Hybrid materials for biomedical applications

The increased longevity of humans and the demand for a better quality of life have led to a continuous search for new implant materials. Scientific development coupled with a growing multidisciplinarity between materials science and life sciences has given rise to new approaches such as regenerative medicine and tissue engineering. The search for a material with mechanical properties close to those of human bone produced a new family of hybrid materials that take advantage of the synergy between inorganic silica (SiO4) domains, based on sol-gel bioactive glass compositions, and organic polydimethylsiloxane, PDMS ((CH3)2.SiO2)n, domains. Several studies have shown that hybrid materials based on the system PDMS-SiO2 constitute a promising group of biomaterials with several potential applications from bone tissue regeneration to brain tissue recovery, passing by bioactive coatings and drug delivery systems. The objective of the present work was to prepare hybrid materials for biomedical applications based on the PDMS-SiO2 system and to achieve a better understanding of the relationship among the sol-gel processing conditions, the chemical structures, the microstructure and the macroscopic properties. For that, different characterization techniques were used: Fourier transform infrared spectrometry, liquid and solid state nuclear magnetic resonance techniques, X-ray diffraction, small-angle X-ray scattering, smallangle neutron scattering, surface area analysis by Brunauer–Emmett–Teller method, scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. Surface roughness and wettability were analyzed by 3D optical profilometry and by contact angle measurements respectively. Bioactivity was evaluated in vitro by immersion of the materials in Kokubos’s simulated body fluid and posterior surface analysis by different techniques as well as supernatant liquid analysis by inductively coupled plasma spectroscopy. Biocompatibility was assessed using MG63 osteoblastic cells. PDMS-SiO2-CaO materials were first prepared using nitrate as a calcium source. To avoid the presence of nitrate residues in the final product due to its potential toxicity, a heat-treatment step (above 400 °C) is required. In order to enhance the thermal stability of the materials subjected to high temperatures titanium was added to the hybrid system, and a material containing calcium, with no traces of nitrate and the preservation of a significant amount of methyl groups was successfully obtained. The difficulty in eliminating all nitrates from bulk PDMS-SiO2-CaO samples obtained by sol-gel synthesis and subsequent heat-treatment created a new goal which was the search for alternative sources of calcium. New calcium sources were evaluated in order to substitute the nitrate and calcium acetate was chosen due to its good solubility in water. Preparation solgel protocols were tested and homogeneous monolithic samples were obtained. Besides their ability to improve the bioactivity, titanium and zirconium influence the structural and microstructural features of the SiO2-TiO2 and SiO2-ZrO2 binary systems, and also of the PDMS-TiO2 and PDMS-ZrO2 systems. Detailed studies with different sol-gel conditions allowed the understanding of the roles of titanium and zirconium as additives in the PDMS-SiO2 system. It was concluded that titanium and zirconium influence the kinetics of the sol-gel process due to their different alkoxide reactivity leading to hybrid xerogels with dissimilar characteristics and morphologies. Titanium isopropoxide, less reactive than zirconium propoxide, was chosen as source of titanium, used as an additive to the system PDMS-SiO2-CaO. Two different sol-gel preparation routes were followed, using the same base composition and calcium acetate as calcium source. Different microstructures with high hydrophobicit were obtained and both proved to be biocompatible after tested with MG63 osteoblastic cells. Finally, the role of strontium (typically known in bioglasses to promote bone formation and reduce bone resorption) was studied in the PDMS-SiO2-CaOTiO2 hybrid system. A biocompatible material, tested with MG63 osteoblastic cells, was obtained with the ability to release strontium within the values reported as suitable for bone tissue regeneration.

Biocatálise aplicada à valorização de óleos alimentares usados

O crescente consumo de energia, bem como a possibilidade de esgotamento dos recursos não renováveis, tem fomentado a busca de fontes de energia alternativas. O biodiesel é um biocombustível obtido a partir de fontes renováveis e a sua utilização permite reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Nos últimos anos tem-se produzido biodiesel a partir de óleos alimentares usados (OAU), sendo que com esta aplicação valoriza-se um resíduo e simultaneamente produz-se um combustível “verde”. O biodiesel é produzido através das reações de transesterificação e/ou esterificação entre triglicerídeos e/ou ácidos gordos livres e um álcool, na presença de um catalisador. O rendimento do processo está estritamente relacionado com o tipo de catalisador e as condições que este opera. O principal objetivo do presente trabalho consistiu na avaliação do efeito de alguns parâmetros operacionais no desempenho de uma lípase imobilizada (Novozyme® 435), nomeadamente: (i) índice de acidez do óleo, (ii) razão mássica de enzima/óleo e (iii) método regeneração da enzima com vista à sua reutilização. Também foi objeto de estudo do presente trabalho a produção em contínuo, num (bior)reator tubular de leito fixo, de ésteres metílicos de ácidos gordos (FAME) usando a referida enzima. Registou-se um aumento rendimento em com o incremento do índice de acidez do óleo usado, o que indicia que a enzima catalisa simultaneamente as reações de esterificação e transesterificação. Relativamente à razão mássica de enzima/óleo, dentro da gama testada verificou-se um aumento do rendimento em FAME com a concentração da enzima em meio reacional. Dos vários solventes testados, a aplicação de solvente tert-butanol na regeneração (com incubação) da enzima foi o que melhores resultados teve. Finalmente, os resultados obtidos no ensaio de produção de FAME num biorreator contínuo são motivadores, criando expectativas de uma possível aplicação industrial no futuro.

A internacionalização de empresas pela AIDA para os PALOP e/ou Brasil-Ceará

O presente trabalho tem como propósito responder a questão "qual o interesse estratégico de empresas do distrito de Aveiro se internacionalizarem para os Países Africanos de Língua Oficial Portuguesa (PALOP) e/ ou Brasil - Ceará?". O objeto de estudo surgiu após a integração num estágio curricular na AIDA - Associação Industrial do Distrito de Aveiro - e levou à revisão da literatura dos temas estratégia e internacionalização, assim como ao trabalho de campo (6 entrevistas a colaboradoras da AIDA), proporcionando as componentes conceptual e empírica. Verificou-se que o setor de atividade é fundamental para o sucesso das empresas nas missões. Designadamente, bastantes empresas ligadas ao setor metalomecânico, que tendem a recorrer a estes mercados dos PALOP e/ ou Brasil - Ceará, alcançaram, em muitos casos, o sucesso - isto é, a concretização de negócios com novos clientes e / ou o investimento direto nesses países. O contributo do presente trabalho reside também na perspetiva, resultante de um inquérito desenvolido no âmbito do estágio no Gabinete de Relações Exteriores da AIDA, de que ainda que se verifique uma janela de oportunidade para algumas das empresas nos referidos mercados (PALOP e Brasil - Ceará), entende-se que, para o sucesso efetivo destas empresas, outras formas de empreender poderiam ser colocadas em prática, nomeadamente alianças estratégicas entre pequenas e médias empresas (PME) de setores semelhantes, a nível local (Portugal), para competirem a nível internacional com os respetivos líderes de mercado. Desta forma, sugere-se lutar pela competitividade não só nos PALOP mas também nos mercados desenvolvidos, tais como Alemanha, Estados Unidos da América e/ ou países escandinavos - pois somente com clientes exigentes e com a pressão de concorrentes fortes poder-se-ão criar indústrias desenvolvidas e capazes de competir ao mais elevado nível e pelos melhores clientes, com poder de compra e fontes de inovação (Porter, 1990). Estas lições parecem, por ezes, esquecidas, mas segundo Gibbs (2007) um dos propósitos da investigação é também o de lembrar o que foi esquecido e/ ou ignorado. As entrevistas realizadas ofereceram contributo na medida em que proporcionam a compreensão dos motivos para as empresas portuguesas escolherem estes mercados, das razões para o sucesso ou insucesso nos PALOP e/ ou Brasil - Ceará, do investimento e esforço por parte das entidades não-governamentais portuguesas em internacionalizar empresas do setor da metalomecânica, das forças e fraquezas das missões empresariais, de que aspetos fazem da AIDA um agente de mudança e das áreas em que poderia haver maior diligência por parte da AIDA.São também sugeridas recomendações a associação, entre outras, a inclusão das questões culturais de cada país nos estudos de mercado não só sobre PALOP e Brasil - Ceará, mas também nos estudos de mercado do distrito de Aveiro, assim como de Portugal, para fazer divulgação a potenciais importadores; melhoria de processos, implementando-se um software de gestão/ partilha de conhecimento das várias oportunidades de negócio, rentabilizando o processo de estabelecimento de interesse em realizar negócio, no âmbito do EEN (Entelprise Eumpe Netwrk); intervenção na plataforma do IAPMEI por informáticos habilitados; e armazenamento de dados em cloud storage - um serviço do género da Dropbox, de modo a rentabilizar o tempo dispendido, assim como a tornar as pastas acedidas via intranet mais pequenas.

Balanço energético da operação de uma caldeira a biomassa

A pressão causada sobre os recursos energéticos é impulsionada pela evolução demográfica e pelo crescimento económico, que se vem registando principalmente nos países em desenvolvimento. Segundo várias estatísticas, a procura pela energia incide principalmente sobre os combustíveis fósseis, os quais, representam cerca de do mix de consumo mundial de energia primária. A incerteza sobre as reservas das fontes energéticas não renováveis, e os problemas ambientais derivados da sua conversão noutros tipos de energia, levaram a uma implementação de medidas com rumo à sustentabilidade e eficiência energética. Desta forma, o aumento da utilização sobre as fontes energéticas renováveis é de extrema importância. A biomassa é uma das fontes energéticas de maior relevo. A utilização de biomassa em caldeiras, oferece benefícios económicos, sociais e ambientais, tais como poupança financeira no combustível, conservação dos recursos fósseis e redução de emissões poluentes. As caldeiras desenvolvidas por empresas como a Ventil, são uma solução para a produção de energia térmica pela combustão da biomassa. Estes sistemas caracterizam-se por serem energeticamente eficientes nas várias componentes da sua operação. Assim, pretende-se fazer uma caracterização dos consumos energéticos associados à operação de uma caldeira Ventil de, nomeadamente o consumo de energia elétrica de equipamentos associados. Também será considerado um balanço energético da caldeira e determinado o seu rendimento. Desta forma, concluiu-se que a potência do sistema é de MJ/s, apresentando um rendimento de. Foram detetados motores mal dimensionados e apresentadas alternativas de substituição. Com um investimento de seria possível reduzir a fatura energética em, obtendo um payback de anos. No entanto, a fatura energética do sistema ultrapassa os anuais, sendo que do investimento é na compra do combustível e os restantes são relativos ao consumo de energia elétrica.