Phosphorous-31 nuclear magnetic resonance studies of cellular systems

In 1973, R. B. Moon and J. H. Richards utilized phosphorus-31 nuclear magnetic resonance ((\u2731)P-NMR) to examine the human erythrocyte and monitor its intracellular pH (Moon and Richards, 1973). Ever since this classic report, the field of in vivo NMR has virtually exploded. The growth of this technique can be attributed to its non-invasive nature and its ability to yield complete, real-time, metabolic profiles at a relatively low cost. In these two respects, nuclear magnetic resonance remains unchallenged by other physical techniques.;In this dissertation, (\u2731)P-NMR spectroscopy was applied to the study of (1) sipunculan erythrocytes (part 1), (2) spermatozoa isolated from several vertebrate and invertebrate species (parts 3-5), and (3) unfertilized eggs isolated from the blue crab and the horseshoe crab (part 6). Part 2 deals with the determination of P(,50) values for the oxygen-hemerythrin interaction in the presence or absence of effectors. This study was performed utilizing uv-visible spectroscopy.;(\u2731)P-NMR results (parts 1, 3-6) center on the identification of key metabolites and on the determination of intracellular pH. In studies involving fish spermatozoa, emphasis was also placed on examining changes in metabolic profiles following (1) an anaerobic insult, (2) motility initiation, or (3) short-term storage. This dissertation also captures several difficulties in spectral interpretation which a spectroscopist is likely to encounter

Prédiction des propriétés des matériaux énergétiques en vue de leur détection

La lutte aux explosifs improvisés (IEDs) est l’un des plus grands défis auxquels les armées modernes doivent faire face. Il existe un vaste éventail de méthodes permettant de détecter et de neutraliser les IEDs, incluant des méthodes plus classiques comme la résonnance magnétique nucléaire, la spectroscopie infrarouge et la diffraction des rayons X, ainsi que des approches moins orthodoxes, comme des chiens renifleurs. Une des techniques les plus prometteuses combine l’utilisation de l’induction électromagnétique, une approche permettant la détection de métaux dans le sol, et le radar à pénétration de sol qui mesure la constante diélectrique des différentes composantes du sol[6]. La détermination de la constante diélectrique d’une variété d’explosifs revêt donc un intérêt particulier pour la lutte contre les IEDs. Ce projet vise à développer une méthode efficace pour calculer de manière théorique les constantes diélectriques d’une variété de matériaux énergétiques en utilisant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Un autre aspect du projet vise à prédire les changements dans la maille cristalline des explosifs en fonction de variation de température et de pression et de comparer les valeurs obtenues avec les valeurs expérimentales. Pour ce faire, la technique de dynamique moléculaire a été utilisée. Cela permet de tenir compte de la dépendance de la constante diélectrique envers la densité du matériau, qui elle varie avec un changement de température ou de pression.The fight against Improvised Explosive Devices (IEDs) is one of the greatest challenges facing modern armies. A wide range of methods have been developed over the last years in order to detect and neutralize IEDs, from classic detection methods, nuclear magnetic resonance (NMR), infrared spectroscopy (IR) and X-ray diffraction, to less orthodox methods using the impressive olfactory capacity of dogs, or even rats. One of the most promising techniques combines the use of electromagnetic induction, a technique used to detect the presence of metals in the soil, and Ground Penetrating Radars (GPR), which measure the dielectric constant of constituents present in the ground. Determination of the dielectric constant of various energetic materials (EMs) is therefore of interest in the fight against IEDs. This project aims at developing an effective method to predict dielectric constants of various EMs by theroretical calculations, using the Density Functional Theory (DFT) and establishing a correlation to their crystalline structure. Another aspect of this research focuses on predicting changes in crystal lattice parameters with temperature and pressure using Molecular Dynamics (MD), and comparing the predictions to values experimentally determined