Efeitos da toxicidade por metais pesados em Rhizobium leguminosarum bv. trifolii: diversidade e resposta de população isoladas de uma mina de chumbo

Nas últimas décadas verificou-se um aumento da contaminação dos solos com metais pesados resultante de processos antropogénicos. As descargas de efluentes industriais, a actividade mineira e a aplicação de lamas residuais e de fertilizantes são as principais fontes de metais pesados. Em certas regiões, a acumulação destes elementos nos solos tem atingido níveis preocupantes para o equilíbrio dos ecossistemas. Vários estudos têm demonstrado que os metais influenciam os microrganismos afectando adversamente o seu crescimento, morfologia e actividades bioquímicas resultando num decréscimo da biomassa e diversidade. Entre os microrganismos do solo, as bactérias pertencentes ao género Rhizobium têm um elevado interesse científico, económico e ecológico devido à sua capacidade para fixar azoto. Deste modo, o trabalho desenvolvido ao longo desta tese incidiu sobre o efeito da toxicidade imposta pelos metais nas bactérias fixadoras de azoto, em particular em Rhizobium leguminosarum bv. trifolii e teve como principais objectivos: determinar o efeito dos metais pesados na sobrevivência e na capacidade de fixar azoto dos isolados de rizóbio; avaliar a influência dos metais na diversidade das populações de rizóbio isoladas de solos contaminados; determinar os níveis de tolerância do rizóbio a diferentes metais e analisar a resposta ao stresse oxidativo imposto pelo cádmio. A Mina do Braçal foi o local de estudo escolhido uma vez que os seus solos estão muito contaminados com metais em resultado da extracção de minério durante mais de 100 anos. Foram escolhidos 3 solos com diferentes graus de contaminação, o solo BC com concentrações reduzidas de metais, escolhido por estar numa zona já fora da mina e designado por solo controlo e os solos BD e BA considerados medianamente e muito contaminados, respectivamente. O Pb e o Cd foram os metais predominantes nestes solos, assim como o metalóide As, cujas concentrações ultrapassaram largamente os limites previstos na lei. Sendo as enzimas do solo boas indicadoras da qualidade do mesmo, foi determinada a actividade de algumas como a desidrogenase (DHA) e a catalase (CAT). Ambas as enzimas correlacionaramse negativamente com as concentrações de metais nos solos. A dimensão das populações indígenas de rizóbio nos solos contaminados (BD e BA) foi bastante baixa, 9,1 bactérias g-1 de solo e 7,3 bactérias g-1 de solo, respectivamente, quando em comparação com a população do solo BC (4,24x104 bactérias g-1 de solo). Estes resultados parecem estar relacionados com o elevado conteúdo em metais e com o pH ácido dos solos. A capacidade simbiótica também foi afectada pela presença de metais, uma vez que os isolados originários do solo BD mostraram menor capacidade em fixar azoto do que os isolados do solo controlo. A diversidade das populações de rizóbio foi determinada com recurso à análise dos perfis de plasmídeos, perfis de REP e ERIC-PCR de DNA genómico e perfis de proteínas e lipopolissacarídeos. No conjunto dos 35 isolados analisados foram identificados 11 plasmídeos com pesos moleculares entre 669 kb e 56 kb. Embora a incidência de plasmídeos tenha sido superior nos isolados do solo BC verificou-se maior diversidade plasmídica na população isolada do solo BD. Resultados similares foram obtidos com os perfis de REP e ERIC-PCR e perfis de proteínas, que indicaram maior diversidade nas populações dos solos contaminados (BD e BA), contrariamente ao verificado por outros autores. O grau de tolerância aos metais pesados e ao arsénio dos vários isolados testados dependeu do metal e do local de origem. No geral, os isolados do solo BD mostraram maior tolerância aos metais do que os isolados do solo controlo, o que está de acordo com o esperado uma vez que geralmente as populações dos locais contaminados são mais tolerantes. Contudo, os isolados do local mais contaminado (BA) foram muito tolerantes apenas ao chumbo mostrando-se sensíveis aos restantes metais. A inoculação dos solos BC, BD e BA após irradiação com estirpes seleccionadas de rizóbio permitiu avaliar a sua sobrevivência ao longo de 12 meses em condições mais realistas. Verificou-se que após um decréscimo inicial, os isolados inoculados no solo BC conseguiram recuperar a dimensão das suas populações para números similares aos inicialmente introduzidos, contrariamente ao verificado no solo BD onde o número de rizóbios decresceu ao longo dos 12 meses. As condições adversas do solo BA apenas permitiram a sobrevivência de 4 isolados até aos 3 meses e apenas dois deles conseguiram sobreviver após 12 meses, designadamente C 3-1 e A 17-3. Estes isolados possuem um plasmídeo de 669 kb que poderá estar na base da sobrevivência destas estirpes. Por outro lado, o último isolado é originário do solo contaminado e por isso estará também mais adaptado a sobreviver às elevadas concentrações de Pb existentes no solo BA. Por fim, constatou-se que o cádmio, um dos metais presente em concentrações mais elevadas nos solos em estudo, é um indutor de stresse oxidativo nos isolados de rizóbio menos tolerantes o que foi confirmado pelo aumento de ROS e danos celulares ao nível dos lípidos.

Contributo dos portfolios reflexivos no desenvolvimento profissional: um estudo de caso em contexto de formação complementar

Este estudo põe em evidência o valor formativo da reflexão pela escrita, estruturada em portfolios reflexivos, desenvolvidos durante a disciplina de Supervisão I, nas quatro turmas/cursos de formação complementar em Supervisão Pedagógica e Formação de Formadores, para o Exercício de Outras Funções, decorrida entre 1999-2004, na Escola Superior de Educação de Viseu, do Instituto Superior Politécnico de Viseu. Trata-se de uma investigação de índole qualitativa desenvolvida segundo a metodologia de estudo de caso, na vertente de estudo de casos múltiplos, dada a singularidade de que cada portfolio se reveste. A investigação foi perspectivada após a conclusão do referido curso com base na existência, ao tempo, de pouca investigação realizada no âmbito da utilização de portfolios na Formação Complementar de professores. As questões investigativas foram, por esse motivo, desenhadas a posteriori, o que podemos considerar uma limitação do estudo, ainda que os resultados obtidos confirmem as perspectivas desenvolvimentistas desta estratégia de formação, evidenciadas em investigações realizadas noutros contextos nacionais e internacionais. A adopção do portfolio reflexivo (Sá-Chaves, 2000) numa dupla dimensão – formativa e avaliativa – resultou de uma concepção de formação conducente ao desenvolvimento de professores reflexivos, capazes de exercer funções supervisivas alicerçadas na reflexão, no diálogo, na partilha e na intervenção. Pretendemos com a aplicação de portfolios reflexivos verificar até que ponto a construção de este tipo de narrativa autobiográfica podia contribuir para o desenvolvimento da profissionalidade docente de professores inseridos na carreira há já alguns/muitos anos, proporcionando-lhes a(s) ferramenta(s) reflexiva(s) necessária(s) a uma intervenção e/ou alteração de práticas mais adequadas às novas funções supervisivas que a legislação recente previa que viessem a exercer. Pudemos confirmar que a redacção do portfolio constituiu uma mais valia para os seus autores no que respeita ao seu desenvolvimento da sua profissionalidade, tendo-se verificado um crescimento evidente nas dimensões de conhecimento profissional, com especial incidência: no autoconhecimento; no conhecimento sobre estratégias reflexivas e supervisivas para o exercício de novas funções; no conhecimento de teorias práticas subjacentes às suas experiências supervisivas (passadas, presentes e futuras); no conhecimento sobre desenvolvimento curricular e sua flexibilização; no conhecimento sobre estratégias de avaliação alternativa e compreensiva; no conhecimento do Outro, no qual se incluem os alunos, os colegas de profissão e os restantes elementos da comunidade educativa; e no conhecimento sobre os contextos. Verificámos igualmente que a compreensão das competências supervisivas dos formandos também evoluiu. As reflexões vertidas neste estudo evidenciam que os formandos consciencializaram a necessidade de possuírem uma competência de intervenção fundamentada na reflexão, exercida sob uma perspectiva dialógica e humanista de supervisão e de adaptabilidade aos contextos profissionais. Acresce que alguns destes formandos manifestaram vontade e maior coragem para assumir essa intervenção, considerada imprescindível para que a escola evolua e se inove, como resposta à imprevisibilidade e à complexidade dos nossos tempos. Tornou-se igualmente evidente que os formandos desenvolveram as competências de integração da prática na teoria ou vice-versa e de autenticação das suas próprias teorias. Os professores são unânimes ao afirmar que a estratégia de portfolio contribuiu para o desenvolvimento da sua competência reflexiva e/ou de análise crítica, a qual, por sua vez, conduziu à auto-consciencialização da sua matriz identitária e à coragem para serem mais autênticos e interventivos/pró-activos. Terem sido capazes de ultrapassar as dificuldades e os receios colocados por uma estratégia que desconheciam, conferiu-lhes maior auto-estima e autonomia. Este aspecto está bem patente nas meta-análises realizadas por cada autor do portfolio, nas quais, aceitam a estratégia inicialmente combatida, reconhecendo-lhe valor formativo e a capacidade de revelação de conhecimento sobre si próprios. Pese embora o curto espaço de tempo em que a experiência de construção dos portfolios decorreu, tanto os formandos como nós consideramos que esta narrativa profissional autobiográfica é uma estratégia promotora de uma auto-supervisão contínua, que fornece e regista pistas de autodireccionamento profissional, sempre passíveis de avaliação e de redireccionamento. Com base nestas constatações consideramos que o portfolio reflexivo pode tornar-se no instrumento mais completo e diacrónico de auto-avaliação de professores, prevista no ECD, na medida em que permite retratar o desenvolvimento profissional e pessoal do seu autor e possibilita que este se reveja e redimensione a sua profissionalidade, sempre que acrescenta reflexões novas ou complementa anteriores, como resultado dos conselhos e/ou das discussões com o(s) Outro(s) e o próprio.

O papel das ferramentas didácticas nas práticas docentes de escrita: a análise do objecto ensinado numa sequência didáctica do texto de opinião no ensino básico

Acompanhando o crescente e recente interesse pela actividade do professor em sala de aula, esta investigação visa analisar, grosso modo, o papel assumido pelas ferramentas didácticas quer nas práticas docentes propriamente ditas quer no objecto efectivamente ensinado em sala de aula. Procuramos analisar, em síntese, de que forma a introdução de uma nova ferramenta de ensino – uma sequência didáctica – a mobilizar, in loco, pelo professor poderá gerar transformações não só nos próprios procedimentos de ensino do professor como também na própria forma como o objecto de ensino é (re)configurado no seio das interacções didácticas. Esta é, assim, a questãochave da nossa pesquisa, fundada em diferentes mas complementares correntes teóricas. De molde a procurar obter uma resposta a tal interrogação, desenhámos uma investigação em redor, concretamente, do ensino da escrita do texto de opinião, em turmas de sexto ano de escolaridade, que se desenrolou em duas grandes fases: i) numa primeira, cada professor ensina o objecto como lhe apraz; ii) numa segunda, cada professor procede, de novo, ao ensino desse objecto, mas, agora, com a nova ferramenta didáctica (a sequência didáctica) que a cada um é dada pela investigadora. A recolha dos dados efectuou-se mediante a gravação audiovisual das próprias aulas, realizando-se também entrevistas várias, com propósitos distintos, aos professores, antes e após cada uma das supracitadas fases. Os resultados demonstram a existência de uma série de transformações quer no plano das práticas dos professores quer no âmbito do objecto efectivamente ensinado. No entanto, foi também possível identificar aspectos vários em que a mudança não ocorreu ou, pelo menos, não foi significativa. Perante estes resultados, lançámo-nos ainda na formulação de determinadas perguntas, pistas para futuras investigações, cuja pertinência se nos afigura evidente, se se quiser reequacionar o papel das ferramentas didácticas no trabalho, em sala de aula, do professor.

Manuais e transversalidade da língua portuguesa na leitura: um estudo no ensino básico

Numa Sociedade do Conhecimento como a nossa, a leitura é de importância capital para o exercício efetivo da cidadania e a Escola é um dos espaços privilegiados para a formação de leitores competentes. Conhecido o deficiente domínio da compreensão leitora evidenciado pela população portuguesa em geral e pelos estudantes em particular, é necessário repensar as práticas pedagógico-didáticas associadas ao ensino e aprendizagem da compreensão na leitura e convertê-las em instrumentos de motivação para a leitura e de aquisição e desenvolvimento de competências neste domínio e não reduzi-la a uma mera aprendizagem escolar. Enquadrado pela evolução da epistemologia científica e pelo seu impacto no desenho atual da Didática de Línguas, este estudo visa contribuir para a implementação de um ensino/aprendizagem da língua portuguesa efetivamente direcionado para o desenvolvimento de competências transversais em compreensão na leitura. Para o fundamentar teoricamente e para melhor podermos analisar e problematizar os dados a recolher, procurámos compreender as características da sociedade atual e os desafios que lança à Escola, bem como as linhas de base da atual conceção de Educação e sua relação com os atuais contextos sociais. Refletimos também sobre o estatuto e papel da língua portuguesa no contexto do sistema de ensino português, a importância da compreensão na leitura numa abordagem transversal do ensino e da aprendizagem da língua portuguesa e o papel do manual escolar na motivação para a leitura e na aquisição e desenvolvimento de competências neste domínio. Através da análise de manuais de Língua Portuguesa para os três ciclos do Ensino Básico, procurámos determinar em que medida estes vão ao encontro das diretrizes que definem um ensino/aprendizagem da língua portuguesa orientado para o desenvolvimento de competências transversais em compreensão na leitura e definir princípios que possam contribuir para a sua transformação, tornando-os mais adequados à consecução desses objetivos. Os mesmos princípios poderão promover e fundamentar uma seleção mais criteriosa dos manuais a adotar. Do ponto de vista metodológico, estamos perante um estudo de natureza qualitativa. Recorremos à análise documental, como técnica de recolha de dados, e, para a levar a cabo, construímos uma grelha, tendo em conta os princípios definidos pela literatura da especialidade e as diretrizes propostas pela política educativa portuguesa para o desenvolvimento de competências transversais em compreensão na leitura. Para o tratamento dos dados, recorremos à análise de conteúdo. Os resultados obtidos demonstram que, de um modo geral, os projetos editoriais analisados promovem um paradigma de ensino da compreensão na leitura que condiciona a consciência, o sentido crítico e a criatividade dos sujeitos-leitores e que não dá resposta às expectativas sociais. Para que os manuais de Língua Portuguesa contribuam efetivamente para o desenvolvimento de competências transversais em compreensão na leitura, o seu ensino explícito não deve centrar-se só nos textos literários, nem na transmissão de interpretações consagradas destes, que os alunos têm de memorizar. Deverão antes apostar mais em estratégias didáticas concretizadas através de atividades que envolvam os alunos em situações de leitura mais próximas da vida quotidiana, em que estes possam desempenhar um papel mais ativo, assumir maior responsabilidade no seu próprio processo de aprendizagem e interagir com diversos tipos de textos, para assim adquirirem estratégias de leitura adequadas e saberem mobilizá-las e utilizálas de acordo com as circunstâncias concretas em questão.

Dinâmicas de MOODLiz@ção num agrupamento de escolas de Matosinhos: o caso do agrupamento vertical de escolas de Leça da Palmeira/Santa Cruz do Bispo

O advento da Internet e da Web, na década de 1990, a par da introdução e desenvolvimento das novas TIC e, por consequência, a emergência da Sociedade da Informação e do Conhecimento, implicaram uma profunda alteração na forma de análise dos processos de ensino-aprendizagem, já não apenas segundo um prisma cognitivista, mas, agora, também social, isto é, segundo a(s) perspetiva(s) construtivista(s). Simultaneamente, torna-se imperativo que, para que possam transformar-se em futuros trabalhadores de sucesso, isto é, trabalhadores de conhecimento (Gates, 1999), os sujeitos aprendentes passem a ser efetivamente educados/preparados para a Sociedade da Informação e do Conhecimento e, tanto quanto possível, através da educação/formação ao longo da vida (Moore e Thompson, 1997; Chute, Thompson e Hancock, 1999). Todavia, de acordo com Jorge Reis Lima e Zélia Capitão, não se deve considerar esta mudança de paradigma como uma revolução mas, antes, uma evolução, ou, mais concretamente ainda, uma “conciliação de perspectivas cognitivas e sociais” (Reis Lima e Capitão, 2003:53). Assim, às instituições de ensino/formação cumprirá a tarefa de preparar os alunos para as novas competências da era digital, promovendo “a aprendizagem dos pilares do conhecimento que sustentarão a sua aprendizagem ao longo da vida” (Reis Lima e Capitão, Ibidem:54), isto é, “aprender a conhecer”, “aprender a fazer”, “aprender a viver em comum”, e “aprender a ser” (Equipa de Missão para a Sociedade da Informação, 1997:39; negritos e sublinhados no original). Para outros, a Internet, ao afirmar-se como uma tecnologia ubíqua, cada vez mais acessível, e de elevado potencial, “vem revolucionando a gestão da informação, o funcionamento do mercado de capitais, as cadeias e redes de valor, o comércio mundial, a relação entre governos e cidadãos, os modos de trabalhar e de comunicar, o entretenimento, o contacto intercultural, os estilos de vida, as noções de tempo e de distância. A grande interrogação actual reside em saber se a Internet poderá também provocar alterações fundamentais nos modos de aprender e de ensinar” (Carneiro, 2002:17-18; destaques no original). Trata-se, portanto, como argumenta Armando Rocha Trindade (2004:10), de reconhecer que “Os requisitos obrigatórios para a eficácia da aprendizagem a ser assim assegurada são: a prévia disponibilidade de materiais educativos ou de formação de alta qualidade pedagógica e didáctica, tanto quanto possível auto-suficientes em termos de conteúdos teóricos e aplicados, bem como a previsão de mecanismos capazes de assegurar, permanentemente, um mínimo de interactividade entre docentes e aprendentes, sempre que quaisquer dificuldades destes possam manifestarse”. Esta questão é também equacionada pelo Eng.º Arnaldo Santos, da PT Inovação, quando considera que, à semelhança da “maioria dos países, a formação a distância em ambientes Internet e Intranet, vulgo e-Learning, apresenta-se como uma alternativa pedagógica em franca expansão. Portugal está a despertar para esta nova realidade. São várias as instituições nacionais do sector público e privado que utilizam o e-Learning como ferramenta ou meio para formar as suas pessoas” (Santos, 2002:26). Fernando Ramos acrescenta também que os sistemas de educação/formação que contemplam componentes não presenciais, “isto é que potenciam a flexibilidade espacial, têm vindo a recorrer às mais variadas tecnologias de comunicação para permitir a interacção entre os intervenientes, nomeadamente entre os professores e os estudantes. Um pouco por todo o mundo, e também em Portugal, se têm implantado sistemas (habitualmente designados como sistemas de ensino a distância), recorrendo às mais diversas tecnologias de telecomunicações, de que os sistemas de educação através de televisão ou os sistemas de tutoria por rádio ou telefone são exemplos bem conhecidos” (Ramos, 2002b:138-139). Ora, o nosso estudo entronca precisamente na análise de um sistema ou plataforma tecnológica de gestão de aprendizagens (Learning Management System - LMS), o MOODLE, procurando-se, deste modo, dar resposta ao reconhecimento de que “urge investigar sobre a utilização real e pedagógica da plataforma” (Carvalho, 2007:27). Por outro lado, não descurando o rol de interrogações de outros investigadores em torno da utilização do MOODLE, nem enveredando pelas visões mais céticas que inclusive pressagiam a sua “morte” (Fernandes, 2008b:134), também nós nos questionamos se esta ferramenta nem sequer vai conseguir transpor “a fase de final de entusiasmo, e tornar-se uma ferramenta de minorias e de usos ocasionais?” (Fernandes, Op. cit.:133).

Sinalização celular e a resposta a estrogénios do epitélio mamário

Estrogens, such as 17β-estradiol (E2) are essential for normal growth and differentiation of the mammary gland. There are two estrogen receptors (ERs), ERα and ERβ which are ligand activated transcription factors. ERα stimulates proliferation and is the single most powerful predictor of breast cancer prognosis and since 70% of breast cancers express ERα, strategies to block this receptor are the primary breast cancer treatment. Unlike ERα, the role of ERβ in breast cancer and its potential as alternative therapeutic target remains controversial, mainly due to the lack of correlation between results obtained in vitro and epidemiological studies. The aim of this thesis was to increase our understanding of the molecular and cellular mechanisms of estrogen signaling in normal and cancerous cells, in different cellular contexts and with focus on ERβ. In Paper I we characterized the effect of the flavone PD098059 - which is a commonly used MEK1 inhibitor - on activation of transcription by ERα and ERβ. We found that the estrogenic effect of PD098059 is dose dependent in concentrations ranging from 1 – 10 μM and that activation of transcription by ER is suppressed by the inhibitory effect of PD98059 on MEK1 at concentrations above 50 μM. In agreement with its flavone nature, PD098059 had a much stronger effect on ERβ than on ERα transcriptional activity. Therefore, use of this compound for the study of signalling events in cells expressing ER should be carefully considered. In Paper II we assessed the effect of ERβ agonists in vivo and administered under different conditions in vitro. In basal conditions, ERβ induced apoptosis; however, in vivo ERβ agonists stimulated proliferation and inhibited apoptosis. In vivo effects were reproduced in culture, by activation of MAPK/ERK½ pathway with epidermal growth factor or basement membrane extract. In addition, insulin signalling and PI3-K/AKT activation was necessary for stimulation of proliferation. These results suggest that the cellular context modulates ERβ activity. Manuscript presents preliminary work aimed at the set-up of a methodological strategy to isolate ERs and to identify interacting proteins in different cellular contexts and which could modulate the bi-phased effects of ERβ in cell growth. In conclusion, the studies presented in this thesis contribute to clarify the apparent contradictory information regarding ERβ function in normal and cancerous mammary epithelium and suggest that the cellular context should be considered when ERβ effects are studied.

Challenges in mercury speciation and fractionation in soil and sediment

This investigation focused on the development, test and validation of methodologies for mercury fractionation and speciation in soil and sediment. After an exhaustive review of the literature, several methods were chosen and tested in well characterised soil and sediment samples. Sequential extraction procedures that divide mercury fractions according to their mobility and potential availability in the environment were investigated. The efficiency of different solvents for fractionation of mercury was evaluated, as well as the adequacy of different analytical instruments for quantification of mercury in the extracts. Kinetic experiments to establish the equilibrium time for mercury release from soil or sediment were also performed. It was found that in the studied areas, only a very small percentage of mercury is present as mobile species and that mobility is associated to higher aluminium and manganese contents, and that high contents of organic matter and sulfur result in mercury tightly bound to the matrix. Sandy soils tend to release mercury faster that clayey soils, and therefore, texture of soil or sediment has a strong influence on the mobility of mercury. It was also understood that analytical techniques for quantification of mercury need to be further developed, with lower quantification limits, particularly for mercury quantification of less concentrated fractions: water-soluble e exchangeable. Although the results provided a better understanding of the distribution of mercury in the sample, the complexity of the procedure limits its applicability and robustness. A proficiency-testing scheme targeting total mercury determination in soil, sediment, fish and human hair was organised in order to evaluate the consistency of results obtained by different laboratories, applying their routine methods to the same test samples. Additionally, single extractions by 1 mol L-1 ammonium acetate solution, 0.1 mol L-1 HCl and 0.1 mol L-1 CaCl2, as well as extraction of the organometallic fraction were proposed for soil; the last was also suggested for sediment and fish. This study was important to update the knowledge on analytical techniques that are being used for mercury quantification, the associated problems and sources of error, and to improve and standardize mercury extraction techniques, as well as to implement effective strategies for quality control in mercury determination. A different, “non chemical-like” method for mercury species identification was developed, optimised and validated, based on the thermo-desorption of the different mercury species. Compared to conventional extraction procedures, this method has advantages: it requires little to no sample treatment; a complete identification of species present is obtained in less than two hours; mercury losses are almost neglectable; can be considered “clean”, as no residues are produced; the worldwide comparison of results obtained is easier and reliable, an important step towards the validation of the method. Therefore, the main deliverables of this PhD thesis are an improved knowledge on analytical procedures for identification and quantification of mercury species in soils and sediments, as well as a better understanding of the factors controlling the behaviour of mercury in these matrices.

Dependable wireless real-time communications for open environments

Wireless communication technologies have become widely adopted, appearing in heterogeneous applications ranging from tracking victims, responders and equipments in disaster scenarios to machine health monitoring in networked manufacturing systems. Very often, applications demand a strictly bounded timing response, which, in distributed systems, is generally highly dependent on the performance of the underlying communication technology. These systems are said to have real-time timeliness requirements since data communication must be conducted within predefined temporal bounds, whose unfulfillment may compromise the correct behavior of the system and cause economic losses or endanger human lives. The potential adoption of wireless technologies for an increasingly broad range of application scenarios has made the operational requirements more complex and heterogeneous than before for wired technologies. On par with this trend, there is an increasing demand for the provision of cost-effective distributed systems with improved deployment, maintenance and adaptation features. These systems tend to require operational flexibility, which can only be ensured if the underlying communication technology provides both time and event triggered data transmission services while supporting on-line, on-the-fly parameter modification. Generally, wireless enabled applications have deployment requirements that can only be addressed through the use of batteries and/or energy harvesting mechanisms for power supply. These applications usually have stringent autonomy requirements and demand a small form factor, which hinders the use of large batteries. As the communication support may represent a significant part of the energy requirements of a station, the use of power-hungry technologies is not adequate. Hence, in such applications, low-range technologies have been widely adopted. In fact, although low range technologies provide smaller data rates, they spend just a fraction of the energy of their higher-power counterparts. The timeliness requirements of data communications, in general, can be met by ensuring the availability of the medium for any station initiating a transmission. In controlled (close) environments this can be guaranteed, as there is a strict regulation of which stations are installed in the area and for which purpose. Nevertheless, in open environments, this is hard to control because no a priori abstract knowledge is available of which stations and technologies may contend for the medium at any given instant. Hence, the support of wireless real-time communications in unmanaged scenarios is a highly challenging task. Wireless low-power technologies have been the focus of a large research effort, for example, in the Wireless Sensor Network domain. Although bringing extended autonomy to battery powered stations, such technologies are known to be negatively influenced by similar technologies contending for the medium and, especially, by technologies using higher power transmissions over the same frequency bands. A frequency band that is becoming increasingly crowded with competing technologies is the 2.4 GHz Industrial, Scientific and Medical band, encompassing, for example, Bluetooth and ZigBee, two lowpower communication standards which are the base of several real-time protocols. Although these technologies employ mechanisms to improve their coexistence, they are still vulnerable to transmissions from uncoordinated stations with similar technologies or to higher power technologies such as Wi- Fi, which hinders the support of wireless dependable real-time communications in open environments. The Wireless Flexible Time-Triggered Protocol (WFTT) is a master/multi-slave protocol that builds on the flexibility and timeliness provided by the FTT paradigm and on the deterministic medium capture and maintenance provided by the bandjacking technique. This dissertation presents the WFTT protocol and argues that it allows supporting wireless real-time communication services with high dependability requirements in open environments where multiple contention-based technologies may dispute the medium access. Besides, it claims that it is feasible to provide flexible and timely wireless communications at the same time in open environments. The WFTT protocol was inspired on the FTT paradigm, from which higher layer services such as, for example, admission control has been ported. After realizing that bandjacking was an effective technique to ensure the medium access and maintenance in open environments crowded with contention-based communication technologies, it was recognized that the mechanism could be used to devise a wireless medium access protocol that could bring the features offered by the FTT paradigm to the wireless domain. The performance of the WFTT protocol is reported in this dissertation with a description of the implemented devices, the test-bed and a discussion of the obtained results.

Diamond microelectrodes for corrosion studies

Este trabalho teve como objetivos a produção, caracterização e aplicação de microelétrodos (MEs) de diamante como sensores amperométricos e potenciométricos em sistemas de corrosão nos quais a agressividade do meio e a presença de produtos de corrosão, constituem obstáculos que podem diminuir o desempenho, ou inviabilizar a utilização, de outros tipos de sensores. Os microeléctrodos são baseados em filmes finos de diamante dopado com boro (BDD – Boron Doped Diamond) depositados sobre fios de tungsténio afiados, através do método de deposição química a partir da fase vapor, assistida por filamento quente (HFCVD – Hot Filament Chemical Vapor Deposition). A otimização das diversas etapas de fabricação dos MEs deu origem ao desenvolvimento de um novo sistema de afiamento eletroquímico para obtenção destes fios e a várias opções para a obtenção dos filmes de diamante condutor e seu isolamento com resinas para exposição apenas da ponta cilíndrica. A qualidade cristalina dos filmes de diamante foi avaliada por espectroscopia de Raman. Esta informação foi complementada com uma caracterização microestrutural dos filmes de diamante por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), em que se fez a identificação da tipologia dos cristais como pertencendo às gamas de diamante nanocristalino ou microcristalino. Os filmes de BDD foram utilizados na sua forma não modificada, com terminações em hidrogénio e também com modificação da superfície através de tratamentos de plasma RF de CF4 e O2 indutores de terminações C-F no primeiro caso e de grupos C=O, C-O-C e C-OH no segundo, tal como determinado por XPS. A caracterização eletroquímica dos MEs não modificados revelou uma resposta voltamétrica com elevada razão sinal/ruído e baixa corrente capacitiva, numa gama de polarização quasi-ideal com extensão de 3 V a 4 V, dependente dos parâmetros de crescimento e pós-tratamentos de superfície. Estudou-se a reversibilidade de algumas reações heterogéneas com os pares redox Fe(CN)6 3-/4- e FcOH0/+ e verificou-se que a constante cinética, k0, é mais elevada em elétrodos com terminações em hidrogénio, nos quais não se procedeu a qualquer modificação da superfície. Estes MEs não modificados foram também testados na deteção de Zn2+ onde se observou, por voltametria cíclica, que a detecção da redução deste ião é linear numa escala log-log na gama de 10-5-10-2 M em 5 mM NaCl. Realizaram-se também estudos em sistemas de corrosão modelares, em que os microeléctrodos foram usados como sensores amperométricos para mapear a distribuição de oxigénio e Zn2+ sobre um par galvânico Zn-Fe, com recurso a um sistema SVET (Scanning Vibrating Electrode Technique). Foi possível detetar, com resolução lateral de 100 μm, um decréscimo da concentração de O2 junto a ambos os metais e produção de catiões de zinco no ânodo. Contudo verificou-se uma significativa deposição de zinco metálico na superfície dos ME utilizados. Os MEs com superfície modificada por plasma de CF4 foram testados como sensores de oxigénio dissolvido. A calibração dos microeléctrodos foi efetuada simultaneamente por voltametria cíclica e medição óptica através de um sensor de oxigénio comercial. Determinou-se uma sensibilidade de ~0.1422 nA/μM, com um limite de deteção de 0.63 μM. Os MEs modificados com CF4 foram também testados como sensores amperométricos com os quais se observou sensibilidade ao oxigénio dissolvido em solução, tendo sido igualmente utilizados durante a corrosão galvânica de pares Zn-Fe. Em alguns casos foi conseguida sensibilidade ao ião Zn2+ sem que o efeito da contaminação superficial com zinco metálico se fizesse sentir. Os microeléctrodos tratados em plasma de CF4 permitem uma boa deteção da distribuição de oxigénio, exibindo uma resposta mais rápida que os não tratados além de maior estabilidade de medição e durabilidade. Nos MEs em que a superfície foi modificada com plasma de O2 foi possível detetar, por cronopotenciometria a corrente nula, uma sensibilidade ao pH de ~51 mV/pH numa gama de pH 2 a pH 12. Este comportamento foi associado à contribuição determinante de grupos C-O e C=O, observados por XPS com uma razão O/C de 0,16. Estes MEs foram igualmente testados durante a corrosão galvânica do par Zn-Fe onde foi possível mapear a distribuição de pH associada ao desenvolvimento de regiões alcalinas causadas pela redução do oxigénio, acima da região catódica, e de regiões ácidas decorrentes da dissolução anódica do ânodo de zinco. Com o par galvânico imerso em 50 mM NaCl registou-se uma variação de pH aproximadamente entre 4,8 acima do ânodo de zinco a 9,3 sobre o cátodo de ferro. A utilização pioneira destes MEs como sensores de pH é uma alternativa promissora aos elétrodos baseados em membranas seletivas.