Étude des propriétés plasmoniques des réseaux de nanotrous

Les réseaux de nanotrous sont des structures plasmoniques ayant un énorme potentiel en tant que transducteurs pour la conception de biocapteurs. De telles structures sont prometteuses pour l’élaboration de biocapteurs capable d’effectuer du criblage à haut débit. L’intérêt de travailler avec des réseaux de nanotrous est dû à la simplicité d’excitation des polaritons de plasmons de surface en transmission directe, à la sensibilité et à la facilité de fabrication de ces senseurs. L’architecture de tels réseaux métalliques permet la conception de nanostructures ayant de multiples propriétés plasmoniques. L’intensité, la signature spectrale et la sensibilité du signal plasmonique sont grandement affectées par l’aspect physique du réseau de nanotrous. L’optimisation du signal plasmonique nécessite ainsi un ajustement du diamètre des trous, de la périodicité et de la composition métallique du réseau. L'agencement de l'ensemble de ces paramètres permet d'identifier une structure optimale possédant une périodicité de 1000 nm, un diamètre des nanotrous de 600-650 nm et un film métallique ayant une épaisseur de 125 nm d'or. Ce type de transducteur a une sensibilité en solution de 500-600 nm/RIU pour des bandes plasmoniques situées entre 600-700 nm. L'intérêt de travailler avec cette structure est la possibilité d'exciter les plasmons de polaritons de surface (SPPs) selon deux modes d'excitation : en transmission exaltée (EOT) ou en réflexion totale interne par résonance des plasmons de surface (SPR). Une comparaison entre les propriétés plasmoniques des senseurs selon les modes d'excitation permet de déterminer expérimentalement que le couplage de la lumière avec les ondes de SPP de Bloch (BW-SPPs) en transmission directe résulte en un champ électromagnétique davantage propagatif que localisé. D'un point de vue analytique, la biodétection de l'IgG en SPR est 6 fois plus sensible par rapport au mode EOT pour une même structure. Une étude du signal plasmonique associé au BW-SPP pour un certain mode de diffraction démontre que la distance de pénétration de ces structures en EOT est d'environ 140 nm. La limite de détection de l'IgG humain pour un réseau de nanotrous de 1000 nm de périodicité est d'environ 50 nM en EOT. Ce mémoire démontre la viabilité des réseaux de nanotrous pour effectuer de la biodétection par criblage à haut débit lors de prochaines recherches. L'investigation de l'effet de l'angle d'excitation en transmission exaltée par rapport au signal plasmonique associé au mode (1,0) d'un réseau de nanotrous de 820 nm d'or démontre que la sensibilité en solution n'est pas proportionnelle à la sensibilité en surface du senseur. En fait, une optimisation de l'angle d'incidence pour le mode (1,0) de diffraction des BW-SPP permet d'amplifier la sensibilité en surface du senseur jusqu'à 3-fois pour un angle de 13,3°. Ce mémoire démontre ainsi la nécessité d'optimiser l'angle d'excitation et les propriétés physiques du senseur afin de développer un transducteur de grande sensibilité basé sur l'excitation en transmission de réseaux de nanotrous.This research aims at developing a multiplexed biosensor for protein detection based on the nanohole array technology. Gold nanohole arrays exhibit distinct plasmonics properties depending on the excitation mode of the surface plasmon polaritons (SPPs). The interest of working with nanohole arrays is related to their high sensitivity, ease of fabrication and simple setup of excitation in transmission. The architecture of nanohole arrays leads to a nanostructure having multiple plasmonics properties. The intensity, the spectral signature and the sensitivity of the plasmonic signal were highly affected by the shape of the nanohole arrays. Varying the diameter of the holes, the periodicity and the metallic composition of the array were used to optimize the plasmonic signal. The optimal structure was found to have a periodicity of 1000 nm, a diameter of 600-650 nm and a metallic film with a thickness of 125 nm of gold. Such a transducer exhibits a bulk refractive index sensitivity of 500-600 nm/RIU for plasmonic bands absorbing around 600-700 nm. Surface plasmon resonance (SPR) in the Kretschmann configuration and enhanced optical transmission (EOT) mode were compared using large gold nanohole arrays (1000 nm periodicity, 600 nm diameter and 125 nm depth) in order to assess their relative analytical performance. Biodetection of IgG was found to be 6 times more sensitive with SPR in the Kretschmann configuration than in EOT mode for the same structure. The decay length of the electromagnetic field in EOT mode was determined experimentally to be around 140 nm with a layer-by-layer polyelectrolyte deposition. This results suggests that the plasmonic properties of EOT for nanohole arrays is much more associated to a Bloch wave SPPs mode rather than a localized SPR. Variation of the incident angle of excitation of the BW-SPPs in transmission leads to a higher surface sensitivity for the (1,0) diffraction mode for gold nanohole arrays of 820 nm periodicity. Optimization of the physical properties and the excitation angle of the nanohole arrays is essential in order to develop a transducer having a potential towards multiplexed biosensors

Études et applications des propriétés plasmoniques des réseaux nanostructurés

Cette thèse porte sur l’étude des propriétés plasmoniques de réseaux nanostructurés dans le but de développer des applications de bioanalyse. L'intérêt de travailler avec ces structures est dû à leur grande sensibilité de surface, leur facilité de fabrication et leur simplicité d'analyse par spectrophotométrie en transmission. L'objectif était de fabriquer un dispositif capable d'effectuer du criblage à haut débit pour des fins biomédicales. Le premier objectif de la thèse porte sur l’étude des propriétés plasmoniques des réseaux de nanotrous. Une compréhension approfondie de ces structures a permis d’exploiter efficacement leur performance pour des applications de bioanalyse plasmonique. Une solution analytique fut établie pour étudier les modes de diffractions des polaritons de plasmons de surface d’onde de Bloch (BW-SPP). Cette équation a permis de corroborer les observations expérimentales avec des calculs théoriques par rapport au couplage plasmonique des réseaux de nanotrous. De plus, la variation de l'angle d'incidence a permis de déplacer la fréquence à laquelle les modes plasmoniques sont excités. Il était donc possible d'ajuster la position des BWSPP de façon à maximiser un couplage à une longueur d'onde désirée. Cet effet a été exploité avec la technique d'amplification de surface de diffusion Raman exaltée (SERS). Finalement, la sensibilité en surface de réseaux de nanotrous a été amplifiée selon l’angle d’excitation en transmission. Ce gain en sensibilité permet la détection de protéines d’IgG humain pour des basses concentrations de l’ordre du nanomolaire (nM). Le second objectif de la thèse traite du développement d’un lecteur multipuits couplé avec la technologie des réseaux de nanotrous afin de créer une plateforme de détection plasmonique pour du criblage à haut débit. Cet instrument offre une analyse en transmission d’échantillons nanostructurés à l’aide d’une plaque 96-puits pour des angles d’incidence allant jusqu’à 50°. Une nouvelle méthode de microfabrication de réseaux de nanotrous par photolithographie fut établie. Cette technique a permis de fabriquer des réseaux de nanotrous sur de grandes surfaces avec uniformité. L’efficacité du système fut démontrée pour la détection de protéines d’IgG humain, du méthotrexate (MTX) et le criblage d’anticorps de l’antigène prostatique spécifique (PSA). Le dernier volet de la thèse discute de l’étude des propriétés plasmoniques de réseaux de nanodisques recouverts d’un film d’or pour amplifier plus fortement la sensibilité des capteurs plasmoniques. Cette section de la thèse a démontré la performance des réseaux de nanodisques en tant que capteur plasmonique. En effet, les réseaux de nanodisques ont l’avantage d’exciter un mode de Bragg (BM, Bragg modes) en transmission directe générant une bande plasmonique fine ayant un facteur de mérite (FOM, figure of merit) élevé (sensiblité/réponse plasmonique). L’excitation de ces structures en transmission directe a simplifié énormément l’utilisation du robot multipuits par l’excitation à incidence normale tout en offrant une FOM supérieure aux réseaux de nanotrous. Pour continuer, des simulations 3D et une image Raman du signal SERS des structures ont démontré que le champ plasmonique des BM est grandement confiné autour des nanodisques. Ce confinement du champ plasmonique des réseaux de nanodisques à générer un facteur d’amplification SERS de l’ordre de 107. En somme, cette thèse démontre une étude des propriétés plasmoniques de réseaux nanostructurés pour des applications de bioanalyse par criblage à haut débit. Les études rapportées dans cette thèse ont prouvés que le champ plasmonique des réseaux de nanotrous peut être contrôlé afin d’amplifier leur sensibilité. De plus, la thèse rapporte la première plateforme de bioanalyse plasmonique utilisant un lecteur multipuits. Finalement, la fabrication de structures plasmoniques composés de nanodisques d’or a permis de mettre en évidence des propriétés optiques qui peuvent être mises à profit pour des mesures optiques ultras sensibles.This thesis describes the plasmonic properties of nanostructured arrays towards development of biosensing applications. These structures exhibited several advantages such as high surface sensitivity, ease of microfabrication and simple excitation setup in transmission spectroscopy. The goal was to design a plasmonic device able to achieve high throughput analysis for biomedical purposes. The first section of the thesis covers a study of the plasmonic properties of nanohole arrays. An analytical solution was derived to assess plasmonic properties of the diffraction modes of Bloch-Wave surface plasmon polaritons (BW-SPP). Tuning of the excitation angle allowed for a precise control of the plasmonic signal’s position and an optimal coupling at a specific wavelength. This feature of nanohole arrays was demonstrated for applications in surface-enhanced Raman scattering (SERS). Finally, this section described the enhancement of the surface sensitivity of nanohole arrays through variation of the excitation angle in transmission. Such enhancement of the sensitivity allowed for detection of the concentration of human IgG proteins in the low nanomolar range. The second section of the thesis discusses the development of a multi-well plate reader coupled with the nanohole arrays technology. A custom-built plasmonic reader, designed at University of Montreal, allowed analysis of plasmonic structures in transmission with a 96-well plate for excitation where the incident angle is up to 50° relative to normal. A novel microfabrication technique of nanohole arrays, based on photolithography, is described. This technique allowed fabrication of nanohole arrays on a large scale with great surface uniformity. The performance of the plasmonic reader is demonstrated for sensing of human IgG proteins, methotrexate (MTX) and screening of prostate specific antigen (PSA) antibodies. The final section of the thesis describes studies on the plasmonic properties of nanodisk arrays coated with a gold film. This section described the performance of nanodisk arrays for plasmonic sensing. This structure benefited from the excitation of Bragg modes (BM) in direct transmission, which generated a sharp plasmonic band with a high figure of merit (FOM). The excitation of nanodisk arrays in direct transmission simplified the design of the plasmonic reader while providing a greater FOM than nanohole arrays. Furthermore, 3D simulations and a Raman image of the nanodisk arrays’ SERS intensity showed the confinement of the plasmonic field of the BM at the edges of the nanodisk. Such confinement of the plasmonic field of nanodisk arrays led to high SERS enhancements to a factor of 10^7. In summary, this thesis studied the plasmonic properties of nanostructured arrays towards development of applications for high throughput biosensing. These studies proved that the plasmonic field of nanohole arrays can be tuned to enhance their surface sensitivity. Furthermore, the thesis revealed the first plasmonic sensing platform using a multiwell plate reader. Finally, the thesis describes a novel plasmonic structure with outstanding optical properties; the gold coated nanodisk arrays

Délibérer en régime de démocratie représentative : la forme de vie politique à l'aune de la raison pratique

Les gouvernements représentatifs contemporains font face à des transformations sociales qui encouragent la recherche d’une nouvelle politique démocratique, autant en théorie qu’en pratique. Une des avenues les plus influentes et prometteuses renvoie à l’idée de « démocratie délibérative », qui promeut un idéal de conversation publique et de participation politique afin d’assurer la légitimité des normes communes. La présente recherche propose d’analyser cette idée dans une perspective aristotélicienne et de dégager certains critères pour l’évaluation d’un bon raisonnement délibératif. Nous mettrons notamment de l’avant une conception de la raison pratique qui insiste sur l’adéquation de la délibération à l’action qu’elle est censée causer, afin de montrer le potentiel épistémique de l’action elle-même. Nous verrons alors que l’étude de la délibération politique ne peut se passer d’une réflexion sur la forme de vie commune qui encadre l’exercice délibératif. En plus des textes d’Aristote, notre recherche s’appuie principalement sur deux philosophes contemporains, Alasdair MacIntyre et Pierre Manent.Contemporary representative regimes confront social changes that led to new ideas about democratic government, in theory as well as in practice. One of the most influential of these is « deliberative democracy », which promotes public conversation and political participation as a mode of producing legitimate social norms. The present work seeks to investigate this idea in an Aristotelian framework and to draw criterions for the evaluation of an appropriate deliberative reasoning. It will especially put forth a conception of pratical reason which insists on the needed consistency between deliberation and the action it is supposed to produce, in order to demonstrate the epistemic potential of action itself. It will thereafter be shown that the study of political deliberation must include a reflexion on the common form of life that frames the deliberative practice. In addition to the works of Aristotle, this research leans upon those of the philosophers Alasdair MacIntyre and Pierre Manent

La critique de la société démocratique : Jacques Rancière et le discours de la subjectivation

Le présent article interroge la dimension critique de la démocratie telle que l’a analysée Jacques Rancière. Nous nous penchons particulièrement sur les composantes du discours ouvrant l’espace de la subjectivité politique au sein de ce que Rancière nomme le « mode du dire » d’une communauté politique. L’article examine alors la tension entre cette manifestation du discours et la socialisation produite par l’institutionnalisation de la démocratie. Nous argumentons que l’exposé de Rancière au sujet du logos politique, bien que fécond, ne prend pas suffisamment en compte les exigences d’un troisième « mode » constitutif de la société et déterminant pour l’action politique, celui du « faire »

The Challenges of HTR Model Training: Feedback from the Project Donner le gout de l'archive a l'ere numerique

The arrival of handwriting recognition technologies offers new possibilities for research in heritage studies. However, it is now necessary to reflect on the experiences and the practices developed by research teams. Our use of the Transkribus platform since 2018 has led us to search for the most significant ways to improve the performance of our handwritten text recognition (HTR) models which are made to transcribe French handwriting dating from the 17th century. This article therefore reports on the impacts of creating transcribing protocols, using the language model at full scale and determining the best way to use base models in order to help increase the performance of HTR models. Combining all of these elements can indeed increase the performance of a single model by more than 20% (reaching a Character Error Rate below 5%). This article also discusses some challenges regarding the collaborative nature of HTR platforms such as Transkribus and the way researchers can share their data generated in the process of creating or training handwritten text recognition models

A shape-changing cylindrical chart that displays energy availability forecasts

Un moyen d'optimiser le taux d'énergie renouvelable consommé sur les micro-réseaux est la gestion de la demande en énergie. Décaler la consommation aux moments propices est possible avec des moyens de stockage. Pour explorer ce contexte, nous envisageons une nouvelle pratique visant à décaler la consommation des ordinateurs portables sur le lieu de travail grâce à leurs batteries. Cette pratique nécessite de fournir des consignes d'usage et des prévisions de disponibilité des énergies renouvelables. Pour ce faire, nous avons évalué l'utilisabilité d'un histogramme cylindrique à changement de forme, lors d'un évènement public sur deux jours, en interrogeant 90 visiteurs. Nous avons aussi testé trois profils de vitesse des mouvements en vision périphérique de sorte à notifier sans perturber ni agacer, en sollicitant 30 participants en condition de laboratoire. Nos résultats montrent des taux de réussite au-delà de 90% pour des tâches de recherche d'intervalle et de comparaison, nécessaires pour retrouver les pics de production d'énergie renouvelable. Nos résultats montrent qu'une vitesse exponentielle est la plus efficace pour rendre perceptible le mouvement tout en étant aussi peu perturbante qu'une vitesse constante.Optimizing microgrids' renewable-energy-consumption rates can be done by energy demand-side management. Shifting consumption at better moments is possible thanks to storage capacities. To explore this context, we consider a new practice aiming at shifting laptops' consumption on workplaces thanks to their batteries. This practice requires providing usage instructions and forecasts on renewable energy availability. In order to do this, we evaluated the usability of a shape-changing cylindrical histogram, during a two-day public event, by asking 90 visitors. We also tested three kinds of motion speed in peripheral vision in order to notify neither disturbing nor irritating, by requiring 30 participants in lab conditions. Our results show success rates over 90% for range and compare tasks, which are necessary to retrieve renewable energy production peaks. Our results show that an exponential speed is the best to design perceptible movements, whereas being as calm as a constant speed

CParLà ! : Guidage dynamique multicanal. Améliorer les échanges à bord d’un aéronef pour la Recherche et le Sauvetage

Lorsque deux individus ne sont pas côte à côte et que l’un souhaite amener le regard de l’autre vers un point d’intérêt désigné, et que la seule modalité disponible pour communiquer est la modalité audio, alors le guidage peut se révéler compliqué et source d’erreurs. C’est pourquoi nous proposons CParlà !, un système de guidage qui utilise le canal tactile puis le canal visuel ; vibrations pour emmener l’utilisateur dans une direction, puis encadrement visuel du point d’intérêt dès qu’il se trouve dans le champ visuel.When two peoples are not side by side and one wishes to bring the other’s eyesight to a designated point of interest, and when the only available modality to communicate is the audio one, then the guidance can show itself complicated and source of errors. That is why we propose CParlà !, a guidance system which uses, according to the context, the most relevant modality

PERIPHERAL AUDITORY DISPLAY FOR 3D-PRINTING PROCESS MONITORING

When monitoring an industrial process, extreme sensory conditions can make it difficult to rely solely on direct observation. In this paper, we describe the development of an alternative display method for the production criteria of a wire-arc 3D-printing process using sonification. We made this display mostly ambient, as it is preferable in order to avoid fatigue in long-term usage. The sounds were chosen to be cognitively distinct progressive alarms so they would be easier to identify. The evaluation consists in a dual-task identification trial, so as to measure the proper communication of critical information as well as account for the level of distraction from other tasks. The results show that the attentional pull is rather minor and still allows for above-random criteria recognition rates. Though, there seems to be an occasional cognitive overlap between the sounds representing local and global overheating. The droning tone for the height of the part also tends to be drowned out in some cases. Both flaws will need to be addressed in future iterations

Refining susceptibility loci of chronic obstructive pulmonary disease with lung eqtls

Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is the fourth leading cause of mortality worldwide. Recent genome-wide association studies (GWAS) have identified robust susceptibility loci associated with COPD. However, the mechanisms mediating the risk conferred by these loci remain to be found. The goal of this study was to identify causal genes/variants within susceptibility loci associated with COPD. In the discovery cohort, genome-wide gene expression profiles of 500 non-tumor lung specimens were obtained from patients undergoing lung surgery. Blood-DNA from the same patients were genotyped for 1,2 million SNPs. Following genotyping and gene expression quality control filters, 409 samples were analyzed. Lung expression quantitative trait loci (eQTLs) were identified and overlaid onto three COPD susceptibility loci derived from GWAS; 4q31 (HHIP), 4q22 (FAM13A), and 19q13 (RAB4B, EGLN2, MIA, CYP2A6). Significant eQTLs were replicated in two independent datasets (n = 363 and 339). SNPs previously associated with COPD and lung function on 4q31 (rs1828591, rs13118928) were associated with the mRNA expression of HHIP. An association between mRNA expression level of FAM13A and SNP rs2045517 was detected at 4q22, but did not reach statistical significance. At 19q13, significant eQTLs were detected with EGLN2. In summary, this study supports HHIP, FAM13A, and EGLN2 as the most likely causal COPD genes on 4q31, 4q22, and 19q13, respectively. Strong lung eQTL SNPs identified in this study will need to be tested for association with COPD in case-control studies. Further functional studies will also be needed to understand the role of genes regulated by disease-related variants in COPD

Sonification for 3D Printing Process Monitoring

In order to monitor a 3D printing industrial process in a context of sensory overload and potential inattentional deafness, we designed a sonification of the information sent in by the printer. This sonification focuses not only on proper communication of the system's state, but also on lowering the amount of stress usually induced by prolonged listening. To this end, we made use of a combination of synthetic and natural sounds whose perceptual properties were modulated according to the data influx using parameter mapping. Then an experiment was conducted on the recognition of various normal and abnormal behaviours, also allowing the participants to assess the amount of stress they experienced upon listening. The results are quite promising, but also highlight a confusing overlap in the natural sounds used, which will need to be fixed in future iterations. For now, tester opinion is mostly positive on the stressful aspect. However, listening times may need to be longer in further experimentation to better assess how stressful this sonification is