Towards a reliable technology for antioxidant capacity and oxidative damage evaluation: Electrochemical (bio)sensors

To counteract and prevent the deleterious effect of free radicals the living organisms have developed complex endogenous and exogenous antioxidant systems. Several analytical methodologies have been proposed in order to quantify antioxidants in food, beverages and biological fluids. This paper revises the electroanalytical approaches developed for the assessment of the total or individual antioxidant capacity. Four electrochemical sensing approaches have been identified, based on the direct electrochemical detection of antioxidant at bare or chemically modified electrodes, and using enzymatic and DNA-based biosensors.

FIA potentiometric system based on periodate polymeric membrane sensors for the assessment of ascorbic acid in commercial drinks

Ascorbic acid is found in many food samples. Its clinical and technological importance demands an easyto- use, rapid, robust and inexpensive method of analysis. For this purpose, this work proposes a new flow procedure based on the oxidation of ascorbic acid by periodate. A new potentiometric periodate sensor was constructed to monitor this reaction. The selective membranes were of PVC with porphyrin-based sensing systems and a lipophilic cation as additive. The sensor displayed a near-Nernstian response for periodate over 1.0x10-2–6.0x10-6 M, with an anionic slope of 73.9 ± 0.9 mV decade-1. It was pH independent in acidic media and presented good selectivity features towards several inorganic anions. The flow set-up operated in double-channel, carrying a 5.0x10-4 M IO- 4 solution and a suitable buffer; these were mixed in a 50-cm reaction coil. The overall flow rate was 7 ml min-1 and the injection volume 70 µl. Under these conditions, a linear behaviour against concentration was observed for 17.7–194.0 µg ml-1, presenting slopes of 0.169 mV (mg/l)-1, a reproducibility of ±1.1 mV (n = 5), and a sampling rate of ~96 samples h-1. The proposed method was applied to the analysis of beverages and pharmaceuticals.

Angolan cymbopogon citratus used for therapeutic benefits: nutritional composition and influence of solvents in phytochemicals content and antioxidant activity of leaf extracts

Folk medicine is a relevant and effective part of indigenous healthcare systems which are, in practice, totally dependent on traditional healers. An outstanding coincidence between indigenous medicinal plant uses and scientifically proved pharmacological properties of several phytochemicals has been observed along the years. This work focused on the leaves of a medicinal plant traditionally used for therapeutic benefits (Angolan Cymbopogon citratus), in order to evaluate their nutritional value. The bioactive phytochemical composition and antioxidant activity of leaf extracts prepared with different solvents (water, methanol and ethanol) were also evaluated. The plant leaves contained ~60% of carbohydrates, protein (~20%), fat (~5%), ash (~4%) and moisture (~9%). The phytochemicals screening revealed the presence of tannins, flavonoids, and terpenoids in all extracts. Methanolic extracts also contained alkaloids and steroids. Several methods were used to evaluate total antioxidant capacity of the different extracts (DPPH; NO; and H2O2 scavenging assays, reducing power, and FRAP). Ethanolic extracts presented a significantly higher antioxidant activity (p < 0.05) except for FRAP, in which the best results were achieved by the aqueous extracts. Methanolic extracts showed the lowest radical scavenging activities for both DPPH; and NO; radicals.

Competitive dynamics for behavior coordination in a joint transportation task

We address the problem of coordinating two non-holonomic mobile robots that move in formation while transporting a long payload. A competitive dynamics is introduced that gradually controls the activation and deactivation of individual behaviors. This process introduces (asymmetrical) hysteresis during behavioral switching. As a result behavioral oscillations, due to noisy information, are eliminated. Results in indoor environments show that if parameter values are chosen within reasonable ranges then, in spite of noise in the robots communi- cation and sensors, the overall robotic system works quite well even in cluttered environments. The robots overt behavior is stable and smooth.

Development of a meso-microscale coupling procedure for site assessment in complex terrain

A procedure for coupling mesoscale and CFD codes is presented, enabling the inclusion of realistic stratification flow regimes and boundary conditions in CFD simulations of relevance to site and resource assessment studies in complex terrain. Two distinct techniques are derived: (i) in the first one, boundary conditions are extracted from mesoscale results to produce time-varying CFD solutions; (ii) in the second case, a statistical treatment of mesoscale data leads to steady-state flow boundary conditions believed to be more representative than the idealised profiles which are current industry practice. Results are compared with measured data and traditional CFD approaches.

Sistema visual para Ground Truth de sistemas autónomos

Este trabalho visa contribuir para o desenvolvimento de um sistema de visão multi-câmara para determinação da localização, atitude e seguimento de múltiplos objectos, para ser utilizado na unidade de robótica do INESCTEC, e resulta da necessidade de ter informação externa exacta que sirva de referência no estudo, caracterização e desenvolvimento de algoritmos de localização, navegação e controlo de vários sistemas autónomos. Com base na caracterização dos veículos autónomos existentes na unidade de robótica do INESCTEC e na análise dos seus cenários de operação, foi efectuado o levantamento de requisitos para o sistema a desenvolver. Foram estudados os fundamentos teóricos, necessários ao desenvolvimento do sistema, em temas relacionados com visão computacional, métodos de estimação e associação de dados para problemas de seguimento de múltiplos objectos . Foi proposta uma arquitectura para o sistema global que endereça os vários requisitos identi cados, permitindo a utilização de múltiplas câmaras e suportando o seguimento de múltiplos objectos, com ou sem marcadores. Foram implementados e validados componentes da arquitectura proposta e integrados num sistema para validação, focando na localização e seguimento de múltiplos objectos com marcadores luminosos à base de Light-Emitting Diodes (LEDs). Nomeadamente, os módulos para a identi cação dos pontos de interesse na imagem, técnicas para agrupar os vários pontos de interesse de cada objecto e efectuar a correspondência das medidas obtidas pelas várias câmaras, método para a determinação da posição e atitude dos objectos, ltro para seguimento de múltiplos objectos. Foram realizados testes para validação e a nação do sistema implementado que demonstram que a solução encontrada vai de encontro aos requisitos, e foram identi cadas as linhas de trabalho para a continuação do desenvolvimento do sistema global.

Avaliação de realce tardio do miocárdio por tomografia computorizada

A distinção entre miocárdio atordoado e danificado tem sido uma preocupação relevante, no cenário de um enfarte agudo do miocárdio (EAM). A avaliação da viabilidade do miocárdio, pós-enfarte, é de importância vital, no contexto clínico, principalmente numa fase inicial. Actualmente a Ressonância Magnética Cardíaca é o exame de referência para a avaliação de viabilidade do miocárdio. No entanto, é um exame com elevado custo e de difícil acesso. Estudos preliminares demonstraram potencial na utilização de imagens por Tomografia Computorizada para avaliação da área de enfarte, quer em estudos animais quer em humanos. É objectivo desta tese verificar a utilidade de um protocolo de avaliação de viabilidade do miocárdio, com base em imagens de realce tardio (RT) por Tomografia Computorizada, após um procedimento de intervenção coronária percutânea, no contexto de enfarte agudo do miocárdio com elevação do segmento ST (STEMI). Pretende-se igualmente contribuir para a análise da imagem médica do miocárdio, proporcionando métodos de quantificação do RT e software de suporte à decisão médica nesta modalidade de imagem substancialmente recente. São avaliados vários processos para a quantificação do volume de RT, incluindo um método inovador baseado na detecção automática do miocárdio normal. _E ainda proposto um algoritmo para detecção automática do grau de transmuralidade, por segmento do miocárdio, e comparado o seu grau de eficiência face ao diagnóstico médico dos mesmos exames. Apesar do reduzido número de exames utilizado para validação das técnicas descritas nesta tese, os resultados são bastante promissores e podem constituir uma mais-valia no auxilio à gestão do paciente com EAM.

Seqins: a sequencing tool for educational resources

The teaching-learning process is increasingly focused on the combination of the paradigms “learning by viewing” and “learning by doing.” In this context, educational resources, either expository or evaluative, play a pivotal role. Both types of resources are interdependent and their sequencing would create a richer educational experience to the end user. However, there is a lack of tools that support sequencing essentially due to the fact that existing specifications are complex. The Seqins is a sequencing tool of digital resources that has a fairly simple sequencing model. The tool communicates through the IMS LTI specification with a plethora of e-learning systems such as learning management systems, repositories, authoring and evaluation systems. In order to validate Seqins we integrate it in an e-learning Ensemble framework instance for the computer programming learning.

Construção de Biossensores de ADN para a Avaliação da Capacidade Antioxidante

Mestrado em Engenharia da Computação e Instrumentação Médica

Bioatividade de Líquidos Iónicos derivados do Ácido Valpróico em bactérias Gram-negativa

Os Líquidos Iónicos (LIs) são sais orgânicos constituídos exclusivamente por iões e possuem pontos de fusão inferiores a 100ºC. As suas propriedades únicas e o facto de ser possível ajustar as suas propriedades físicas, químicas e biológicas, de acordo com o objetivo pretendido, tornam esta classe de compostos, um grande objeto de estudo de inúmeros investigadores. Desde os inícios da sua aplicação até à atualidade, a investigação nesta área expandiu o seu raio de ação, estando já descrito o seu potencial como agentes antimicrobianos e, mais recentemente, como compostos farmacêuticos ativos. Atualmente muitas das suas aplicações são baseadas nas suas propriedades biológicas. Esta Tese teve como objetivo avaliar a influência que os LIs podem exercer a nível do crescimento bacteriano e estudar alternativas de combater a resistência bacteriana. Todos os LIs utilizados neste trabalho tinham como anião o ácido valpróico, sendo utilizados catiões orgânicos de amónio e de imidazólio. Foram utilizadas 4 bactérias e avaliou-se a atividade biológica e a respetiva taxa de crescimento. O estudo da sua atividade biológica foi feito através da determinação da Concentração Mínima Inibitória (CMI) e a análise das suas curvas de crescimentos na presença e ausência de composto. Com este trabalho foi possível verificar que dentro dos compostos em estudo, LIs derivados do valproato, o Valproato com o cetilperidínio [valp] [cetylpir] foi o que influenciou o crescimento de todas as bactérias estudadas. Este estudo demonstrou o potencial antibacteriano de alguns compostos, podendo desta forma vir a ser utilizados para fins farmacêuticos

Recovery of acid and base from brackish water by bipolar membrane electrodialysis

Nesta dissertação pretendeu-se estudar a viabilidade do uso de eletrodiálise com membranas bipolares (BM) na recuperação de ácido clorídrico e de hidróxido de sódio a partir de um efluente industrial que contém 1.4 mol/L de cloreto de sódio. Estas membranas mostraram ser uma ferramenta eficiente para a produção de ácidos e bases a partir do respetivo sal. Foi feita uma seleção de diferentes membranas bipolares (Neosepta, Fumatech e PCA) e aniónicas (PC-SA e PC-ACID 60) na tentativa de encontrar a combinação mais adequada para o tratamento do efluente. Dependendo do critério, o melhor arranjo de membranas é o uso de PC-ACID 60 (membrana aniónica), PC-SK (membrana catiónica) e membranas bipolares do tipo Neosepta para maior pureza dos produtos; membranas bipolares Fumatech para maior eficiência de dessalinização e membranas bipolares PCA para um maior grau de dessalinização. Tecnologicamente foi possível obter uma dessalinização de 99.8% em quatro horas de funcionamento em modo batch com recirculação de todas as correntes. Independentemente da combinação usada é recomendável que o processo seja parado quando a densidade de corrente deixa de ser máxima, 781 A/m2. Assim é possível evitar o aumento de impurezas nos produtos, contra difusão, descida instantânea do pH e uma dessalinização pouco eficiente. A nível piloto o principal fornecedor de membranas e unidade de tratamento “stack” é a marca alemã PCA. Sendo assim realizaram-se ensaios de repetibilidade, contra difusão, avaliação económica e upscaling utilizando as membranas bipolares PCA. A nível económico estudou-se o uso de dois tipos de unidades de tratamento; EDQ 380 e EDQ 1600, para diferentes níveis de dessalinização (50, 75 e 80%). Tendo em conta a otimização económica, é recomendável uma dessalinização máxima de 80%, uma vez que a eficiência de processo a este ponto é de 40%. A aplicação do método com a unidade EDQ 1600 para uma dessalinização de 50% é a mais vantajosa economicamente, com custos de 16 €/m3 de efluente tratado ou 0,78 €/kg Cl- removido. O número de unidades necessárias é 4 posicionados em série.

A biomimetic sensor for monitoring oxidative stress biomarker in point-of-care

1st ASPIC International Congress

Odin: a service for gamification of learning activities

Existing gamification services have features that preclude their use by e-learning tools. Odin is a gamification service that mimics the API of state-of-the-art services without these limitations. This paper describes Odin, its role in an e-learning system architecture requiring gamification, and details its implementation. The validation of Odin involved the creation of a small e-learning game, integrated in a Learning Management System (LMS) using the Learning Tools Interoperability (LTI) specification.

BIiossensor Enzimático para avaliação da Capacidade Antioxidente

Os radicais livres formam-se naturalmente nos organismos vivos, pois a sua produção/geração está interligada com o processo de produção de energia (respiração), processos inflamatórios (fagocitose), regulação do crescimento celular, sinalização intercelular e síntese de substâncias biológicas relevantes. Estes também podem ser introduzidos por vias exógenas (poluição, radiação, tabaco, alimentação, etc). Os radicais livres têm capacidade de reagir com o material nucleico (ADN e ARN), proteínas e substâncias oxidáveis, causando danos oxidativos responsáveis pelo envelhecimento e originar doenças degenerativas, tais como, o cancro, arteriosclerose, artrite reumatoide, entre outras. De forma a combater os efeitos pejorativos provocados pelos radicais, os organismos vivos desenvolveram complexos sistemas de defesa antioxidante. Estes sistemas são constituídos por antioxidantes endógenos, produzidos pelos seres vivos, tais como enzimas ou por antioxidantes exógenos obtidos por via da alimentação (por exemplo o ácido ascórbico). Neste sentido, um antioxidante tem capacidade de eliminar ou reduzir a propagação da cadeia de geração de radicais livres. Neste trabalho foi desenvolvido um biossensor enzimático para a quantificação da capacidade antioxidante total de matrizes alimentares. A construção deste biossensor consistiu na eletroimobilização da adenina no elétrodo de pasta de carbono (EPC) ou na adsorção física da dA20 na superfície do EPC. O dano oxidativo foi induzido pelo radical hidroxilo gerado pela reação de Fenton. Nesta dissertação, foi estudada a capacidade de alguns antioxidantes em eliminar o efeito pejorativo dos radicais livres e combater a integridade das bases de adenina ou do dA20.Os antioxidantes estudados foram o ácido ascórbico e alguns ácidos fenólicos como o ácido hidroxibenzoico (ácido gálico) e ácidos hidroxicinâmicos (ácido cafeico e ácido cumárico). Estes antioxidantes têm a capacidade de neutralizar o radical hidroxilo e proteger a adenina/dA20 imobilizado na superfície do EPC. O comportamento da Lacase foi estudado na presença do ácido gálico e do ácido ascórbico. Os estudos eletroquímicos foram realizados através da voltametria de onda quadrada (VOQ), sendo que a interação entre a adenina/ou o dA20 imobilizada na superfície do EPC e os radicais livres na ausência e presença de antioxidantes foi avaliada por meio de mudanças no pico anódico produzido pela oxidação da adenina /dA20. Os resultados demonstraram que estes biossensores permitem a avaliação da capacidade antioxidante total em águas aromatizadas.

Adverse Effect of Alcohol Drinking: The Role of Oxidative Stress

Atualmente, o álcool tem um papel importante na saúde pública e surge como um dos principais problemas sociais no mundo, dado que é a droga mais viciante aceite em encontros sociais. Provavelmente, por essa razão, os riscos do consumo abusivo do álcool são subestimados pelos jovens, mulheres grávidas e idosos. O álcool, quando ingerido em altas proporções, pode afetar todos os órgãos e desencadear inúmeras doenças, tais como a doença cardíaca coronariana, doença neurodegenerativa, as doenças crónicas e câncer. O álcool afeta ainda o estado psicológico, induzindo a violência, o estado antissocial e situações de risco de comportamentos. Por estas razões, o álcool tornou-se um foco principal da investigação, avaliando os seus efeitos sobre o corpo humano. Nesta pesquisa, foram suscitadas amostras de sangue de um grupo de pacientes em tratamento psicológico e/ou farmacêutico que serão analisadas com quatro métodos: Teste de Radicais Livres do Oxigénio (FORT), Defesa contra Radicais Livres do Oxigénio (FORD), cromatografia gasosa (GC) e cromatografia líquida de alta pressão (HPLC). Ambos os métodos FORT e FORD avaliam o stress oxidativo pela quantificação de radicais livres e a capacidade de antioxidantes em eliminar esses radicais livres, respetivamente. O stress oxidativo é o efeito do excesso de consumo de álcool, que é reduzido pela capacidade de ação dos antioxidantes. A boa reprodutibilidade, precisão e exatidão de ambos os métodos indicam que estes podem ser aplicados em rápidos diagnósticos. Para o método FORT e considerando o início do tratamento, os pacientes alcoólicos apresentaram uma média de 3,59±1.01mmol/LH2O2 e o grupo de controlo uma média de 1,42±0.53mmol/LH2O2, o que mostra uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0,0006). Para o método FORD, pacientes alcoólicos apresentam uma média de 1,07±0.53mmol/LH2O2 e o grupo de controlo, uma média de 2,81±0.46mmol/LH2O2, mostrando também uma média significativa (P=0,0075). Após 15 dias de tratamento observou-se que há uma diferença entre os dois grupos de pacientes alcoólicos, mas não há nenhum melhoramento em relação ao grupo de pacientes em tratamento. No método FORT os grupos mostram uma diferença significativa (P=0,0073), tendo os pacientes sem tratamento farmacêutico melhores resultados (2.37±0.44mmol/LH2O2) do que os pacientes com tratamento (3.72±1,04mmol/LH2O2). O oposto ocorre no método FORD, os pacientes em tratamento farmacêutico presentam melhores resultados (1.16±0.65mmol/LH2O2) do que o outro grupo (0.75±0.22mmol/LH2O2), não sendo, no entanto, uma diferença significativa entre os dois grupos (P=0.16). Os resultados obtidos para a concentração de MDA pelo método de HPLC mostraram que o grupo de controlo tem valores mais baixos do que os pacientes alcoólicos, embora a diferença não seja muito significativa (P = 0,084), mas é ainda elevada. Além disso, os dois grupos de pacientes não apresentaram uma diferença significativa entre os seus resultados no início (P=0,77) e no fim (P=0,79) do tratamento. De acrescentar ainda que, os resultados da concentração de álcool no sangue determinados pelo método de CG mostraram que só alguns pacientes sem tratamento consumiram álcool durante o período de tratamento, o que influencia negativamente a conclusão sobre o efeito do tratamento. Contudo, outros fatores externos podem ainda influenciar os resultados finais, tais como o estado nutricional e estado psicológico dos pacientes, se o paciente continua a beber durante o tempo de tratamento ou até mesmo se o paciente é exposto a outros tipos de substâncias nocivas. Existe ainda a possibilidade de o tempo de aplicação do tratamento não ser suficiente para apresentar um efeito positivo em relação ao stress oxidativo e este é um outro fator que contribui para a impossibilidade de confirmar sobre o efeito, quer seja positivo ou negativo, do tratamento antioxidante.