Spark Assisted Chemical Engraving: A Novel Approach for Quantifying the Machining Zone Parameters Using Drilling Forces

Glass has stirred human interest since the dawn of history due to its unique properties including its high mechanical strength, transparency, thermal and chemical properties. With the great technological advancement that we are witnessing today in the micro-technology field, glass micro-machining has already found applications in the optical, electronics, and biomedical applications. In fact, such applications require high-aspect-ratio structures of defined wall flatness and surface roughness. There exist nowadays several glass micro-machining technologies that are being developed to meet this demand. These are based on thermal (laser), chemical (dry and wet etching), and mechanical (ultrasonic, abrasive and diamond-tool drilling) processes. Spark Assisted Chemical Engraving (SACE) is a non conventional glass micro-machining technology which is based on discharge generation at the tool tip. This is known to heat up the glass surface. Today, the machining mechanism is highly questionable where it is explained differently by many researchers in the field. This is due to the fact that the basic understanding about the process and the local variables in the machining zone is still missing. Although research about SACE drilling has allowed achieving deeper and smaller holes, these results remain specific to certain machining conditions. In fact, they are achieved experimentally by trial and error due to limited knowledge about the process fundamentals. Therefore, it can be said that SACE machining is still blind where the idea of doing feed-back drilling has not been explored sufficiently. These are the basic reasons of why SACE glass machining remains in laboratories and is never applied in industry. The aim of this work is to unveil basic information about the SACE machining process and the local parameters in the machining zone. For this purpose, a methodology is developed for measuring the local machining zone parameters based on the force exerted on the tool during machining. Measurement errors caused by tool bending, wear and thermal expansion are quantified and considered while measuring and analysing the machining forces. Thus, in a first step, the machining force is characterized and analysed to get a deeper understanding about its origin and the reasons of its formation. This signal is used in a second step to extract information about local variables including the machining gap size, the local glass surface temperature and the origin of its texture. Based on the understanding of the machining process that this work brings, a thermal model is built which describes heat transfer to the glass surface. The agreement between calculations and measurements ensures the validity of both the model and measurement methodology. Based on the results, the machining mechanism is explained as a thermal assisted etching process. Machining can exist in two modes based on the electrolyte state (aqueous or molten) which depends on the local flushing. Force signal readings showed that tool-glass bonding can occur during machining which may hinder the drilling progress. Based on the understanding that this work brought about the machining mechanism and the factors that influence it, force feedback algorithms are built with the aim to establish a balance between local heating and flushing. The efficiency of the various algorithms in enhancing the drilling performance was compared and assessed based on the resulting drilling time. The knowledge acquired allowed building algorithms that succeeded in drilling high-aspect-ratio holes up to 1:9 while using very small tools (70 microns diameter) without breakage. The resulting drilling time is dramatically reduced to few seconds compared to several minutes in the state-of-the-art SACE drilling

Le rôle joué par MEN1 dans le cancer de sein et les mécanismes associés : cross-talk entre menin, ERα et MYC

The MEN1 gene, initially known to be associated with the development of multiple endocrine tumors (MEN1 disease), has been shown over the recent years to play a role in hormone dependent cancers like prostate and breast cancer. Studies have shown that menin, encoded by MEN1, can play a dual role in breast cancer. While MEN1 mutations cause higher risk of breast cancer initiation, menin is also shown to interact with and positively regulate the expression of estrogen receptor alpha (ERα) in ER+ breast cancer. Thus, menin plays a tumor suppressive role in normal mammary cells during tumor initiation procedure, and an oncogenic role in ER+ breast cancer initiated by other factors. However, the underlying mechanisms behind this regulation remain elusive. To further address this issue, we carried out both clinical and experimental investigations and found that MEN1 silencing led to reduced ER expression on the transcriptional and protein levels in ER-positive cell lines. While Dreijerink et al., showed that menin regulates the ESR1 enhancer and promoter via MLL complex, we demonstrated that menin also binds and regulates the proximal ESR1 promoter independently of MLL. Interestingly, by analyzing the expression of menin in a cohort of 354 human breast cancers, our clinical data showed that reduced menin expression was correlated more with the luminal B breast cancer subtype and ER- breast cancer. Consistent with our clinical data, we further demonstrated that menin interacts with GATA3 and FOXA1, co-factors in ESR1 regulation and known marker of the luminal A subtype. Taken together, our data provide relevant clues to the important role of menin in the formation of breast cancer subtypes, likely related to its regulatory role on ER. In parallel, we also showed that menin inactivation in BC cells led to reduced cell proliferation in 2 ER-positive BCa cell lines. Searching for molecular explanations, we found that, though MEN1 knockdown activated the mTORC1 pathway, it led to reduced MYC expression on both transcriptional and protein levels in ER+ BCa cell lines. We uncovered that menin bound to the MYC promoter and enhancer, and regulated the expression of its target genes. Clinically, we also found that menin expression was negatively correlated with the expression of mTOR and its downstream genes, and more interestingly, with two inhibitory MYC-related genes. Taken together, my thesis work provides relevant clues to the important role of menin in the formation of breast cancer subtypes, and, for the first time, to the role of menin in the regulation of the mTORC1 and MYC pathways in BCa cells.Le gène MEN1, dont on savait initialement qu'il était associé au développement de multiples tumeurs endocriniennes (maladie MEN1), a également montré ces dernières années qu'il jouait un rôle dans les cancers hormonodépendants comme ceux de la prostate et du sein. Des études ont montré que la ménine, codée par MEN1, peut jouer un double rôle dans le cancer du sein. Si les mutations du gène MEN1 entraînent un risque plus élevé de déclenchement du cancer du sein, il a également été démontré que la ménine interagit avec le récepteur d'œstrogènes et en régule positivement l'expression (ERα) dans le cancer du sein ER+. Ainsi, la ménine joue un rôle de suppresseur de tumeur dans les cellules normales ou précancéreuses et un rôle oncogène dans le cancer du sein ER+ en progression. Cependant, les mécanismes sous-jacents de cette régulation restent insaisissables. Pour approfondir cette question, nous avons mené des recherches cliniques et expérimentales et avons constaté que la réduction du bruit de MEN1 entraînait une diminution de l'expression de ER sur les niveaux de transcription et de protéines dans les lignées cellulaires ER-positives. Alors que Dreijerink et al. ont montré que la ménine régule le promoteur ESR1 distal (enhancer) via le complexe MLL, nous avons également découvert que la ménine se lie et régule le promoteur ESR1 proximal indépendamment de la MLL. Il est intéressant de noter qu'en analysant l'expression de la ménine dans une cohorte de 354 cancers du sein humains, nos données cliniques ont également montré que la réduction de l'expression de la ménine était davantage corrélée au sous-type de cancer du sein B luminal et au cancer du sein ER-. Conformément à nos données cliniques, nous avons démontré que la ménine interagit avec GATA3 et FOXA1, cofacteurs de la régulation ESR1 et marqueur connu du sous-type luminal A. Prises ensemble, nos données fournissent des indices pertinents sur le rôle important de la ménine dans la formation des sous-types de cancer du sein. En parallèle, nous avons également montré que l'inactivation de la ménine dans les cellules BC entraînait une réduction de la prolifération cellulaire dans 2 lignées cellulaires BCa ER-positives. En cherchant des explications moléculaires, nous avons découvert que bien que le knockdown de MEN1 active la voie mTOR, il entraîne une réduction de l'expression de MYC aux niveaux transcriptionnel et protéique dans les lignées cellulaires ER+ BCa. Nous avons également découvert que la ménine se lie au promoteur MYC et régule l'expression de ses gènes cibles. Sur le plan clinique, nous avons également constaté que l'expression de la ménine était négativement corrélée avec mTOR et ses gènes en aval, et aussi, de manière plus intéressante, avec deux gènes MYC inhibiteurs. Pris ensemble, mes travaux de thèse fournissent des indices pertinents sur le rôle important de la ménine dans la formation des sous-types de cancer du sein, et déterminent pour la première fois un rôle de la ménine dans la régulation des voies mTOR et MYC dans les cellules BCa

Le rôle joué par MEN1 dans le cancer de sein et les mécanismes associés : cross-talk entre menin, ERα et MYC

Le gène MEN1, dont on savait initialement qu'il était associé au développement de multiples tumeurs endocriniennes (maladie MEN1), a également montré ces dernières années qu'il jouait un rôle dans les cancers hormonodépendants comme ceux de la prostate et du sein. Des études ont montré que la ménine, codée par MEN1, peut jouer un double rôle dans le cancer du sein. Si les mutations du gène MEN1 entraînent un risque plus élevé de déclenchement du cancer du sein, il a également été démontré que la ménine interagit avec le récepteur d'œstrogènes et en régule positivement l'expression (ERα) dans le cancer du sein ER+. Ainsi, la ménine joue un rôle de suppresseur de tumeur dans les cellules normales ou précancéreuses et un rôle oncogène dans le cancer du sein ER+ en progression. Cependant, les mécanismes sous-jacents de cette régulation restent insaisissables. Pour approfondir cette question, nous avons mené des recherches cliniques et expérimentales et avons constaté que la réduction du bruit de MEN1 entraînait une diminution de l'expression de ER sur les niveaux de transcription et de protéines dans les lignées cellulaires ER-positives. Alors que Dreijerink et al. ont montré que la ménine régule le promoteur ESR1 distal (enhancer) via le complexe MLL, nous avons également découvert que la ménine se lie et régule le promoteur ESR1 proximal indépendamment de la MLL. Il est intéressant de noter qu'en analysant l'expression de la ménine dans une cohorte de 354 cancers du sein humains, nos données cliniques ont également montré que la réduction de l'expression de la ménine était davantage corrélée au sous-type de cancer du sein B luminal et au cancer du sein ER-. Conformément à nos données cliniques, nous avons démontré que la ménine interagit avec GATA3 et FOXA1, cofacteurs de la régulation ESR1 et marqueur connu du sous-type luminal A. Prises ensemble, nos données fournissent des indices pertinents sur le rôle important de la ménine dans la formation des sous-types de cancer du sein. En parallèle, nous avons également montré que l'inactivation de la ménine dans les cellules BC entraînait une réduction de la prolifération cellulaire dans 2 lignées cellulaires BCa ER-positives. En cherchant des explications moléculaires, nous avons découvert que bien que le knockdown de MEN1 active la voie mTOR, il entraîne une réduction de l'expression de MYC aux niveaux transcriptionnel et protéique dans les lignées cellulaires ER+ BCa. Nous avons également découvert que la ménine se lie au promoteur MYC et régule l'expression de ses gènes cibles. Sur le plan clinique, nous avons également constaté que l'expression de la ménine était négativement corrélée avec mTOR et ses gènes en aval, et aussi, de manière plus intéressante, avec deux gènes MYC inhibiteurs. Pris ensemble, mes travaux de thèse fournissent des indices pertinents sur le rôle important de la ménine dans la formation des sous-types de cancer du sein, et déterminent pour la première fois un rôle de la ménine dans la régulation des voies mTOR et MYC dans les cellules BCa.The MEN1 gene, initially known to be associated with the development of multiple endocrine tumors (MEN1 disease), has been shown over the recent years to play a role in hormone dependent cancers like prostate and breast cancer. Studies have shown that menin, encoded by MEN1, can play a dual role in breast cancer. While MEN1 mutations cause higher risk of breast cancer initiation, menin is also shown to interact with and positively regulate the expression of estrogen receptor alpha (ERα) in ER+ breast cancer. Thus, menin plays a tumor suppressive role in normal mammary cells during tumor initiation procedure, and an oncogenic role in ER+ breast cancer initiated by other factors. However, the underlying mechanisms behind this regulation remain elusive. To further address this issue, we carried out both clinical and experimental investigations and found that MEN1 silencing led to reduced ER expression on the transcriptional and protein levels in ER-positive cell lines. While Dreijerink et al., showed that menin regulates the ESR1 enhancer and promoter via MLL complex, we demonstrated that menin also binds and regulates the proximal ESR1 promoter independently of MLL. Interestingly, by analyzing the expression of menin in a cohort of 354 human breast cancers, our clinical data showed that reduced menin expression was correlated more with the luminal B breast cancer subtype and ER- breast cancer. Consistent with our clinical data, we further demonstrated that menin interacts with GATA3 and FOXA1, co-factors in ESR1 regulation and known marker of the luminal A subtype. Taken together, our data provide relevant clues to the important role of menin in the formation of breast cancer subtypes, likely related to its regulatory role on ER. In parallel, we also showed that menin inactivation in BC cells led to reduced cell proliferation in 2 ER-positive BCa cell lines. Searching for molecular explanations, we found that, though MEN1 knockdown activated the mTORC1 pathway, it led to reduced MYC expression on both transcriptional and protein levels in ER+ BCa cell lines. We uncovered that menin bound to the MYC promoter and enhancer, and regulated the expression of its target genes. Clinically, we also found that menin expression was negatively correlated with the expression of mTOR and its downstream genes, and more interestingly, with two inhibitory MYC-related genes. Taken together, my thesis work provides relevant clues to the important role of menin in the formation of breast cancer subtypes, and, for the first time, to the role of menin in the regulation of the mTORC1 and MYC pathways in BCa cells

Le rôle joué par MEN1 dans le cancer de sein et les mécanismes associés : cross-talk entre menin, ERα et MYC

The MEN1 gene, initially known to be associated with the development of multiple endocrine tumors (MEN1 disease), has been shown over the recent years to play a role in hormone dependent cancers like prostate and breast cancer. Studies have shown that menin, encoded by MEN1, can play a dual role in breast cancer. While MEN1 mutations cause higher risk of breast cancer initiation, menin is also shown to interact with and positively regulate the expression of estrogen receptor alpha (ERα) in ER+ breast cancer. Thus, menin plays a tumor suppressive role in normal mammary cells during tumor initiation procedure, and an oncogenic role in ER+ breast cancer initiated by other factors. However, the underlying mechanisms behind this regulation remain elusive. To further address this issue, we carried out both clinical and experimental investigations and found that MEN1 silencing led to reduced ER expression on the transcriptional and protein levels in ER-positive cell lines. While Dreijerink et al., showed that menin regulates the ESR1 enhancer and promoter via MLL complex, we demonstrated that menin also binds and regulates the proximal ESR1 promoter independently of MLL. Interestingly, by analyzing the expression of menin in a cohort of 354 human breast cancers, our clinical data showed that reduced menin expression was correlated more with the luminal B breast cancer subtype and ER- breast cancer. Consistent with our clinical data, we further demonstrated that menin interacts with GATA3 and FOXA1, co-factors in ESR1 regulation and known marker of the luminal A subtype. Taken together, our data provide relevant clues to the important role of menin in the formation of breast cancer subtypes, likely related to its regulatory role on ER. In parallel, we also showed that menin inactivation in BC cells led to reduced cell proliferation in 2 ER-positive BCa cell lines. Searching for molecular explanations, we found that, though MEN1 knockdown activated the mTORC1 pathway, it led to reduced MYC expression on both transcriptional and protein levels in ER+ BCa cell lines. We uncovered that menin bound to the MYC promoter and enhancer, and regulated the expression of its target genes. Clinically, we also found that menin expression was negatively correlated with the expression of mTOR and its downstream genes, and more interestingly, with two inhibitory MYC-related genes. Taken together, my thesis work provides relevant clues to the important role of menin in the formation of breast cancer subtypes, and, for the first time, to the role of menin in the regulation of the mTORC1 and MYC pathways in BCa cells.Le gène MEN1, dont on savait initialement qu'il était associé au développement de multiples tumeurs endocriniennes (maladie MEN1), a également montré ces dernières années qu'il jouait un rôle dans les cancers hormonodépendants comme ceux de la prostate et du sein. Des études ont montré que la ménine, codée par MEN1, peut jouer un double rôle dans le cancer du sein. Si les mutations du gène MEN1 entraînent un risque plus élevé de déclenchement du cancer du sein, il a également été démontré que la ménine interagit avec le récepteur d'œstrogènes et en régule positivement l'expression (ERα) dans le cancer du sein ER+. Ainsi, la ménine joue un rôle de suppresseur de tumeur dans les cellules normales ou précancéreuses et un rôle oncogène dans le cancer du sein ER+ en progression. Cependant, les mécanismes sous-jacents de cette régulation restent insaisissables. Pour approfondir cette question, nous avons mené des recherches cliniques et expérimentales et avons constaté que la réduction du bruit de MEN1 entraînait une diminution de l'expression de ER sur les niveaux de transcription et de protéines dans les lignées cellulaires ER-positives. Alors que Dreijerink et al. ont montré que la ménine régule le promoteur ESR1 distal (enhancer) via le complexe MLL, nous avons également découvert que la ménine se lie et régule le promoteur ESR1 proximal indépendamment de la MLL. Il est intéressant de noter qu'en analysant l'expression de la ménine dans une cohorte de 354 cancers du sein humains, nos données cliniques ont également montré que la réduction de l'expression de la ménine était davantage corrélée au sous-type de cancer du sein B luminal et au cancer du sein ER-. Conformément à nos données cliniques, nous avons démontré que la ménine interagit avec GATA3 et FOXA1, cofacteurs de la régulation ESR1 et marqueur connu du sous-type luminal A. Prises ensemble, nos données fournissent des indices pertinents sur le rôle important de la ménine dans la formation des sous-types de cancer du sein. En parallèle, nous avons également montré que l'inactivation de la ménine dans les cellules BC entraînait une réduction de la prolifération cellulaire dans 2 lignées cellulaires BCa ER-positives. En cherchant des explications moléculaires, nous avons découvert que bien que le knockdown de MEN1 active la voie mTOR, il entraîne une réduction de l'expression de MYC aux niveaux transcriptionnel et protéique dans les lignées cellulaires ER+ BCa. Nous avons également découvert que la ménine se lie au promoteur MYC et régule l'expression de ses gènes cibles. Sur le plan clinique, nous avons également constaté que l'expression de la ménine était négativement corrélée avec mTOR et ses gènes en aval, et aussi, de manière plus intéressante, avec deux gènes MYC inhibiteurs. Pris ensemble, mes travaux de thèse fournissent des indices pertinents sur le rôle important de la ménine dans la formation des sous-types de cancer du sein, et déterminent pour la première fois un rôle de la ménine dans la régulation des voies mTOR et MYC dans les cellules BCa

High-order time-domain steady-state simulation for radio frequency applications

Steady-state simulation is a crucial step in the design of Radio Frequency (RF) circuits. The most popular steady-state simulation methods include Harmonic Balance (HB) in the frequency domain and Shooting methods in the time domain. Both of these methods have their drawbacks; while HB can be computationally expensive due to the large number of unknowns that are required to be found, Shooting methods suffer computationally due to the necessity of computing the sensitivity matrix. This work focuses on alleviating the computational costs of Shooting methods. A high order Shooting-Newton method for steady-state simulation of Radio Frequency (RF) circuits is presented. The method is based on high order A- and L-stable Obreshkov formula (ObF). The proposed Shooting method can have arbitrarily high-order without losing the stability property. The high-order methods allow using bigger step sizes in numerical integration; the stability property guarantees that the accuracy of the numerical solution is not compromised. Consequently, the presented method allows for a considerable improvement in CPU cost when compared to the Backward Euler based approach. Speedups of more than 8 are reported.La simulation en régime permanent est une étape cruciale de la conception de circuits à radio-fréquences. Parmi les méthodes couramment utilisées pour la simulation en régime permanent, on retrouve notamment la méthode d'équilibre harmonique dans le domaine fréquentiel et les méthodes de shooting dans le domaine temporel. Chacune de ces méthodes comporte des lacunes. La méthode d'équilibre harmonique peut demander une forte puissance de calcul à cause du grand nombre d'inconnus dans le système, tandis que les méthodes de shooting sont également complexes dû à la nécessité de calculer la matrice de sensitivité. Ce mémoire porte sur la réduction du coût de calcul des méthodes de shooting, et présente une méthode Shooting-Newton d'ordre supérieur pour la simulation en régime permanent de circuits radio-fréquences. La méthode proposée est fondée sur des formules "A-stable" et "L-stable" d'Obreshkov d'ordre supérieur. L'ordre de la méthode de shooting peut être arbitrairement grand sans perte de stabilité. Le recours à des méthodes d'ordre supérieur permet d'utiliser des pas plus grands lors de l'intégration numérique, et la stabilité de la méthode garantie la précision de la solution. Conséquemment, la méthode proposée permet une amélioration considérable du coût de calcul par rapport aux approches fondées sur la méthode d'Euler implicite. Les résultats présentés démontrent une amélioration du temps de calcul de plus de 8 fois

Effect of Machining Limiting Factors on Drilling Progress during Spark Assisted Chemical Engraving (SACE): General Trends

Spark Assisted Chemical Engraving (SACE) is a micro-machining technology for non-conductive materials, mainly glass, based on thermal assisted etching. Generally, during SACE, drilling proceeds at a fast rate reaching 100 µm/s for the first 100 µm and then it slows down for depths higher than 300 µm. While several techniques have been proposed to establish faster drilling, they mainly rely on tuning the machining parameters to enhance the machining performance. However, with this approach machining parameters need to be constantly tuned to achieve certain machining performance depending on the size of the tool and the features needed. Therefore, this necessitates further work to enhance understanding regarding the SACE machining process fundamentals in order to enhance machining speed and quality. Since SACE is a thermal assisted etching process, both local heating and flushing of electrolyte in the machining zone are required. However, to the authors’ knowledge there is not any study that attempts to analyze the effect of each of these machining limiting factors on the machining performance. This work attempts to clarify the effect of each flushing and heating on the drilling progress for hole depths higher than 100 microns. It therefore provides a deeper understanding of the fundamentals of the SACE machining process