les rôles physiologiques et pathologiques de ces organisateurs synaptiques par des expériences in vitro et in vivo.Dans le chapitre 3, l' « immunoglobulin superfamily member 21 » (IgSF21) est exposée comme un nouvel organisateur synaptique induisant sélectivement l'inhibition de la différentiation présynaptique. Par le biais d'une analyse protéomique, la neurexine 2α (NRX2α) a été identifiée comme un organisateur présynaptique interagissant avec IgSF21. Étonnamment, IgSF21 recrute et se lie sélectivement à la NRX2α et à aucun autre isoforme. Ces deux protéines forment une interaction trans-synaptique qui est essentielle à l'activité synaptogénique de IgSF21. Nous avons caractérisé une souris déficiente en IgSF21 afin d'en étudier les fonctions physiologiques au niveau du système nerveux central. Nous avons découvert qu'IgSF21 régule positivement le développement des synapses inhibitrices et la transmission synaptique médiée par le GABA dans les neurones pyramidaux de l'aire CA1 de l'hippocampe. Par ailleurs, IgSF21 est indispensable au filtrage sensorimoteur. Pour conclure, IgSF21 organise sélectivement les synapses inhibitrices via une interaction trans-synaptique, essentielle au fonctionnement normal du cerveau, avec la protéine axonale NRX2α. Ce chapitre décrit ainsi un nouvel et unique mécanisme moléculaire impliqué dans le développement présynaptique inhibiteur permettant d'apporter de nouvelles connaissances moléculaires sur la manière dont les organisateurs synaptiques régulent le circuit synaptique complexe médié par le GABA. Dans le chapitre 4, une analyse de liaison de l'oligomère du peptide bêta-amyloïde (AβO) a été réalisé afin d'identifier de nouveaux partenaires de liaison parmi les protéines d'adhésion synaptique, appelées organisateurs synaptiques. Ceci a permis d'identifier une nouvelle interaction entre les neurexines (NRXs) et les AβOs. Les AβOs se lient aux NRXs-β 1/2/3 via leur domaine N-terminal riche en histidine (HRD) mais aussi grâce aux insertions de l'épissage alternatif du 4ème site d'épissage des NRXs 1 et 2. Dans les expériences de formation de synapses artificielles, les AβOs diminuent la différentiation présynaptique excitatrice induite par des protéines interagissant avec les NRXs telles que les neuroligines 1 et 2 (NLG1/2) et les « leucine-rich repeat transmembrane protein 2 » (LLRTM2). L'imagerie par time-lapse a révélé qu'un traitement par des AβOs réduit l'expression de la NRX1β à la surface des axones par le biais de son domaine HRD. De plus, dans un modèle murin transgénique possédant une forme mutée de la protéine précurseur du peptide amyloïde humain, l'expression synaptique des NRXs-β est diminué mais pas celle des NRXs-α. En résumé, nos résultats indiquent que les AβOs interagissent avec les NRXs et qu'il en résulte l'inhibition de la différenciation présynaptique en réduisant l'expression en surface des NRXs-β au niveau de l'axone. Ces découvertes mettent en lumière les rôles pathologiques des organisateurs synaptiques dans la maladie d'Alzheimer et aideront au développement de nouvelles stratégies thérapeutiques visant l'interaction AβO-NRXs
The role of denervation in skeletal muscle of pre-frail/frail elderly women
No full textThe aging process is associated with progressive decline in skeletal muscle mass and function contributing to impaired physical function and increased risk of frailty. Investigations on underlying mechanisms contributing to age-related muscle atrophy have revealed an important role of mitochondrial dysfunction and motor unit (MU) remodeling and loss. We have previously shown the presence of denervation and its modulating role on mitochondrial function in octogenarian men. However, limited data exists in elderly women, who are at a higher risk than men of becoming physically frail and who live longer with functional dependence. The aims of this Dissertation are to assess (i) mitochondrial function changes, and the potential modulating role of denervation on mitochondrial function in prefrail/frail elderly women, and (ii) the significance of denervation to muscle atrophy in pre-frail/frail elderly women. For comparison, we assessed the degree of muscle denervation in world class octogenarian master athletes (MA), who better retain muscle mass and physical function in advanced age. Here we showed that frail elderly women (FE, 77.9 ± 1.5y) compared to young inactive (YI, 24.0 ± 1.0) controls, have reduced vastus lateralis muscle respiratory capacity, which seemed to be due to reduced mitochondrial content rather than intrinsic dysfunction of mitochondria because the reduction in respiration was proportional to a reduction in the mitochondrial outer membrane protein, voltage dependent anion channel (VDAC). On the other hand, FE women displayed increased reactive oxygen species (ROS) per unit of VDAC that was normalized by blocking the denervation-responsive ROS signal through pharmacological inhibition of cytoplasmic phospholipase A2 (cPLA2). As such, our results suggest that denervation modulates mitochondrial function in FE similar to our previous observations in octogenarian men. Consistent with these findings, we also demonstrated the presence of denervation-induced morphological changes in the FE group compared to YI controls, including grouping of myofibers of the same type, changes in myofiber type (myosin heavy chain (MHC) protein isoform) characterized as increased abundance of fibers co-expressing multiple MHC isoforms, and an accumulation of small fibers that frequently have angular shape. Compared to YI group, FE women also displayed a higher abundance of neural cell adhesion molecule (NCAM) positive fibers and the presence of pyknotic nuclei, which are well-established marker of denervation. Next, we demonstrated that a population that maintains high physical function in advanced age, world class octogenarian track and field athletes (MA, 80.7 ± 2.5y), compared to FE group, had lower abundance of fibers expressing NCAM and greater slow fiber type grouping with increased fiber number per group. This suggests that retention of muscle mass and function in high functioning elderly is associated with a greater capacity for reinnervating denervated muscle fibers such that over time, fewer fibers are lost. All together these data demonstrate that in FE women, denervation is an important modulator of mitochondrial function and contributes to age-related muscle atrophy and physical impairment as indicated by the presence of denervation-induced morphological changes and biomarkers in aging muscle. In contrast, highly functioning elderly adults exhibit features consistent with a greater reinnervation capacity, which likely plays a key role in their lesser degree of muscle degeneration and greater retention of physical function.Le processus de vieillissement est associé à un déclin progressif de la masse musculaire squelettique et de sa function, entraînant une diminution de la fonction physique et un risque accru de fragilité. Les recherches sur les mécanismes contribuant à l'atrophie musculaire liée à l'âge ont révélé un rôle important dans le remodelage et la perte de la fonction mitochondriale altérée et de l'unité motrice (MU). Nous avons précédemment montré la présence de dénervation et son rôle modulateur sur la fonction mitochondriale chez les hommes octogénaires. Cependant, il existe peu de données sur les femmes âgées, qui risquent davantage de devenir physiquement fragiles et vivent plus longtemps avec une dépendance fonctionnelle. Le but de cette thèse est d'évaluer les modifications de la fonction mitochondriale, la présence d'une dénervation musculaire persistante et son rôle modulateur sur la fonction mitochondriale chez les femmes âgées pré-fragiles / fragiles, ainsi que l'importance de la dénervation pour l'atrophie musculaire chez les femmes âgées pré-fragiles / fragiles. À titre de comparaison, nous évaluons l'ampleur de dénervation musculaire chez les athletes maîtres (MA), qui conservent leur masse musculaire et leur fonction physique à un âge avancé. Nous montrons ici que les femmes âgées fragiles (AF, 77,9 ± 1,5 ans) comparées aux jeunes contrôles inactifs (JI, 24,0 ± 1,0), ont la capacité respiratoire mitochondriale du muscle latéral lateral réduite, ce qui semble être dû à une réduction du contenu mitochondrial plutôt qu'à un dysfonctionnement intrinsèque de mitochondries. D'autre part, les femmes AF ont présenté un taux élevé de dérivés réactifs de l'oxygène (DRO) augmentées par unité de mitochondrie normalisée en inhibant le signal ROS sensible à la dénervation en inhibant la phospholipase A2 cytoplasmique, suggérant que la dénervation module la fonction mitochondriale dans AF de la même manière que nos précédentes observations chez les hommes octogénaires. Conformément à ces résultats, nous avons démontré la présence de changements morphologiques induits par la dénervation dans le groupe AF, notamment le groupement de myofibres du même type, des changements dans le type de myofibre (isoforme de la chaîne lourde de la myosine (MHC) avec une abondance accrue de fibres co-exprimant différentes protéines isoformes du MHC et accumulation de petites fibres angulaires. Les femmes AF ont également présenté une plus grande abondance de fibres positives à la molécule d'adhésion des cellules neurales (NCAM) et la présence de noyaux pycnotiques, considérés comme des marqueurs associés à la dénervation. Ensuite, nous avons démontré qu'une population qui maintient une fonction physique élevée, les maîtres en athlétisme octogénaires de classe mondiale (MA, 80,7 ± 2,5 ans), par rapport au groupe FE, avait une plus faible abondance de fibres exprimant la NCAM et un plus de regroupement de fibres lentes avec une quantité accrues de fibres par groupe. Cela suggère que la rétention de la masse musculaire et de la fonction musculaire chez les personnes âgées dont le fonctionnement est optimal est associée à une plus grande capacité de réinnervation. Toutes ces données démontrent que, chez les femmes AF, la dénervation a le potentiel de moduler la fonction mitochondriale et contribue à l'atrophie musculaire et au handicap physique liés à l'âge, comme l'indique la présence de changements morphologiques et de biomarqueurs induits par la dénervation dans le muscle vieillissant. En revanche, les personnes âgées très fonctionnelles présentent des caractéristiques compatibles avec une plus grande capacité de réinnervation, compatibles avec l'idée que la dégénérescence musculaire et l'érosion résultante de la fonction physique avec le vieillissement sont en partie liées à l'ampleur de la dénervation persistante
Identification of non-linear model parameters of thin-walled and slender structures subjected to large-amplitude vibrations
No full textThin-walled, e. g. shells and plates, and slender, e. g. beams, structures are widespread in mechanical engineering applications thanks to their high stiffness achieved with an optimal amount of material. However, in case of transverse excitation, vibrations can easily reach the order of magnitude of the structure thickness. Therefore, due to the presence of such large dynamic displacements, geometric non-linearities can arise along with non-linear phenomena, such as coexisting multiple solutions, jumps in the amplitude of vibration, shifts of the resonant frequencies or internal resonances. Moreover, it has also been revealed that damping can significantly increase with the magnitude of the excitation force, which results in a reduction in the amplitude with respect to the one predicted by linear viscous dissipation mechanism. The experimental quantification of such phenomena is of paramount importance; helping, for instance, to reduce over-design of nuclear fuel rod assemblies required by safety codes in case of extreme events. Thus, is described an identification tool to identify the damping and stiffness parameters of (i) single-degree-of-freedom and (ii) one-to-one internal resonance coupled two-degrees-of-freedom models, derived from the Duffing equation. Moreover, are considered a viscous and a non-linear damping—depending on the displacement up to the square. The identification methodology for each model is split in two cases: (i) purely hardening behavior or (ii) softening behavior. The tool is capable to reproduce the experimental frequency-response of such harmonically excited structures.Les structures minces, e. g. des plaques ou coquilles, ou élancées, e. g. des poutres, sont répandues en génie mécanique, grâce à leur importante raideur obtenue pour un minimum de matériau. Cependant, en cas d'excitation transverse, leurs vibrations peuvent facilement atteindre l'ordre de grandeur de leur épaisseur caractéristique. Dès lors, en présence de telles amplitudes de déplacement dynamique, des non-linéarités géométriques apparaissent, accompagnées de comportements non-linéaires, tels que la coexistence de solutions multiples, des sauts d'amplitude de vibration, le décalage des fréquences de résonance ou des résonances internes. Par ailleurs, il a également été remarqué que l'amortissement peut significativement augmenter avec la magnitude de la force d'excitation, conduisant à une réduction de l'amplitude de vibration par rapport à celle prédite par un mécanisme de dissipation visqueux linéaire. La quantification expérimentale d'un tel phénomène est primordiale, permettant, par exemple, de réduire les facteurs de sécurité dans la conception des assemblages de barres de combustible nucléaire, requis par les exigences de sécurité en cas d'événements extrêmes.Ainsi, est ici présenté un outil d'identification pour les paramètres de raideur et d'amortissement de modèles non-linéaires dérivés de l'équation de Duffing (i) à un degré de liberté et (ii) à deux degrés de liberté couplés pour des résonances internes 1:1. De plus, sont considérés, dans un premier temps, un amortissement visqueux linéaire, puis, dans un second temps, un amortissement non-linéaire — dépendant d'un polynôme d'ordre deux sur le déplacement — afin de reproduire l'évolution de celui-ci avec la magnitude de l'excitation. La méthodologie d'identification pour chaque modèle est divisée en deux catégories : un comportement (i) de durcissement pur ou (ii) d'assouplissement. L'outil est capable d'ajuster les modèles proposés à la réponse fréquentielle expérimentale de telles structures excitées harmoniquement
Advanced silicon photonics radio frequency packaging using low-cost interconnects
No full textResearch on silicon photonics packaging remains relatively stagnant in comparison to the immense research on the applications of silicon photonics. This thesis examines and develops a novel electronic package using wire bonds and solders to keep pace with new silicon photonic devices that operate at very high frequencies. The package design is based on a single dielectric substrate to eliminate unnecessary electrical discontinuities within a transmission line, thus maximizing RF bandwidth. Soldered RF connectors on the fabricated circuit boards are then characterized for simulating the final electronic package with wire bonds. A low-cost high-performance silicon photonic package yielding 21 GHz bandwidth is presented.La recherche sur l'emballage photonique au silicium reste relativement stagnante par-rapport à l'immense recherche sur les applications de la photonique au silicium. Cette thèse examine et développe un nouvel ensemble électronique utilisant des liaisons filaires et des soudures pour suivre le rythme des nouveaux dispositifs photoniques au silicium fonctionnant à très haute fréquence. La conception de l'emballage est basée sur un substrat diélectrique unique pour éliminer les discontinuités électriques inutiles dans une ligne de transmission, maximisant ainsi la bande passante RF. Les connecteurs RF soudés sur les circuits imprimés sont ensuite caractérisés pour simuler l'ensemble électronique final avec des liaisons filaires. Un ensemble photonique au silicium haute performance à faible coût donnant une bande passante de 21 GHz est présenté
Alteration mapping, mineral trace element chemistry, and sulphur isotopes: implications for gold mineralisation at the Snowfield Au-Cu porphyry deposit in NW British Columbia
No full textThe Snowfield deposit is a gold-enriched porphyry deposit with an unusually high gold/copper ratio, located in Northwest British Columbia along a trend shared by the Kerr-Sulphurets-Mitchell (KSM) Cu-Au porphyry deposits and the high grade Brucejack gold deposit. Snowfield contains 25.9 million ounces of measured and indicated gold resources at a cut-off grade of 0.30 grams of gold-equivalent per tonne. It is interpreted to be situated on the hanging wall of the Mitchel thrust fault and to be the upper continuation of the Mitchell deposit. The deposit has been subdivided into a copper-enriched stockwork zone and a copper-poor gold zone. Hyperspectral alteration mapping from ground-based and aerial surveys are used to provide an improved framework to understand the Snowfield deposit. Interpolation techniques, reported in Chapter 2, have been applied to the hyperspectral data from the handheld device, and yielded mineralogical patterns and alteration trends similar to those of the aerial map and provides a new approach for alteration mapping. Higher AlOH wavenumbers which are concentrated over and around the Stockwork Zone at Snowfield, show that the alteration resulted from more acidic hydrothermal fluids, compared to the alteration in the surrounding area. The distribution of pyrophyllite is used to define an advanced argillic alteration zone, which forms around the stockwork veins and the Au-Cu mineralisation. The distribution of muscovite and phengite are used to interpret the extensive phyllic alteration (quartz-sericite-pyrite). Chapter 3 reports textural relationships among gold and associated sulfide and silicate alteration minerals, the composition of gold and pyrite, and sulphur isotopes across the deposit. Gold grains occur as inclusions in pyrite, on pyrite and quartz grain boundaries, and as disseminated grains in the sericite altered host rock; gold is associated locally with chalcopyrite, tennantite, and bornite. The Au:Ag ratio of gold ranges from 0.7 to 375, with most of the values between 1-20. Inclusions in pyrite typically have higher Au/Ag ratios (>10), whereas in the gold in textural equilibrium with chalcopyrite the ratios are consistently <6. Pyrite compositions, show variation in Cu, Au, As, Co, Ni, Ag, Sb, Tl, Pb, Zn and Bi. Small homogeneous pyrite grains and pyrite with inclusions of electrum have low concentrations of all trace elements except Ni, and Co, whereas larger pyrite aggregates and grains with distinct rims and cores defined by inclusions and variation in chemistry, typically show enrichment in all elements. Sulphur isotopes in pyrite range from 2.3‰ to -15‰, with most values around -3‰ and a second smaller group of values around -8‰. We propose a model in which reduced hydrothermal fluids deposited some gold initially in association with potassic alteration of a diorite porphyry in the Gold Zone at relatively high temperature. This was followed by the main, high temperature Au-Cu porphyry event, which was related to emplacement of the dioritic Sulphurets intrusions, and formed the Stockwork Zone. Fluid phase separation (boiling or condensation) is evident in the Stockwork Zone, and lead to the formation of a dense stockwork of veins and advanced argillic alteration. Initially, gold was deposited with copper in the Stockwork Zone as a result of cooling and destabilization of the chloride complex. As the fluid continued to cool, the pH decreased, the oxidation state increased, and gold transported as a bisulphide complex was precipitated in association with the extensive quartz-sericite-pyrite alteration in both zones. These events were recorded by the textures and trace element chemistry of pyrite, which provide tools for exploration regionally; distinct textures paired with unique trace element signatures can be used to fingerprint the different mineralisation events, and to vector to the source of these mineralisation centres.Le gisement Snowfield est un gisement porphyrique enrichi en or avec un rapport or / cuivre inhabituellement élevé, situé dans le nord-ouest de la Colombie-Britannique autour des gisements porphyriques Cu-Au de Kerr-Sulphurets-Mitchell (KSM) et du gisement aurifère Brucejack. Snowfield contient 25,9 millions d'onces de ressources aurifères mesurées et indiquées à une teneur de 0,30 grammes d'équivalent-or par tonne. Il est interprété comme étant situé sur le toit de la faille de chevauchement de Mitchell et étant la continuation supérieure du gisement Mitchell. Le gisement a été subdivisé en une zone de stockwork enrichi en cuivre et une zone aurifère pauvre en cuivre. La cartographie des altérations hyperspectrales à partir de levés terrestres et aériens est utilisée pour fournir un cadre amélioré permettant de comprendre le gisement Snowfield. Les techniques d'interpolation, appliquées aux données hyperspectrales de l'appareil portatif, ont produit une carte présentant les mêmes tendances et modèles d'altération que la carte aérienne et fournit une nouvelle approche pour la cartographie des altérations. Les nombres d'ondes d'AlOH plus élevés qui sont concentrés au-dessus et autour de la Zone de Stockwork à Snowfield, montrent que l'altération résultait de fluides hydrothermaux plus acides, comparés à l'altération dans la zone environnante. La distribution des minéraux pyrophyllite a été utilisée pour définir une zone d'altération argileuse avancée qui forme un halo autour des veines de stockworks et de la minéralisation Cu-Au, et la distribution de muscovite et de phengite utilisé pour définir et interpréter la vaste altération phyllique. Chapitre 3 rapporte les relations texturales entre l'or et les minéraux associés à l'altération des sulfures et silicates, la composition de l'or et de la pyrite et les isotopes du soufre. Le rapport Au:Ag de l'or et la chimie des élément-traces de la pyrite varie à la fois spatialement et temporellement. En particulier, le rapport Au:Ag de l'or varie de 0,7 à 375, la plupart des valeurs étant comprises entre 1 et 20. Les inclusions dans la pyrite ont généralement des rapports Au / Ag plus élevés (> 10), tandis que dans l'or en équilibre textural avec la chalcopyrite, les rapports sont toujours <6. Les compositions de pyrite montrent des variations dans Cu, Au, As, Co, Ni, Ag, Sb, Tl, Pb, Zn et Bi. Les grains de pyrite et les pyrites avec des inclusions d'électrum ont de faibles concentrations de tous les éléments-trace sauf Ni et Co, alors que les agrégats de pyrite et les grains avec des jantes et des noyaux définis par des inclusions et des variations chimiques montrent généralement un enrichissement dans tous les éléments. Les isotopes du soufre dans la pyrite vont de 2,3 ‰ à -15 ‰, la plupart des valeurs se situant autour de -3 ‰ et un second groupe plus petit de valeurs autour de -8 ‰.Nous proposons un modèle où les fluides forment un stade précoce de la minéralisation aurifère et l'altération potassique d'une intrusion hôte dans la zone aurifère à des températures relativement élevées. Cet événement est surimprimé par le principal événement de porphyre Cu-Au à haute température lié aux intrusions de Sulphurets et formant le gisement Mitchell et la zone de stockwork de Snowfield. La séparation des phases du fluide est évidente dans la zone Stockwork et a mené a la formation d'une zone de stockwork dense de veines et d'altération argillique avancée. Initialement, l'or fut déposé avec le cuivre dans la zone Stockwork suite au refroidissement et à la déstabilisation des complexes chlorurés. Suite au refroidissement subséquent, le pH a continué de descendre, la fugacité d'oxygène a augmenté et l'or transporté sous forme d'ion disulphurés fut précipité aux côtés de l'altération à quartz, séricite et pyrite à large empreinte
Decellularized extracellular matrix (dECM) microparticle based hydrogels for vocal fold tissue engineering
No full textVocal fold (VF) atrophy and scarring cause permanent tissue loss or recalcitrant fibrotic changes in the tissue. Affected individuals may lose their voices completely. Therapeutic applications of bioengineered hydrogels have been proposed to restore the damaged extracellular matrix (ECM) with similar mechanical and bioactive properties to the native tissue. Major ECM components such as collagen, elastin and hyaluronic acid (HA) need to be recovered because of their important roles in structural support and cell signaling processes. Previous attempts were made to decellularize the ECM of small intestine submucosa (SIS) and reconstitute it to an injectable hydrogel. However, the ECM composition of SIS is different from that of the VF. The primary goal of this thesis was to investigate the biological and mechanical properties of an ECM-based hydrogel derived from porcine VF in the treatment of severe VF injury and damage.Porcine VF were dissected from larynges obtained from a local abattoir. The VF tissue was decellularized, homogenized, and digested to enable gelation. Eight ECM decellularization protocols were tested by varying exposure time to 0.75 mg/mL deoxyribonuclease (DNase), or both DNase and 0.1 mg/mL ribonuclease (RNase). Homogenization was executed in a tissue lyser using ceramic beads to create decellularized ECM (dECM) microparticles. Preservation of collagen, elastin, and HA was assessed using biochemical assays. Microparticles were solubilized with pepsin, neutralized with sodium hydroxide, and incubated to induce gelation at concentrations of 0.5%, 1.0%, and 1.5% dECM. Immortalized human vocal fold fibroblasts (HVFF) were encapsulated in the hydrogels and subjected to cell viability tests up to 7 days. Mechanical properties were determined by linear-shear rheometry and swelling tests. Surface characteristics of the hydrogel were observed under Environmental Scanning Electron Microscopy. Enzymatic degradation kinetics were determined using 0.05% collagenase.The decellularization protocol wherein VF were exposed to both DNase and RNase for 48 h was maximized, as > 95% of DNA content was consistently removed. Although collagen content was not altered significantly from native VF concentration by decellularization or homogenization, both elastin and HA content were reduced. Rheological characterization showed that only the 1.5% dECM hydrogel met the mechanical requirements for a VF biomaterial, with a storage modulus above 100 Pa and capable of withstanding > 30% strain. However, all three dECM hydrogels contracted over time comparably to a collagen-HA (CHA) control and degraded rapidly. Additionally, HVFF encapsulated in the 1.5% dECM hydrogels did not appear healthy after 1, 3 and 7 days of culture. Results from this thesis work suggested that VF-dECM hydrogels would require further development to improve mechanical tunability and decrease ECM composition alterations and degradation rate for application in VF tissue reconstruction.L'atrophie et les cicatrices de la cordes vocales (CV) causent une perte permanente des tissus ou des modifications fibreuses récalcitrantes dans les tissus. Les personnes affectées peuvent perdre complètement leur voix. Des applications thérapeutiques d'hydrogels issus de la bio-ingénierie ont été proposées pour restaurer la matrice extracellulaire (MEC) endommagée avec des propriétés mécaniques et bioactives similaires au tissu natif. Les composants principaux de la MEC tels que le collagène, l'élastine et l'acide hyaluronique (HA) doivent être collectés en raison de leur rôle important dans les processus de support structurel et de signalisation cellulaire. Des études antérieures ont déjà essayé de décellulariser la MEC de la sous-muqueuse de l'intestin grêle (SIS) et la reconstituer en un hydrogel injectable. Cependant, la composition de la MEC du SIS est différente de celle du CV. L'objectif principal de cette étude est donc d'étudier les propriétés biologiques et mécaniques d'un hydrogel à base de MEC dérivé de la CV porcine dans le traitement des lésions et des dommages graves causés à la CV.Pour ce faire, des CV porcins ont été disséqués à partir de larynges obtenus d'un abattoir local. Le tissu CV a été décellularisé, homogénéisé et digéré pour permettre sa gélification. Huit protocoles de décellularisation de MEC ont été testés en faisant varier le temps d'exposition à la désoxyribonucléase (DNase) 0,75 mg / mL, ou simultanément à la DNase et à la ribonucléase (RNase) 0,1 mg / mL. L'homogénéisation a été réalisée dans un broyeur de tissu utilisant des billes de céramique pour créer des microparticules de MEC décellularisées (dMEC). La préservation du collagène, de l'élastine et de l'HA a été évaluée à l'aide d'analyses biochimiques. Les microparticules ont été solubilisées avec de la pepsine, neutralisées avec de l'hydroxyde de sodium et incubées pour induire la gélification à des concentrations de 0,5%, 1,0% et 1,5% de dMEC. Des fibroblastes de cordes vocales humaines immortalisés (HVFF) ont été encapsulés dans les hydrogels et testés pour déterminer leur viabilité pendant une période allant jusqu'à 7 jours. Les propriétés mécaniques ont été déterminées par des tests de rhéométrie par cisaillement linéaire et de gonflement. Les caractéristiques de surface de l'hydrogel ont été observées par microscopie électronique à balayage. La cinétique de dégradation enzymatique a été déterminée en utilisant 0,05% de collagénase.Les protocoles de décellularisation où les CV ont été exposées à la fois à la DNase à la RNase pendant 48 h ont été maximisé, étant donné que plus de 95% du contenu en DNA était systématiquement éliminé. Bien que le contenu en collagène n'était pas significativement altéré par la décellularisation ou l'homogénéisation comparativement à sa concentration dans les CV natives, les teneurs d'élastine et d'HA ont été réduites. La caractérisation rhéologique a montré que seul l'hydrogel à 1.5% de dMEC correspondait aux exigences mécaniques d'un biomatériau pour la CV, avec un module de conservation supérieur à 100 Pa et capable de supporter une contrainte supérieure à 30%. Cependant, les trois hydrogels de dMEC se contractaient avec le temps, de manière comparable au collagène-HA (CHA) témoin et se dégradaient rapidement. De plus, de HVFF encapsulés dans les hydrogels à 1,5% de dMEC ne semblait pas sains après 1, 3 et 7 jours de culture. Les résultats de cette thèse suggèrent que les hydrogels PV-dMEC nécessiteraient des travaux supplémentaires, tels que l'amélioration de la modulabilité mécanique, la réduction du nombre d'altérations de la composition de la MEC, ainsi que la diminution du taux de dégradation, pour leur application à la reconstruction de tissu de CV
Modeling collective behavior of cells in the presence of elastic forces
No full textCollective behavior has drawn much attention in recent years. Many models have been created to study the collective motion of cells. Nevertheless, the contribution of substrate deformation and its influence on the emergent properties of cells is less well known. One of the most successful models is the Vicsek model which uses the dynamical equations to describe the position and orientation of the cells. In this work, we have used the elastic free energy of cell pairs to and the repolarization ofthe cells due to soft and stiff substrates deformations. Various type of structures form as we change the substrate stiffness and cell-cell adhesion strength. Based on our simulations, cells exhibit highly correlated motions on stiff substrates, where the elastic forces are less dominant, and low correlated motions on the soft substrates. These results have been observed in the experiments as well. Furthermore, cells are known to be responsive to the gradients of stiffness in their environment. Such a phenomenon is called Durotaxis, which is a necessary element of the wound healing process. We show that our model can give rise to the directed migration of the cells towards rigid regions. Our results are in agreement with recent experimental work.Le comportement collectif a attiré beaucoup d'attention ces derniéres années. De nombreux modéles ont été créés pour étudier le mouvement collectif des cellules. Néanmoins, la contribution de la déformation du substrat et son influence sur les propriétés émergentes des cellules sont moins connues. L'un des modéles les plus aboutis est le modéle de Vicsek, qui utilise les équations dynamiques pour décrire la position et l'orientation des cellules. Dans ce travail, nous avons utilisé l'énergie libre élastique des paires de cellules pour trouver la repolarisation des cellules due aux déformations des substrats souples et rigides. Différents types de structures se forment lorsque nous modifions la rigidité du substrat et la force d'adhésion cellule-cellule. Sur la base de nos simulations, les cellules présentent des mouvements fortement corrélés sur des substrats rigides, où les forces élastiques sont moins dominantes, et des mouvements peu corrélés sur les substrats souples. Ces résultats ont également été observés dans les expériences. De plus, nous savons que les cellules réagissent aux gradients de rigidité de leur environnement. Un tel phénoméne s'appelle la durotaxie, élément indispensable du processus de cicatrisation. Nous montrons que notre modéle peut donner lieu à la migration dirigée des cellules vers des régions rigides. Nos résultats concordent avec les travaux expérimentaux récents