Piezospectroscopie RQN : jauge de contrainte pour les matériaux composites

The determination of stress and strain distributions in opaque materials is a key issue to evaluate their mechanical behavior. However, most of the methods used today to measure stress are either extremely invasive or ineffective for opaque materials. Within this context, we propose to use the Nuclear Quadrupolar Resonance (NQR) signal of small crystals, embedded within non, or poorly, conductive materials. Stresses transferred by the matrix to the crystal induce a deformation of its lattice which in turn results in a modification of the Electric Field Gradient (EFG) at the nucleus of interest. NQR is, as a consequence, sensitive to deformations induced by external mechanical stress and the crystals act as local stress gauges at the micron-scale. We call this method NQR piezospectroscopy.The objective of this study is to prove that NQR piezospectroscopy can be used to measure stress within opaque materials and more precisely within elastomer. The fundamental link between the NQR frequency variation and the stress tensor applied to the crystal has been studied. For that purpose, 63Cu in cuprite has been selected as a NQR probe. The stress dependence of its NQR frequency is investigated experimentally using different mechanical loadings generated within an original integrated NQR – stress device and discussed in the light of DFT ab-initio calculations.In addition, as proof-of-concept of NQR piezospectroscopy, additional experiments were carried out using loading conditions proving, without hypothesis on cuprite’s mechanical properties, that its NQR frequency shift is representative of the hydrostatic component of the elastomer inner stress field. We then investigated the ability of this method to map an heterogeneous stress field.La détermination des distributions de contrainte et de déformation dans des matériaux opaques est une question clé pour évaluer leur comportement sous des conditions de chargement souvent complexes. La plupart des méthodes expérimentales utilisées aujourd’hui pour traiter ce problème sont des méthodes invasives ou bien inefficaces pour les matériaux opaques. Dans ce contexte nous proposons d’utiliser le signal de Résonance Quadripolaire Nucléaire (RQN) de petits cristaux, utilisés comme charge, dans des matériaux peu ou pas conducteurs. Les contraintes transmissent par la matrice au cristal induisent une déformation de son réseau cristallin qui à son tour induit une modification de sa fréquence RQN. La RQN est, par conséquent, sensible aux déformations induites par une contrainte mécanique externe et le cristal agit comme une jauge de contrainte à l’échelle du micron. Nous appelons cette méthode la piézospectroscopie RQN.L’objectif de cette étude est de prouver que l’on peut utiliser la piézospectroscopie RQN pour mesurer des contraintes au sein de matériaux opaques et plus précisément au sein d’élastomères. Le lien fondamental entre la variation de fréquence RQN et le tenseur de contrainte appliqué au cristal a été étudié. Pour cela nous avons choisi le 63Cu dans la cuprite comme sonde RQN. Expérimentalement, la dépendance à la contrainte de la fréquence RQN est mesurée en utilisant différentes sollicitations mécaniques générées par des montages originaux intégrant mesure de contrainte et de RQN. Les résultats ainsi obtenus sont discuté en regard de calculs quantiques basés sur la DFT.En outre, comme preuve de concept de la piézospetroscopie RQN, nous avons réalisé des expériences supplémentaires en utilisant des conditions de chargement qui nous ont permis de démontrer, sans faire d’hypothèses sur les propriétés mécaniques du Cu2O, que la variation de fréquence RQN est représentative de la composante hydrostatique du champ de contrainte interne de l’élastomère. Nous avons ensuite étudié la capacité de cette méthode à cartographier un champ de contrainte hétérogène

Piezospectroscopy NQR : strain gauge for composite materials

La détermination des distributions de contrainte et de déformation dans des matériaux opaques est une question clé pour évaluer leur comportement sous des conditions de chargement souvent complexes. La plupart des méthodes expérimentales utilisées aujourd’hui pour traiter ce problème sont des méthodes invasives ou bien inefficaces pour les matériaux opaques. Dans ce contexte nous proposons d’utiliser le signal de Résonance Quadripolaire Nucléaire (RQN) de petits cristaux, utilisés comme charge, dans des matériaux peu ou pas conducteurs. Les contraintes transmissent par la matrice au cristal induisent une déformation de son réseau cristallin qui à son tour induit une modification de sa fréquence RQN. La RQN est, par conséquent, sensible aux déformations induites par une contrainte mécanique externe et le cristal agit comme une jauge de contrainte à l’échelle du micron. Nous appelons cette méthode la piézospectroscopie RQN.L’objectif de cette étude est de prouver que l’on peut utiliser la piézospectroscopie RQN pour mesurer des contraintes au sein de matériaux opaques et plus précisément au sein d’élastomères. Le lien fondamental entre la variation de fréquence RQN et le tenseur de contrainte appliqué au cristal a été étudié. Pour cela nous avons choisi le 63Cu dans la cuprite comme sonde RQN. Expérimentalement, la dépendance à la contrainte de la fréquence RQN est mesurée en utilisant différentes sollicitations mécaniques générées par des montages originaux intégrant mesure de contrainte et de RQN. Les résultats ainsi obtenus sont discuté en regard de calculs quantiques basés sur la DFT.En outre, comme preuve de concept de la piézospetroscopie RQN, nous avons réalisé des expériences supplémentaires en utilisant des conditions de chargement qui nous ont permis de démontrer, sans faire d’hypothèses sur les propriétés mécaniques du Cu2O, que la variation de fréquence RQN est représentative de la composante hydrostatique du champ de contrainte interne de l’élastomère. Nous avons ensuite étudié la capacité de cette méthode à cartographier un champ de contrainte hétérogène.The determination of stress and strain distributions in opaque materials is a key issue to evaluate their mechanical behavior. However, most of the methods used today to measure stress are either extremely invasive or ineffective for opaque materials. Within this context, we propose to use the Nuclear Quadrupolar Resonance (NQR) signal of small crystals, embedded within non, or poorly, conductive materials. Stresses transferred by the matrix to the crystal induce a deformation of its lattice which in turn results in a modification of the Electric Field Gradient (EFG) at the nucleus of interest. NQR is, as a consequence, sensitive to deformations induced by external mechanical stress and the crystals act as local stress gauges at the micron-scale. We call this method NQR piezospectroscopy.The objective of this study is to prove that NQR piezospectroscopy can be used to measure stress within opaque materials and more precisely within elastomer. The fundamental link between the NQR frequency variation and the stress tensor applied to the crystal has been studied. For that purpose, 63Cu in cuprite has been selected as a NQR probe. The stress dependence of its NQR frequency is investigated experimentally using different mechanical loadings generated within an original integrated NQR – stress device and discussed in the light of DFT ab-initio calculations.In addition, as proof-of-concept of NQR piezospectroscopy, additional experiments were carried out using loading conditions proving, without hypothesis on cuprite’s mechanical properties, that its NQR frequency shift is representative of the hydrostatic component of the elastomer inner stress field. We then investigated the ability of this method to map an heterogeneous stress field

Serotonin differentially modulates excitatory and inhibitory synaptic inputs to putative sleep-promoting neurons of the ventrolateral preoptic nucleus

International audienceThe role of serotonin (5-HT) in sleep-wake regulation has been a subject of intense debate and remains incompletely understood. In the ventrolateral preoptic nucleus (VLPO), the main structure that triggers non-rapid eye movement (NREM) sleep, putative sleep-promoting (PSP) neurons were shown ex vivo to be either inhibited (Type-1) or excited (Type-2) by 5-HT application. To determine the complex action of this neurotransmitter on PSP neurons, we recorded spontaneous and miniature excitatory and inhibitory postsynaptic currents (sEPSCs, sIPSCs, mEPSCs and mIPSCs) in response to bath application of 5-HT. We established in mouse acute VLPO slices that 5-HT reduces spontaneous and miniature EPSC and IPSC frequencies to Type-1 neurons, whereas 5-HT selectively increases sIPSC and mIPSC frequencies to Type-2 VLPO neurons. We further determined that Type-1 neurons display a lower action potential threshold and a smaller soma size than Type-2 neurons. Finally, single-cell RT-PCR designed to identify the 13 serotonergic receptor subtypes revealed the specific mRNA expression of the 5-HT1A,B,D,F receptors by Type-1 neurons. Furthermore, the 5-HT2A-C,4,7 receptors were found to be equivalently expressed by both neuronal types. Altogether, our results establish that the excitatory and inhibitory inputs to Type-1 and Type-2 VLPO PSP neurons are differentially regulated by 5-HT. Electrophysiological, morphological and molecular differences were also identified between these two neuronal types. Our results provide new insights regarding the orchestration of sleep regulation by 5-HT release, and strongly suggest that Type-2 neurons could play a permissive role, whereas Type-1 neurons could have an executive role in sleep induction and maintenance

Multiparametric characterization of neuronal subpopulations in the ventrolateral preoptic nucleus

International audienceThe characterization of neuronal properties is a necessary first step toward understanding how the ventrolateral preoptic nucleus (VLPO) neuronal network regulates slow-wave sleep (SWS). Indeed, the electrophysiological heterogeneity of VLPO neurons suggests the existence of subtypes that could differently contribute in SWS induction and maintenance. The aim of the present study was to define cell classes in the VLPO using an unsupervised clustering classification method. Electrophysiological features extracted from 289 neurons recorded in whole-cell patch-clamp allowed the identification of three main classes of VLPO neurons subdivided into five distinct subpopulations (cluster 1, 2a, 2b, 3a and 3b). The high occurrence of a low-threshold calcium spike (LTS) was one of the most distinctive features of cluster 1 and 3. Since sleep-promoting neurons are generally identified by their ability to generate an LTS and by their inhibitory response to noradrenaline (NA), 189 neurons from our dataset were also tested for this neurotransmitter. Neurons from cluster 3 were the most frequently inhibited by NA. Biocytin labeling and Neurolucida reconstructions of 112 neurons furthermore revealed a small dendritic arbor of cluster 3b neurons compared, in particular, to cluster 2b neurons. Altogether, we performed an exhaustive characterization of VLPO neuronal subtypes that is a crucial step toward a better understanding of the neuronal network within the VLPO and thereby sleep physiology