Gas adsorption in the MIL-53(AI) metal organic framework. Experiments and molecular simulation

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química

Heavy metal contamination in seafood and consumer exposure in the Gulf Cooperation Council

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Tecnologia e Segurança Alimentar

Exposição profissional ao chumbo : análise da indução de efeitos genotóxicos

RESUMO - A exposição contínua a substâncias químicas tem consequências para a saúde humana, algumas das quais não estão ainda totalmente estabelecidas. A toxicologia ocupacional é uma área interdisciplinar que envolve conhecimentos de higiene e de medicina ocupacional, de epidemiologia e de toxicologia e que tem por principal objectivo prevenir a ocorrência de efeitos adversos decorrentes do ambiente ocupacional sendo um dos seus principais papéis fornecer o máximo de dados que possam contribuir para o conhecimento dos potenciais efeitos na saúde. O chumbo é um tóxico de características cumulativas que provoca na saúde efeitos principalmente sistémicos, ou seja, o efeito tóxico manifesta-se em locais afastados do contacto inicial que resultam essencialmente de exposições crónicas, resultantes de períodos de exposição mais ou menos longos ao metal (entre meses e anos). Pode interagir com diferentes órgãos e tecidos, ligando-se a moléculas e constituintes celulares. Uma vez que não possui qualquer função fisiológica, a presença do chumbo no organismo humano resulta numa série de efeitos prejudiciais que afectam diversos órgãos e sistemas. A toxicidade do chumbo manifesta-se em diversos órgãos e tecidos, nomeadamente no sistema hematopoiético, no sistema nervoso, no rim, no aparelho reprodutor, no sistema cardiovascular, no sistema endócrino e no sistema imunitário. Da interferência do chumbo com o funcionamento de alguns sistemas biológicos resultam um conjunto de alterações fundamentais ao nível dos processos de transporte através das membranas, da integridade estrutural e funcional das enzimas e de várias vias metabólicas, em especial da fosforilação oxidativa e da síntese do heme sendo os primeiros efeitos bioquímicos do chumbo detectados a partir de valores de plumbémia inferiores a 10 μg/dL. As medidas de higiene e segurança actualmente em vigor nos países desenvolvidos asseguram que os casos de intoxicação grave são cada vez menos frequentes. No entanto, o risco de exposição a nível ocupacional existe em todas as actividades que envolvem materiais que o contenham como as explorações mineiras, as fundições primária e secundária, a produção de baterias de chumbo ácido, a produção de vidro com pigmentos de chumbo, as soldaduras de reparação automóvel e a instrução de tiro. Desde 2006 o chumbo é considerado pela International Agency for Research on Cancer (IARC) uma substância carcinogénica do grupo 2A (provável carcinogénio para o ser humano). Considera-se, assim, que o chumbo tem, inequivocamente, capacidade de induzir cancro em animais experimentais mas que, embora haja fortes indícios de que os mecanismos que medeiam a carcinogénese desses compostos ocorrem no ser humano, os dados disponíveis ainda não podem assegurar essa relação. Com este estudo pretendeu-se contribuir para o conhecimento da toxicidade do chumbo através do estudo da exposição ao chumbo e da influência da susceptibilidade individual (em industrias sem co-exposição significativa a outros agentes conhecidos ou suspeitos de serem carcinogénicos). Pretendeu-se estudar o caso através de uma abordagem múltipla que permitisse relacionar diferentes tipos de marcadores biológicos uma vez que a monitorização biológica integra todas as possíveis vias de entrada no organismo (para além da via respiratória), eventuais exposições fora do contexto estritamente profissional assim como uma série de factores intrínsecos individuais (relacionados com modos de via, de natureza fisiológica e comportamentais). Sendo a co-exposição a outros compostos com propriedades genotóxicas e carcinogénicas uma questão difícil de tornear quando se quer avaliar o potencial genotóxico do chumbo em populações expostas, ocupacional ou ambientalmente este estudo tem a vantagem de ter sido efectuado em populações sem co-exposição conhecida a outras substâncias deste tipo, permitindo concluir sobre os efeitos resultantes apenas da exposição a chumbo na população humana, contribuindo para explicar algumas das aparentes inconsistências e contradições entre diferentes estudos sobre este tema. Os indicadores de exposição usados foram: indicadores de dose interna (doseamento de chumbo e de PPZ no sangue), indicadores de efeitos adversos no heme e genotóxicos (actividade da ALAD, teste do cometa e mutação em TCR) e indicadores de susceptibilidade (polimorfismos genéticos de ALAD e VDR) através de uma abordagem estatística de comparação directa de sub-grupos previamente definidos na população e da aplicação de um modelo de regressão múltipla. Este estudo revelou que os níveis de plumbémia na população portuguesa baixaram significativamente nos últimos 10 anos, tanto na população ocupacionalmente exposta como na população em geral e que a presença do genótipo B-B (do gene VDR) é preditiva das variações de plumbémia, quando comparada com o genótipo mais frequente na população, B-b; ao contrário, o genótipo b-b não aparenta ter influência em nenhum dos marcadores estudados. No que diz respeito a efeitos genotóxicos concluiu-se que estes não se manifestaram na população estudada, levando a concluir que nos níveis de exposição estudados, o chumbo não tem capacidade de induzir este tipo de efeitos per si levando ao reforço da hipótese, já levantada por outros autores, de que o mecanismo de genotoxicidade do chumbo seja essencialmente de promoção de processos de genotoxicidade desencadeados por outros agentes. A realização de estudos de efeitos genotóxicos e de stress oxidativo desenhados de forma a comparar grupos de trabalhadores expostos apenas a chumbo com grupos de trabalhadores com o mesmo nível de exposição a chumbo, mas com co-exposição a outros agentes reconhecidamente carcinogénicos poderá ajudar a aumentar o conhecimento deste efeito do chumbo na saúde humana.

Engineering of metal oxide nanoparticles for application in electrochemical devices

The growing demand for materials and devices with new functionalities led to the increased inter-est in the field of nanomaterials and nanotechnologies. Nanoparticles, not only present a reduced size as well as high reactivity, which allows the development of electronic and electrochemical devices with exclusive properties, when compared with thin films. This dissertation aims to explore the development of several nanostructured metal oxides by sol-vothermal synthesis and its application in different electrochemical devices. Within this broad theme, this study has a specific number of objectives: a) research of the influence of the synthesis parameters to the structure and morphology of the nanoparticles; b) improvement of the perfor-mance of the electrochromic devices with the application of the nanoparticles as electrode; c) application of the nanoparticles as probes to sensing devices; and d) production of solution-pro-cessed transistors with a nanostructured metal oxide semiconductor. Regarding the results, several conclusions can be exposed. Solvothermal synthesis shows to be a very versatile method to control the growth and morphology of the nanoparticles. The electrochromic device performance is influenced by the different structures and morphologies of WO3 nanoparticles, mainly due to the surface area and conductivity of the materials. The dep-osition of the electrochromic layer by inkjet printing allows the patterning of the electrodes without wasting material and without any additional steps. Nanostructured WO3 probes were produced by electrodeposition and drop casting and applied as pH sensor and biosensor, respectively. The good performance and sensitivity of the devices is explained by the high number of electrochemical reactions occurring at the surface of the na-noparticles. GIZO nanoparticles were deposited by spin coating and used in electrolyte-gated transistors, which promotes a good interface between the semiconductor and the dielectric. The produced transistors work at low potential and with improved ON-OFF current ratio, up to 6 orders of mag-nitude. To summarize, the low temperatures used in the production of the devices are compatible with flexible substrates and additionally, the low cost of the techniques involved can be adapted for disposable devices.

Magnetotransport properties of metal/LaAlO3/SrTiO3 heterostructures

The quasi two-dimensional electron gas (q2DEG) hosted in the interface of an epitaxially grown lanthanum aluminate (LaAlO3) thin film with a TiO2-termi-nated strontium titanate (SrTiO3) substrate (001) has been massively studied in the last few years. The confinement of mobile electrons to within a few nanome-ters from the interface, superconductive behavior at low temperatures and elec-tron mobility exceeding 1000 cm2/(V.s) make this system an interesting candi-date to explore the physics of spin injection and transport. However, due to the critical thickness for conduction of 4 unit cells (uc) of LaAlO3, a high tunneling resistance hampers electrical access to the q2DEG, preventing proper injection of spin polarized current. Recently, our group found that depositing a thin overlayer of Co on LaAlO3 reduces the critical thickness, enabling conduction with only 1 uc of LaAlO3. Two scenarios arise to explain this phenomenon: a pinning of the Fermi level in the metal, inducing charge transfer in the SrTiO3; the creation of oxygen vacancies at the interface between LaAlO3 and the metal, leading to an n-type doping of the SrTiO3. In this dissertation, we will report on magnetotransport of metal/LaAlO3/SrTiO3 (metal: Ti, Ta, Co, Py, Au, Pt, Pd) heterostructures with 2 uc of LaAlO3 studied at low temperatures (2 K) and high magnetic fields (9 T). We have analyzed the transport properties of the gas, namely, the carrier concen-tration, mobility and magnetotransport regime and we will discuss the results in the light of the two scenarios mentioned above.

Development of an experimental setup for metal cutting research

Analytical, numerical and experimental models have been developed over time to try to characterize and understand the metal cutting process by chip removal. A true knowledge of the cutting process by chip removal is required by the increasing production, by the quality requirements of the product and by the reduced production time, in the industries in which it is employed. In this thesis an experimental setup is developed to evaluate the forces and the temperature distribution in the tool according to the orthogonal cutting model conditions, in order to evaluate its performance and its possible adoption in future works. The experimental setup is developed in a CNC lathe and uses an orthogonal cutting configuration, in which thin discs fixed onto a mandrel are cut by the cutting insert. In this experimental setup, the forces are measured by a piezoelectric dynamometer while temperatures are measured by thermocouples placed juxtaposed to the side face of the cutting insert. Three different solutions are implemented and evaluated for the thermocouples attachment in the cutting insert: thermocouples embedded in thermal paste, thermocouples embedded in copper plate and thermocouples brazed in the cutting insert. From the tests performed in the experimental setup it is concluded that the adopted forces measurement technique shows a good performance. Regarding to the adopted temperatures measurement techniques, only the thermocouples brazed in the cutting insert solution shows a good performance for temperature measurement. The remaining solutions show contact problems between the thermocouple and the side face of the cutting insert, especially when the vibration phenomenon intensifies during the cut. It is concluded that the experimental setup does not present a sufficiently robust and reliable performance, and that it can only be used in future work after making improvements in the assembly of the thermocouples.