Deteção de proteínas virais com nanossensores óticos

O desenvolvimento de tecnologias para a deteção de vírus é um tema de grande interesse em medicina de diagnóstico. Neste contexto, os biossensores têm-se revelado importantes ferramentas bioanalíticas, na medida em que permitem efetuar deteções moleculares de forma rápida, específica, reprodutível e com baixo custo associado. No âmbito desta dissertação, estabeleceram-se metodologias para a deteção fluorescente do fator de infetividade viral (Vif) do VIH através de um nanossensor ótico funcionalizado com anticorpos recombinantes anti-Vif, fragmentos variáveis de cadeia simples 4BL. Quantum dots carboxílicos conjugados a proteínas Vif são excitados a um comprimento de onda de 405 nm, transmitindo luz fluorescente a 605 nm a um fotodetetor de silício amorfo hidrogenado com um filtro de fluorescência integrado. Para implementar um sistema de deteção sensível e eficiente, estudaram-se estratégias de ativação de superfície em chips de vidro. A variabilidade das condições experimentais de um protocolo de silanização com (3-mercaptopropil)-trimetoxisilano (MPTS) foi avaliada através da análise de ângulos de contacto e densidades moleculares de fluoresceína funcionalizada com maleimida. Estabeleceu-se que, uma incubação dos substratos por 4 h com 5% (w/v) MPTS, seguida de cura a 110 ºC por 2 h, e redução com 10 mM ditiotreitol por 30 min, promove a formação de camadas de organosilanos de qualidade com grupos tiol reativos bem orientados. Estratégias de imobilização do elemento recetor foram testadas em substratos de vidro ativados e em sistemas de microfluídica vidro/PDMS, tomando por base o tag de afinidade, glutationa S-transferase (GST), do anticorpo recombinante. Vidros funcionalizados com glutationa e anti-GST mostraram-se igualmente reativos ao anticorpo GST-4BL, resultando uma capacidade de ligação do antigénio de aproximadamente 4.76 x 1010 moléculas/cm2 de QD-Vif, o que corresponde a 15% da cobertura máxima de superfície. Dos ensaios em sistemas de microfluídica resultaram sinais fracos e poucos reprodutíveis, destacando a necessidade de desenvolver metodologias de funcionalização mais apropriadas.

Desenho de modelos neuronais para a deteção de sismos

A performance dos detetores sísmicos atualmente utilizados pode e deve ser melhorada. Atualmente existem vários algoritmos para a deteção de sismos de forma automática, desde os sistemas simples baseados em STA/LTA, aos mais sofisticados baseados em reconhecimento de padrões. Este estudo pretende dar continuidade ao desenvolvimento de uma abordagem de deteção de eventos sísmicos ao nível da estação local, utilizando uma técnica bastante conhecida, chamada Máquina de Vetores de Suporte (SVM). SVM é amplamente utilizada em problemas de classificação, devido a sua boa capacidade de generalização. Nesta experiência, a técnica baseada em SVM é aplicada em diferentes modos de operações. Os resultados mostraram que a técnica proposta dá excelentes resultados em termos de sensibilidade e especificidade, além de exigir um tempo de deteção suficientemente pequeno para ser utilizado num sistema de aviso precoce (early-warning system). Começamos pela classificação de dados de forma Off-line, seguido da validação do classificador desenvolvido. Posteriormente, o processamento de dados é executado de forma contínua (On-line). Os algoritmos foram avaliados em conjuntos de dados reais, provenientes de estações sísmicas da Rede de Vigilância Sísmica de Portugal, e em aplicações reais da área de Sismologia (simulação de funcionamento em ambiente real). Apesar de apenas duas estações serem consideradas, verificou-se que utilizando a combinação de detetores, consegue-se uma percentagem de deteção idêntica para quando utilizado um único modelo (Abordagem OR) e o número de falsos alarmes para a combinação de modelos é quase inexistente (Abordagem AND). Os resultados obtidos abrem várias possibilidades de pesquisas futuras.

Deteção automática de eventos em sinais Doppler de fluxo sanguíneo

Os sinais de fluxo sanguíneo são sinais aleatórios que, além de variarem de individuo para individuo, variam também consoante o ciclo cardíaco em análise. Sendo o diagnóstico de patologias cardiovasculares fortemente baseado em sinais de ultrassom Doppler representados em forma de espectrograma, e tendo em consideração que o ruído do tipo speckle é parte integrante dos sinais ultrassónicos, torna-se vital a pesquisa de métodos de eliminação desse tipo de ruído e de caracterização precisa dos parâmetros desses sinais biomédicos por forma a melhorar a qualidade do diagnóstico clínico. Com esta tese pretende-se desenvolver uma ferramenta computacional que possibilite a extração automática dos parâmetros pico sistólico, fim de diástole e de outros eventos clinicamente relevantes de sinais Doppler de fluxo sanguíneo, com especial atenção ao sinal proveniente da artéria carótida. Esta investigação vem na continuidade de um projeto realizado anteriormente no Grupo de Processamento de Sinal Biomédico da Universidade do Algarve, no qual foi desenvolvido um sistema de redução de ruído de espectrogramas Doppler. Este sistema de remoção de ruído será aqui aplicado e melhorado. Para a deteção e extração automática de parâmetros clínicos, foi desenvolvido um algoritmo que recebe um sinal de Doppler e que tem como saída o espectrograma livre de ruído e os valores dos parâmetros clínicos calculados. O algoritmo desenvolvido está dividido em três partes principais. A primeira, consiste na transformada do sinal para os domínios tempo-frequência para a criação do espectrograma e na aplicação de uma metodologia de remoção do ruído do tipo speckle do espectrograma. A fase seguinte é a criação de um sinal bidimensional a partir do espectrograma, o qual é criado para possibilitar a sua caraterização. Por último, desenvolveu-se uma fase dedicada à caracterização do sinal, tendo como principais funções a deteção dos eventos clínicos de pico sistólico, fim de diástole, índice de pulsação, índice de resistência e ratio sístole-diástole. A refinação de atuação de cada uma das três partes mencionadas pode ser ajustada pelo utilizador, tendo para o efeito sido desenvolvido uma interface gráfica na qual a interação do utilizador com o programa global é facilitada. Versatilidade e eficácia do algoritmo desenvolvido foram demonstradas pelos resultados obtidos com três sinais de Doppler de diferentes origens: um de origem clínica, um sinal de fluxo em artéria carótida simulado experimentalmente recorrendo a phantoms, e um sinal de fluxo simulado computacionalmente. Para cada um destes sinais são apresentados os valores das variáveis considerados preferenciais para o ajuste ao respetivo sinal e os respetivos espetros de ruído reduzido. Os resultados da extração automática dos parâmetros clínicos dos três sinais, comprovou a utilidade clínica do algoritmo desenvolvido.

Analysis of underwater acoustic data via 3-D segmentation

The analysis of seabed structure is important in a wide variety of scientific and industrial applications. In this paper, underwater acoustic data produced by bottom-penetrating sonar (Topas) are analyzed using unsupervised volumetric segmentation, based on a three dimensional Gibbs-Markov model. The result is a concise and accurate description of the seabed, in which key structures are emphasized. This description is also very well suited to further operations, such as the enhancement and automatic recognition of important structures. Experimental results demonstrating the effectiveness of this approach are shown, using Topas data gathered in the North Sea off Horten, Norway.

An autonomous system for ocean acoustic tomography

Vertical line arrays (VLA) are a widely used apparatus in underwater acoustics with applications in sonar prediction, underwater communications and acoustic tomography, among others. Recent developments in digital electronics and communications allow for off-the-shelf development of VLA systems, with a large number of embedded acoustic and non-acoustic sensors able to fulfill application requirements, as opposed to single or few receiver configurations available until only a few years ago. Very often, the flexibility in water column sampling is achieved by splitting the VLA into modules that can be assembled according to the application. Such systems can be deployed and recovered from small vessels with a shorthanded crew, and make it possible for research labs with reduced budgets and operational means (ships and manpower) to gain control over the whole development process, from data acquisition to post-processing.

Sistema de informação para a representação e deteção de modelos de jogo no futebol

Dissertação de Mestrado, Engenharia Elétrica e Eletrónica, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2014

Contribuições para a deteção automática de fratiras ósseas em imagens de ultrassom

Dissertação de Mestrado, Engenharia Eletrónica e Telecomunicações, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2014

Avaliação de métodos de deteção de genótipos de cianobactérias produtoras de cianotoxinas em amostras ambientais

Dissertação de Mestrado, Biologia Molecular e Microbiana, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016

Modelling underwater acoustic noise as a tool for coastal management

Dissertação de Mestrado, Gestão da Água e da Costa, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2009

Influência do comportamento vocal no sucesso reprodutor do xarroco lusitano Halobatracus didactylus (Bloch & Schneider, 1801)

Dissertação de mest., Biologia Marinha (Ecologia e Conservação Marinha), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Paisagem pré-histórica submersa da baía de Armação de Pêra

Dissertação de mest., Geomática (Análises de Sistemas Ambientais), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012

Potential of fisheries restocking off the Algarve coast using aquaculture produced marine fish

Tese de dout., Ciências do Mar, da Terra e do Ambiente (Ecologia Marinha), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2012

Ecologia do Ocypode cursor e impacte da predação sobre os ninhos de Caretta caretta na ilha da Boavista, República de Cabo Verde

A predação de ovos pode ter impactes severos no sucesso reprodutivo das tartarugas marinhas, com implicações ecológicas e demográficas na abundância e na dinâmica populacional destas espécies. O conhecimento da estrutura da rede trófica e da relação dinâmica entre predador e presas, e as suas abundâncias relativas tem implicações importantes para o desenvolvimento de estratégias de gestão eficiente que vise a conservação da biodiversidade, principalmente quando estão envolvidas espécies alvo que estão ameaçadas de extinção. Cabo Verde é reconhecido por suportar uma importante população nidificante de tartaruga comum Caretta caretta. O caranguejo fantasma Ocypode cursor é o predador mais voraz das posturas e dos neonatos. Em contraste com praias continentais, as ilhas possuem redes tróficas muito simples, que podem explicar interações ecológicas extremas entre pares de espécies. Ao geralmente carecerem de predadores naturais da classe dos mamíferos, os caranguejos encontram-se em grande número. Os principais objetivos deste trabalho foram aprofundar o conhecimento da ecologia do O.cursor, avaliar os níveis de predação do O.cursor sobre os ninhos de C. caretta, explorar os principais meios empregues pelo O. cursor para detetar os ninhos e os neonatos, e comparar a eficiência de duas medidas de proteção como meio de mitigação do efeito predatório em três praias de nidificação na ilha da Boavista, República de Cabo Verde. As três praias são bastante próximas entre si, mas apresentam características físicas e níveis de utilização humana distintos. A dinâmica geomorfológica litoral, a inundação pela ação de marés e a predação são as principais ameaças naturais aos ovos e às crias recémnascidas. Apesar de existirem já vários estudos sobre esta espécie no Mediterrâneo, nomeadamente em Israel, na Turquia e no Chipre, o presente estudo constitui uma abordagem pioneira da ecologia do O. cursor na região atlântica. Aspetos da ecologia e do comportamento do O. cursor foram estudados entre os meses de junho e outubro de 2010. Constatou-se que a maior parte das tocas de dimensões reduzidas se encontrava junto à linha de maré alta, enquanto que os caranguejos de maiores dimensões ocorreriam nas zonas superiores da praia. O número de tocas variou ao longo do período de estudo, aumentando em agosto graças ao recrutamento de juvenis e diminuindo em Setembro, possivelmente devido à mortalidade dos indivíduos mais velhos da população ou ao aumento da predação de ninhos de C.caretta. O O. cursor demonstrou hábitos principalmente noturnos e exibiu diferentes estratégias de alimentação. Os resultados mostraram que o caranguejo fantasma foi o único predador relevante de ovos e que este por si só reduziu consideravelmente a sobrevivência dos ovos até aos neonatos. De fato, mais de 70% dos ninhos monitorizados em cada praia exibiu sinais de predação parcial ou completa, principalmente no final do período de incubação, no entanto em anos com marés vivas extremas os ninhos acabam por perder-se antes de atingirem o ponto crítico de predação. A deteção dos ninhos pelo O.cursor poderá estar relacionada com estímulos químicos presentes na areia, aumento da temperatura no final da incubação ou vibração produzida pelos neonatos prestes a eclodir. No entanto, pouco foi possível avançar no conhecimento específico deste tópico. A utilização da rede plástica com uma malha de 1 cm2 cobrindo o ninho até 60 cm de profundidade desde a superfície da areia, provou ser uma medida efetiva na prevenção do acesso dos caranguejos ao ninho. Este método preventivo foi recomendado de forma a aumentar o sucesso reprodutivo em praias com declive acentuado e baixa densidade de ninhos, uma vez que aparenta ser uma medida efetiva e ecológica. A presença de investigadores, voluntários e atividades turísticas moderadas nas praias de nidificação poderá também reduzir a predação, ao reduzir a densidade de caranguejos pelo pisoteio contínuo. Em geral, os nossos resultados indicaram que a trasladação de ninhos para viveiros foi a medida de conservação mais efetiva e adequada permitindo o aumento da produção de neonatos, embora a sua escolha e aplicação deva ser baseada em condições específicas relacionadas com a densidade de ninhos e ameaças a cada ninho.

Rastreamento de jogadores de futebol tendo em vista a análise de modelos de jogo

As atuais exigências do elevado nível de rendimento, num jogo de futebol, tornam imperativo o recurso a novas tecnologias de observação e análise. Nesta dissertação é apresentada uma aplicação, com o objetivo de recolher todas as informações necessárias do vídeo, para efetuar a análise do modelo de jogo de ambas as equipas, em que a análise não faz parte deste trabalho. Disponibilizando ao treinador toda a informação específica sobre o desempenho da equipa e do modelo de jogo usado. A aplicação foi desenvolvida levando em consideração as rotações e inclinações que poderiam afetar as câmaras aquando da aquisição das imagens (vídeos), e também que na maioria das situações apenas parte do campo estaria visível, assim como poderiam existir ampliações. A aplicação é constituída por cinco grandes passos: (a) Deteção da zona do recinto de jogo, baseada na segmentação pela cor, usando para tal uma restrição ao espaço de cor HSV, remoção de regiões insignificantes exteriores ao recinto de jogo e a correção da zona limite deste pelos seus contornos. A segmentação dos jogadores (b), tendo por base o sub-efeito do passo anterior, a existência de buracos no campo na posição dos jogadores, e seu refinamento pela aplicação de filtros morfológicos. A atribuição do jogador a um número e equipa (c), baseada no espaço delimitado pelo jogador, média da cor em HSV deste e restrições da equipa. O rastreamento do jogador (d), baseado em simples fatores de posicionamento e por fim (e) análise do jogo, baseada no rastreamento do jogador, da relação posicional deste com os restantes jogadores, e sectores da equipa, bem como a sua projeção para um campo “modelo”. Toda a informação do posicionamento dos jogadores no campo “modelo,” está formatada para ser enviado para o Sistema de Informação do projeto Footdata. Complementarmente foi também implementada uma biblioteca de manipulação de vídeo com o intuito de, no futuro, ser integrada com o seguimento dos jogadores e modelos de jogo, de forma a permitir à equipa técnica criar apresentações interativas.

Chemical communication in the Mozambique tilapia: a role for amino acids

The Mozambique tilapia (Oreochromis mossambicus) is a maternal mouthbrooding cichlid from the southern Africa. The olfactory sensitivity of the species to 20 amino acids was assessed using the electro-olfactogram (EOG). We estimated whether the olfactory potency of the polar fraction of male urine can be explained by the presence of identified amino acids. In addition, filtrate and amino acid mixture of the urine of Nile tilapia were used to estimate their olfactory potency for O.mossambicus. Finally, concentrations of the main amino acids were measured in the urine of males of different social status and the correlations between amino acid concentration and hierarchical status were explored. L-cysteine, L-glutamine and L-threonine were the most potent stimuli at M while L-proline and L-aspartate were the least potent. Four groups of amino acids were identified according to their thresholds of detection and three groups – according to the similarity of their ɣ-factors. The estimated threshold of detection for O.mossambicus mixture was higher than that for the filtrate. On the contrary, the threshold of detection for the mixture of Nile tilapia was lower than that for the filtrate The concentration of L-arginine in the urine was positively correlated with fish dominance index. Both L-arginine and L-glutamic acid concentrations had much greater variability in dominant males (DI˃0.5) than in subordinate males (DI˂0.5). The urinary concentrations of L-phenylalanine had similar variability in dominant and subordinate groups. The Mozambique tilapia has olfactory sensitivity to all twenty amino acids tested. The fish showed more acute sensitivity to conspecific urine filtrate than to the heterospecific. Olfactory potency of O.mossambicus filtrate can be largely but not fully explained by the presence of L-arginine, L-glutamic acid and L-phenylalanine. Larginine and L-glutamic acid may indicate the dominance status of the fish and, possibly, individual identity.