New planar nano-gauge detection microphone: Analytical and numerical acoustic modeling

International audienceThe miniaturization of microphones is of great interest for several fields, such as medical applications (audio implants), or consumer electronics (cell phones). Almost all existing miniature microphones rely on electrostatic transduction and offer good performances (sensitivity, frequency bandwidth). However, their sensitivity, proportional to the membranes area, would be dramatically reduced in case of extreme miniaturization. A new concept of microphones developed by CEA-LETI, which uses membranes moving in the plane of the substrate and inducing strain on piezoresistive Si nano-gauges (M&NEMS technology), seems promising for its miniaturization potential without significant decrease of sensitivity. The design and optimization of such planar piezo-resistive microphone require a deep understanding of its acoustic and vibroacoustic behavior. Regarding the small dimensions of the slits (1-100µm) and the sharp discontinuities in the microphones structure, viscous and thermal effects in the boundary layers and turbulent perturbations are of great importance, and must then be taken into account with high accuracy in device modeling. The aim of the present work is to provide accurate analytical and numerical (FEM) models able to gather all these effects in a consistent manner, and to suggest an experimental method to check their validity

Méthode de mesure d'impédance de petits éléments acoustiques

Le dispositif de mesure d'impédance acoustique proposé dans ce document repose sur la méthode de réciprocité utilisée pour l'étalonnage des microphones électrostatiques. Parce qu'elle fait usage d'un matériel d'une grande sensibilité et d'une grande reproductibilité, cette méthode est particulièrement bien adaptée pour effectuer des mesures précises d'impédances d'entrée de petits éléments acoustiques tels que des tubes ou des fentes annulaires. L'admittance d'entrée de l'élément à caractériser est déduite de mesures électriques et de modèles analytiques de champs acoustiques et est ensuite comparée à l'admittance théorique calculée sur la base des dimensions géométriques de l'élément étudié. La validation de cette méthode de mesure passe par la réalisation de petits éléments acoustiques de dimensions connues avec de faibles incertitudes (de l'ordre du micromètre pour les dimensions sensibles). Ces faibles incertitudes nécessitent une étude fine de la procédure de fabrication et des techniques d'usinages particulières

The triple helix: 50 years later, the outcome

Triplex-forming oligonucleotides constitute an interesting DNA sequence-specific tool that can be used to target cleaving or cross-linking agents, transcription factors or nucleases to a chosen site on the DNA. They are not only used as biotechnological tools but also to induce modifications on DNA with the aim to control gene expression, such as by site-directed mutagenesis or DNA recombination. Here, we report the state of art of the triplex-based anti-gene strategy 50 years after the discovery of such a structure, and we show the importance of the actual applications and the main challenges that we still have ahead of us

Mechanistic Insights on the Inhibition of C5 DNA Methyltransferases by Zebularine

In mammals DNA methylation occurs at position 5 of cytosine in a CpG context and regulates gene expression. It plays an important role in diseases and inhibitors of DNA methyltransferases (DNMTs)—the enzymes responsible for DNA methylation—are used in clinics for cancer therapy. The most potent inhibitors are 5-azacytidine and 5-azadeoxycytidine. Zebularine (1-(β-D-ribofuranosyl)-2(1H)- pyrimidinone) is another cytidine analog described as a potent inhibitor that acts by forming a covalent complex with DNMT when incorporated into DNA. Here we bring additional experiments to explain its mechanism of action. First, we observe an increase in the DNA binding when zebularine is incorporated into the DNA, compared to deoxycytidine and 5-fluorodeoxycytidine, together with a strong decrease in the dissociation rate. Second, we show by denaturing gel analysis that the intermediate covalent complex between the enzyme and the DNA is reversible, differing thus from 5-fluorodeoxycytidine. Third, no methylation reaction occurs when zebularine is present in the DNA. We confirm that zebularine exerts its demethylation activity by stabilizing the binding of DNMTs to DNA, hindering the methylation and decreasing the dissociation, thereby trapping the enzyme and preventing turnover even at other sites

Outils pour la réalisation de supports pédagogiques

La réalisation de supports pédagogiques écrits, à projeter, de graphiques, de cours ou de fiches d’exercices, occupe une part non négligeable de l’activité d’enseignement, au-delà du seul travail de conception. Dans un soucis d’efficacité ou par habitude, chez les enseignants-chercheurs les outils le plus souvent utilisés pour ce faire sont ceux également usités pour les communications scientifiques dans le cadre des activités de recherche. Cependant, le public de destination est bien différent et, même si le fond prévaut toujours résolument sur la forme, dans le cas de supports pédagogiques la forme a aussi un rôle déterminant sur l’attractivité et l’assimilation du fond. C’est d’autant plus vrai pour des étudiants de 1er cycle ou dans des situations de handicap où l’accessibilité est un enjeu majeur. Dans ce cadre, tous les outils d’édition pour la production scientifique ne sont pas toujours les mieux adaptés pour la réalisation de supports pédagogiques. L’objet de cette communication est de proposer, en premier lieu, une réflexion sur les avantages et limites de différents formats de supports pédagogiques. Elle sera suivie d’un retour d’expérience sur un ensemble d’outils numériques libres et de matériels compatibles pour l’édition de supports écrits (papier, transparents, web) et la réalisation de dessins et graphiques (y compris interactifs). Ce modeste retour d’expérience, purement illustratif, demandera à être largement enrichi par l’auditoire

La cavité de couplage acoustique dans la méthode de réciprocité : modèles analytiques pour l'étalonnage des microphones et la mesure d'impédances de petits composants

Acoustic metrology laboratories generally use high quality microphones as a reference for their acoustic measurement devices. Then, these microphones, called Laboratory Standard Microphones, have to be calibrated with a great accuracy. During the last decades, the usual standardized method for calibrating these microphones, that is for determining their pressure sensitivity, is the reciprocity method. This method uses two microphones acoustically connected by a coupler which is an acoustic cavity, generally cylinder shaped, closed by lateral rigid walls and at its ends by the diaphragms of the microphones, one being used as a transmitter and the other one as a receiver. The product of the microphone's sensitivities is determined from electrical measurements and from the analytical calculation of the acoustic transfer admittance of the system.Actual equipments and measurement technics permit to reach the order of 0.01 dB for the electrical measurements accuracy. The same precision is then recquiered for the calculation of the acoustic transfer admittance which lies on the modelling of the sound pressure in the coupling cavity. Consequently, this modelling has to be as complete and accurate as possible. The model currently in use seems not to be sufficiently reliable to allow calibration with an accuracy that is compatible with the one of the electrical measurements. Thus, this is the aim of this study to build more complete analytical models for the sound pressure in the cavity, taking into account the viscothermal boundary layers effects and the precise dependency of the acoustic field on the space coordinates.The results should lead to revise the standards currently in use, and moreover the obtained results could lead to a deep measurement method for the input characteristics of small acoustic components, that is actually missing, and that in the future they could lead to openings in the metrology of acoustic micro-elements (useful for characterization of the artificial hear and for the miniaturization of sensors).Finally, future developments about new modelling of microphones, that would take into account the effects of realistic diaphragm movements and then the spatial distribution of the acoustic movements in micro-cavities and micro-ducts that compose these sensors, will allow the models presented here to be of high interest concerning deep measurements and characterization of sensors and acoustic micro-components.Les laboratoires de métrologie acoustique utilisent en général des microphones de haute qualité comme étalon de référence pour leurs appareils de mesures acoustiques. Ces microphones, appelés étalons de laboratoire, doivent eux-mêmes être étalonnés avec une grande précision. Depuis plusieurs décennies, la méthode usuelle (normalisée) pour étalonner ces microphones, c'est-à-dire pour déterminer leur efficacité en pression, est la méthode de réciprocité. Cette méthode nécessite l'usage de deux microphones couplés par une cavité acoustique close généralement de forme cylindrique, fermée latéralement par des parois rigides et aux extrémités par les membranes des microphones, l'un étant utilisé en émetteur, l'autre en récepteur. Le produit des efficacités des microphones est déduit de mesures électriques et du calcul analytique de l'admittance acoustique de transfert du système. Les équipements et les techniques de mesures actuels permettent d'atteindre une précision dans les mesures électriques de l'ordre du centième de décibel. Une précision du même ordre de grandeur est alors recherchée dans le calcul de l'admittance acoustique de transfert, qui repose sur la modélisation du champ acoustique dans la cavité de couplage. Il est donc nécessaire que cette modélisation soit aussi complète et précise que possible. Les modèles actuellement en usage ne paraissent pas aujourd'hui, de ce point de vue, présenter toutes les > nécessaires pour accéder à un étalonnage dont la précision est compatible avec la précision de la mesure électrique. Ainsi, l'objet de cette étude est d'établir des modèles analytiques plus complets pour le champ de pression dans la cavité de couplage, prenant en compte les effets de couches limites visqueuses et thermiques et la structure fine de la répartition spatiale du champ acoustique.Au-delà des résultats qui doivent conduire à la révision des normes actuellement en vigueur, les résultats obtenus portent l'espoir de mener à une méthode de mesure fine des caractéristiques d'entrée des petits composants acoustiques qui fait défaut à l'heure actuelle et de mener à terme à des ouvertures sur la métrologie des micro-composants acoustiques (attendues dans le cadre de la caractérisation des oreilles artificielles et de la miniaturisation des capteurs).Enfin, des développements futurs portant sur de nouvelles modélisations de capteurs microphoniques, qui prendraient en compte les effets de déformées réalistes des membranes et corrélativement la répartition spatiale des mouvements acoustiques dans les micro-cavités et micro-conduits qui constituent ces capteurs, permettront aux modèles proposés de donner leur > en terme de finesse de mesure et de caractérisations de capteurs et mini-composants acoustiques