New and low cost plastic membrane electrode with low detection limits for sulfadimethoxine determination in aquaculture waters

Sulfadimethoxine (SDM) is one of the drugs, often used in the aquaculture sector to prevent the spread of disease in freshwater fish aquaculture. Its spread through the soil and surface water can contribute to an increase in bacterial resistance. It is therefore important to control this product in the environment. This work proposes a simple and low-cost potentiometric device to monitor the levels of SDM in aquaculture waters, thus avoiding its unnecessary release throughout the environment. The device combines a micropipette tip with a PVC membrane selective to SDM, prepared from an appropriate cocktail, and an inner reference solution. The membrane includes 1% of a porphyrin derivative acting as ionophore and a small amount of a lipophilic cationic additive (corresponding to 0.2% in molar ratio). The composition of the inner solution was optimized with regard to the kind and/or concentration of primary ion, chelating agent and/or a specific interfering charged species, in different concentration ranges. Electrodes constructed with inner reference solutions of 1 × 10−8 mol/L SDM and 1 × 10−4 mol/L chromate ion showed the best analytical features. Near-Nernstian response was obtained with slopes of −54.1 mV/decade, an extraordinary detection limit of 7.5 ng/mL (2.4 × 10−8 mol/L) when compared with other electrodes of the same type. The reproducibility, stability and response time are good and even better than those obtained by liquid contact ISEs. Recovery values of 98.9% were obtained from the analysis of aquaculture water samples.

Forest fire detection with a small fixed wing autonomous aerial vehicle

In this work a forest fire detection solution using small autonomous aerial vehicles is proposed. The FALCOS unmanned aerial vehicle developed for remote-monitoring purposes is described. This is a small size UAV with onboard vision processing and autonomous flight capabilities. A set of custom developed navigation sensors was developed for the vehicle. Fire detection is performed through the use of low cost digital cameras and near-infrared sensors. Test results for navigation and ignition detection in real scenario are presented.

Celiac disease detection using a transglutaminase electrochemical immunosensor fabricated on nanohybrid screen-printed carbon electrodes

Celiac disease is a gluten-induced autoimmune enteropathy characterized by the presence of tissue tranglutaminase (tTG) autoantibodies. A disposable electrochemical immunosensor (EI) for the detection of IgA and IgG type anti-tTG autoantibodies in real patient’s samples is presented. Screen-printed carbon electrodes (SPCE) nanostructurized with carbon nanotubes and gold nanoparticles were used as the transducer surface. This transducer exhibits the excellent characteristics of carbon–metal nanoparticle hybrid conjugation and led to the amplification of the immunological interaction. The immunosensing strategy consisted of the immobilization of tTG on the nanostructured electrode surface followed by the electrochemical detection of the autoantibodies present in the samples using an alkaline phosphatase (AP) labelled anti-human IgA or IgG antibody. The analytical signal was based on the anodic redissolution of enzymatically generated silver by cyclic voltammetry. The results obtained were corroborated with a commercial ELISA kit indicating that the electrochemical immunosensor is a trustful analytical screening tool.

Molecular imprinted nanoelectrodes for ultra sensitive detection of ovarian cancer marker

The relentless discovery of cancer biomarkers demands improved methods for their detection. In this work, we developed protein imprinted polymer on three-dimensional gold nanoelectrode ensemble (GNEE) to detect epithelial ovarian cancer antigen-125 (CA 125), a protein biomarker associated with ovarian cancer. CA 125 is the standard tumor marker used to follow women during or after treatment for epithelial ovarian cancer. The template protein CA 125 was initially incorporated into the thin-film coating and, upon extraction of protein from the accessible surfaces on the thin film, imprints for CA 125 were formed. The fabrication and analysis of the CA 125 imprinted GNEE was done by using cyclic voltammetry (CV), differential pulse voltammetry (DPV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. The surfaces of the very thin, protein imprinted sites on GNEE are utilized for immunospecific capture of CA 125 molecules, and the mass of bound on the electrode surface can be detected as a reduction in the faradic current from the redox marker. Under optimal conditions, the developed sensor showed good increments at the studied concentration range of 0.5–400 U mL−1. The lowest detection limit was found to be 0.5 U mL−1. Spiked human blood serum and unknown real serum samples were analyzed. The presence of non-specific proteins in the serum did not significantly affect the sensitivity of our assay. Molecular imprinting using synthetic polymers and nanomaterials provides an alternative approach to the trace detection of biomarker proteins.

Ultrasensitive detection of ovarian cancer marker using immunoliposomes and gold nanoelectrodes

Mucin-16 (MUC16) is the established ovarian cancer marker used to follow the disease during or after treatment for epithelial ovarian cancer. The emerging science of cancer markers also demands for the new sensitive detection methods. In this work, we have developed an electrochemical immunosensor for antigen MUC16 using gold nanoelectrode ensemble (GNEE) and ferrocene carboxylic acid encapsulated liposomes tethered with monoclonal anti-Mucin-16 antibodies ( MUC16). GNEEs were fabricated by electroless deposition of the gold within the pores of polycarbonate track-etched membranes. Afterwards, MUC16 were immobilized on preformed self-assembled monolayer of cysteamine on the GNEE via cross-linking with EDC-Sulfo-NHS. A sandwich immunoassay was performed on MUC16 functionalized GNEE with MUC16 and immunoliposomes. The differential pulse voltammetry was employed to quantify the faradic redox response of ferrocene carboxylic acid released from immunoliposomes. The dose–response curve for MUC16 concentration was found between the range of 0.001–300 U mL−1. The lowest detection limit was found to be 5 × 10−4 U mL−1 (S/N = 3). We evaluated the performance of this developed immunosensor with commercial ELISA assay by comparing results obtained from spiked serum samples and real blood serum samples from volunteers.

Electrochemical immunosensor for multiplexed detection of food-borne pathogens using nanocrystal bioconjugates and MWCNT screen-printed electrode

Bacterial food poisoning is an ever-present threat that can be prevented with proper care and handling of food products. A disposable electrochemical immunosensor for the simultaneous measurements of common food pathogenic bacteria namely Escherichia coli O157:H7 (E. coli), campylobacter and salmonella were developed. The immunosensor was fabricated by immobilizing the mixture of anti-E. coli, anticampylobacter and anti-salmonella antibodies with a ratio of 1:1:1 on the surface of the multiwall carbon nanotube-polyallylamine modified screen printed electrode (MWCNT-PAH/SPE). Bacteria suspension became attached to the immobilized antibodies when the immunosensor was incubated in liquid samples. The sandwich immunoassay was performed with three antibodies conjugated with specific nanocrystal ( -E. coli-CdS, -campylobacter-PbS and -salmonella-CuS) which has releasable metal ions for electrochemical measurements. The square wave anodic stripping voltammetry (SWASV) was employed to measure released metal ions from bound antibody nanocrystal conjugates. The calibration curves for three selected bacteria were found in the range of 1 × 103 – 5 × 105 cells mL−1 with the limit of detection (LOD) 400 cells mL−1 for salmonella, 400 cells mL−1 for campylobacter and 800 cells mL−1 for E. coli. The precision and sensitivity of this method show the feasibility of multiplexed determination of bacteria in milk samples.

Desperdícios na cadeia logística no âmbito industrial

Projecto apresentado ao Instituto Politécnico do Porto para obtenção do Grau de Mestre em Logística Orientada por Prof. Doutor Gouveia

Monitorização de cobre em vinhos verdes

A presente dissertação descreve o desenvolvimento e a caracterização de sensores potenciométricos com base em polímeros de impressão molecular e de sensores ópticos com base em membranas de poli(cloreto de vinilo), PVC, para a determinação de cobre em vinhos verdes. Os sensores potenciométricos foram preparados a partir de diferentes solventes (metanol e clorofórmio), tendo o seu crescimento decorrido na presença ou ausência da molécula molde (cobre). Os sistemas sensores selectivos ao cobre continham partículas de polímeros com ou sem impressão molecular como material electroactivo, dispersas em solvente plastificante, PVC e, em alguns casos, aditivo aniónico. A avaliação dos vários sistemas baseou-se na comparação das características operacionais dos diversos eléctrodos onde foram aplicados. Estas características foram obtidas a partir de curvas de calibração, cujos declives e limites de detecção variaram entre -39,9 – 37,0 mV decada-1 e 4,2 – 29,1 μg mL-1, respectivamente. Os sensores não são independentes do pH uma vez que o complexo formado entre o cobre e a difenilcarbazida é favorecido por valores de pH próximos de 5. Assim, obtiveram-se melhores resultados usando água desionizada ou solução tampão de HEPES revelando-se um método rápido e relativamente eficaz nestas condições. Os sensores ópticos basearam-se na reacção colorimétrica entre o cobre e um complexante. Os reagentes complexantes escolhidos foram a neocuproína, a difenilcarbazida e o dietilditiocarbamato de sódio. Avaliou-se o efeito de vários parâmetros experimentais na resposta destes sensores, tais como o pH (avaliado para os valores 3,00 e 5,00), a concentração de cobre (que variou entre 0,06 e 317,7 mg L- 1) e as próprias características da membrana. Os melhores resultados foram obtidos a pH 3, numa gama de concentrações de 0,06 e 31,8 mg L-1 usando a difenilcarbazida como reagente complexante. A aplicação destes sensores a vinhos requer ainda estudos adicionais, especialmente no que diz respeito à necessidade de implementar algum procedimento de pré-tratamento de amostra.

Implementação e validação de um método para determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida e gc-ms/ms e sua correlação com a análise sensorial

Cada vez mais começa a notar-se, na indústria vitivinícola, uma grande preocupação com a qualidade dos seus produtos, motivada pela maior sensibilização e exigência dos consumidores. Deste modo, a presença de defeitos organoléticos no vinho representa uma fonte de perda financeira nesta indústria, pelo que o seu controlo se torna indispensável para que se obtenha um produto de elevada qualidade. Neste sentido, torna-se interessante desenvolver um método de análise que seja rápido de forma a permitir a quantificação simultânea das moléculas identificadas como principais responsáveis pelos distúrbios olfativos dos vinhos. Assim, este trabalho surge com o objetivo de implementar e validar um método para a determinação de contaminantes em vinho por microextração em fase sólida (SPME) e cromatografia gasosa acoplada à espetrometria de massa tandem (GC-MS/MS) e a sua correlação com a análise sensorial. A técnica de microextração em fase sólida é simples e rápida na medida em que não requer um pré-tratamento da amostra. Por sua vez, a análise por GC-MS permite identificar de forma clara os compostos em estudo, nomeadamente, 4-Etilfenol (4-EP), 4-Etilguaiacol (4-EG), 2,4,6-Tricloroanisol (TCA), 2,3,4,6-Tetracloroanisol (TeCA) e 2,4,6-Tribromoanisol (TBA). Foram realizados estudos de otimização das condições de extração, comparando as fibras 100 μm PDMS e 50/30 μm DVB/CAR/PDMS. Obtiveram-se resultados mais satisfatórios, em termos de resposta e da relação sinal/ruído, com a fibra 50/30 μm DVB/CAR/PDMS e estabeleceram-se como condições de extração 55ºC para a temperatura de incubação/extração, uma velocidade de agitação de 250 rpm e 60 minutos de tempo de extração. Ao longo deste trabalho, analisaram-se 50 amostras de vinho, das quais 48 eram amostras de Vinho Tinto do Douro e 2 de Vinho do Porto. Para validar a metodologia foram realizados estudos de linearidade, limiares analíticos, repetibilidade, precisão intermédia e recuperação. De um modo geral, obtiveram-se bons resultados ao nível da linearidade para as gamas de concentração escolhidas. Quanto aos limites de deteção e de quantificação, o 4-EP é o contaminante que apresenta uma gama de concentrações mais alta, notando-se limiares analíticos mais elevados, com valores próximos dos últimos níveis de concentração, oscilando entre 65 e 583 μg/L. No caso dos Anisóis, o TBA apresenta limites de deteção mais baixos, entre 0,4 e 17,0 ng/L. Os limiares analíticos foram validados com recurso a estudos de precisão intermédia e repetibilidade, cujos resultados se encontram dentro das especificações descritas no documento SANCO/10684/2009 (%RSD ≤ 30% para os Anisóis e %RSD ≤ 20% para os Fenóis Voláteis). Foram, ainda, realizados estudos de exatidão recorrendo a ensaios de recuperação e a ensaios interlaboratoriais. Muitas vezes conseguem-se boas recuperações, no entanto notam-se maiores dificuldades para o TBA e para o TeCA. Relativamente aos ensaios interlaboratoriais, verificam-se maiores discrepâncias para o 4-EP. Já os restantes contaminantes apresentam resultados, geralmente, satisfatórios (|z-score| ≤ 2).

Optimized near real-time remote device tracking and monitoring system

Os serviços baseados em localização vieram dar um novo alento à criatividade dos programadores de aplicações móveis. A vulgarização de dispositivos com capacidades de localização integradas deu origem ao desenvolvimento de aplicações que gerem e apresentam informação baseada na posição do utilizador. Desde então, o mercado móvel tem assistido ao aparecimento de novas categorias de aplicações que tiram proveito desta capacidade. Entre elas, destaca-se a monitorização remota de dispositivos, que tem vindo a assumir uma importância crescente, tanto no sector particular como no sector empresarial. Esta dissertação começa por apresentar o estado da arte sobre os diferentes sistemas de posicionamento, categorizados pela sua eficácia em ambientes internos ou externos, assim como diferentes protocolos de comunicação em tempo quase-real. É também feita uma análise ao estado actual do mercado móvel. Actualmente o mercado possui diferentes plataformas móveis com características únicas que as fazem rivalizar entre si, com vista a expandirem a sua quota de mercado. É por isso elaborado um breve estudo sobre os sistemas operativos móveis mais relevantes da actualidade. É igualmente feita uma abordagem mais profunda à arquitectura da plataforma móvel da Apple - o iOS – que serviu de base ao desenvolvimento de uma solução optimizada para localização e monitorização de dispositivos móveis. A monitorização implica uma utilização intensiva de recursos energéticos e de largura de banda que os dispositivos móveis da actualidade não estão aptos a suportar. Dado o grande consumo energético do GPS face à precária autonomia destes dispositivos, é apresentado um estudo em que se expõem soluções que permitem gerir de forma optimizada a utilização do GPS. O elevado custo dos planos de dados facultados pelas operadoras móveis é também considerado, pelo que são exploradas soluções que visam minimizar a utilização de largura de banda. Deste trabalho, nasce a aplicação EyeGotcha, que para além de permitir localizar outros utilizadores de dispositivos móveis de forma optimizada, permite também monitorizar as suas acções baseando-se num conjunto de regras pré-definidas. Estas acções são reportadas às entidades monitoras, de modo automatizado e sob a forma de alertas. Visionando-se a comercialização da aplicação, é portanto apresentado um modelo de negócio que permite obter receitas capazes de cobrirem os custos de manutenção de serviços, aos quais o funcionamento da aplicação móvel está subjugado.

Detecção e seguimento de objectos em imagens termográficas: análise experimental de modelos de descrição

A instalação de sistemas de videovigilância, no interior ou exterior, em locais como aeroportos, centros comerciais, escritórios, edifícios estatais, bases militares ou casas privadas tem o intuito de auxiliar na tarefa de monitorização do local contra eventuais intrusos. Com estes sistemas é possível realizar a detecção e o seguimento das pessoas que se encontram no ambiente local, tornando a monitorização mais eficiente. Neste contexto, as imagens típicas (imagem natural e imagem infravermelha) são utilizadas para extrair informação dos objectos detectados e que irão ser seguidos. Contudo, as imagens convencionais são afectadas por condições ambientais adversas como o nível de luminosidade existente no local (luzes muito fortes ou escuridão total), a presença de chuva, de nevoeiro ou de fumo que dificultam a tarefa de monitorização das pessoas. Deste modo, tornou‐se necessário realizar estudos e apresentar soluções que aumentem a eficácia dos sistemas de videovigilância quando sujeitos a condições ambientais adversas, ou seja, em ambientes não controlados, sendo uma das soluções a utilização de imagens termográficas nos sistemas de videovigilância. Neste documento são apresentadas algumas das características das câmaras e imagens termográficas, assim como uma caracterização de cenários de vigilância. Em seguida, são apresentados resultados provenientes de um algoritmo que permite realizar a segmentação de pessoas utilizando imagens termográficas. O maior foco desta dissertação foi na análise dos modelos de descrição (Histograma de Cor, HOG, SIFT, SURF) para determinar o desempenho dos modelos em três casos: distinguir entre uma pessoa e um carro; distinguir entre duas pessoas distintas e determinar que é a mesma pessoa ao longo de uma sequência. De uma forma sucinta pretendeu‐se, com este estudo, contribuir para uma melhoria dos algoritmos de detecção e seguimento de objectos em sequências de vídeo de imagens termográficas. No final, através de uma análise dos resultados provenientes dos modelos de descrição, serão retiradas conclusões que servirão de indicação sobre qual o modelo que melhor permite discriminar entre objectos nas imagens termográficas.

Integração da tecnologia Near Field Communications nas telecomunicações móveis

O telemóvel tem-se transformado numa ferramenta essencial no nosso dia-a-dia, constantemente são lançadas novas tecnologias que potenciam o uso do telemóvel nas tarefas do nosso quotidiano. Atualmente a grande tendência passa por fazer o download de aplicações com o objetivo de obter mais e diferentes tipos de informação, existe o desejo de ler de forma simples e intuitiva o mundo que nos rodeia, como se cada elemento fosse um objeto sobre o qual conseguiremos obter informação através do telemóvel. A tecnologia Near Field Communication (NFC) ajuda a transformar este desejo ou necessidade numa realidade de simples alcance. Podemos anexar “identificadores” nos objetos e “ver” estes identificadores através do telemóvel recorrendo a aplicações que fazem a ponte com os sistemas que nos permitem obter mais informação, por exemplo, internet. O NFC especifica um padrão de comunicação de redes sem fios, que permite a transferência de dados entre dois dispositivos separados por uma distância máxima de 10cm. NFC foi desenhado para ser integrado em telemóveis, que podem comunicar com outros telemóveis equipados com NFC ou ler informação de cartões ou tags. A dissertação avalia as oportunidades que a tecnologia NFC oferece ao mundo das telecomunicações móveis, nomeadamente na realidade do operador Vodafone Portugal, principalmente numa relação Empresa - Cliente. Esta tecnologia reúne o interesse dos fabricantes dos telemóveis, dos operadores e de parceiros críticos que vão ajudar a potenciar o negócio, nomeadamente entidades bancárias e interbancárias. A tecnologia NFC permite utilizar o telemóvel como um cartão de crédito/debito, ticketing, ler informação de posters (Smart Poster) que despoletem navegação contextualizada para outras aplicações ou para a internet para obter mais informação ou concretizar compras, estes são alguns cenários identificados que mais valor o NFC consegue oferecer. A dissertação foca-se na avaliação técnica do NFC na área de Smart Posters e resulta na identificação num conjunto de novos cenários de utilização, que são especificados e complementados com o desenvolvimento de um protótipo.

Enzymatic determination of choline in milk using a FIA system with potentiometric detection

The development of a FIA system for the determination of total choline content in several types of milk is described. The samples were submitted to hydrochloric acid digestion before injection into the system and passed through an enzymatic reactor containing choline oxidase immobilised on glass beads. This enzymatic reaction releases hydrogen peroxide which then reacts with a solution of iodide. The decrease in the concentration of iodide ion is quantified using an iodide ion selective tubular electrode based on a homogeneous crystalline membrane. Validation of the results obtained with this system was performed by comparison with results from a method described in the literature and applied to the determination of total choline in milks. The relative deviation was always < 5%. The repeatability of the method developed was assessed by calculation of the relative standard deviation (RSD) for 12 consecutive injections of one sample. The RSD obtained was < 0.6%.

Biomimetic norfloxacin sensors made of molecularly-imprinted materials for potentiometric transduction

A biomimetic sensor for norfloxacin is presented that is based on host-guest interactions and potentiometric transduction. The artificial host was imprinted into polymers made from methacrylic acid and/or 2-vinyl pyridine. The resulting particles were entrapped in a plasticized poly(vinyl chloride) (PVC) matrix. The sensors exhibit near-Nernstian response in steady state evaluations, and detection limits range from 0.40 to 1.0 μgmL−1, respectively, and are independent of pH values at between 2 and 6, and 8 and 11, respectively. Good selectivity was observed over several potential interferents. In flowing media, the sensors exhibit fast response, a sensitivity of 68.2 mV per decade, a linear range from 79 μM to 2.5 mM, a detection limit of 20 μgmL−1, and a stable baseline. The sensors were successfully applied to field monitoring of norfloxacin in fish samples, biological samples, and pharmaceutical products

New biomimetic sensors for the determination of tetracycline in biological samples: batch and flow mode operations

New potentiometric membrane sensors with cylindrical configuration for tetracycline (TC) are described based on the use of a newly designed molecularly imprinted polymer (MIP) material consisting of 2-vinylpyridine as a functional monomer in a plasticized PVC membrane. The sensor exhibited significantly enhanced response towards TC over the concentration range 1.59 10 5–1.0 10 3 mol L 1 at pH 3–5 with a lower detection limit of 1.29 10 5 mol L 1. The response was near-Nernstian, with average slopes of 63.9 mV decade 1. The effect of lipophilic salts and various foreign common ions were tested and were found to be negligible. The possibility of applying the proposed sensor to TC determination in spiked biological fluid samples was demonstrated.