Non-gyrator type active inductors

Modern CMOS radio frequency (RF) Receivers have enabled efficient and increasing applications. The main requirement is to have system in a single chip, in order to minimize area and cost. For the purpose it is required the development of inductorless circuits for the key blocks of an RF receiver. Examples of this key blocks are RC oscillators, RF band pass filters, and Low Noise Amplifiers. The present dissertation presents an inductorless wideband MOSFET-only RF Non-Gyrator Type of Active Inductors with low area, low cost, and very low power, capable of covering the whole WMTS, and ISM, band and intended for biomedical applications. The proposed circuit is based on a floating capacitor connected between two controlled current sources. The first current source, which is controlled by the circuit input voltage, has two objectives: supply current to the capacitor (

8-Phase Ring oscillator for modern receivers

The evolution of receiver architectures, built in modern CMOS technologies, allows the design of high efficient receivers. A key block in modern receivers is the oscillator. The main objective of this thesis is to design a very low power and low area 8-Phase Ring Oscillator for biomedical applications (ISM and WMTS bands). Oscillators with multiphase outputs and variable duty cycles are required. In this thesis we are focused in 12.5% and 50% duty-cycles approaches. The proposed circuit uses eight inverters in a ring structure, in order to generate the output duty cycle of 50%. The duty cycle of 1/8 is achieved through the combination of the longer duty cycle signals in pairs, using, for this purpose, NAND gates. Since the general application are not only the wireless communications context, as well as industrial, scientific and medical plans, the 8-Phase Oscillator is simulated to be wideband between 100 MHz and 1 GHz, and be able to operate in the ISM bands (447 MHz-930 MHz) and WMTS (600 MHz). The circuit prototype is designed in UMC 130 nm CMOS technology. The maximum value of current drawn from a DC power source of 1.2 V, at a maximum frequency of 930 MHz achieved, is 17.54 mA. After completion of the oscillator layout studied (occupied area is 165 μm x 83 μm). Measurement results confirm the expected operating range from the simulations, and therefore, that the oscillator fulfil effectively the goals initially proposed in order to be used as Local Oscillator in RF Modern Receivers.

Design and characterization of novel biopolymeric structure using biocompatible ionic liquids

The main objective of this thesis was the development of polymeric structures from the dissolution of FucoPol, a bacterial exopolysaccharide (EPS), in a biocompatible ionic liquid, choline acetate. The FucoPol was produced by the bacteria Enterobacter A47 using glycerol as carbon source at controlled temperature and pH (30ºC and 7, respectively). At the end of 3 days it was produced 7 g/L of FucoPol. The net yield of Fucopol in glycerol (YP/S) was 0.22 g/g and the maximum productivity 2.37 g/L.d This polymer was characterized about its composition in sugars and acyl groups (by High-Performance Liquid Chromatography - HPLC), containing fucose (35 % mol), galactose (21 % mol), glucose (29 % mol), rhamnose (3% mol) and glucuronic acid (12% mol) as well as acetate (14.28 % mol), pyruvate (2.15 % mol) and succinate (1.80 % mol). Its content of water and ash was 15% p/p and 2% p/p, respectively, and the chemical bonds (determined by Infrared Spectroscopy - FT-IR) are consistent to the literature reports. However, due to limitations in Differential Scanning Calorimetry (DSC) equipment it was not possible to determine the glass transition temperature. In turn, the ionic liquid showed the typical behavior of a Newtonian fluid, glass transition temperature (determined by DSC) -98.03ºC and density 1.1031 g/cm3. The study of chemical bonds by FT-IR showed that amount of water (8.80%) influenced the visualization of the bands predicted to in view of their chemical structure. After the dissolution of the FucoPol in the ionic liquid at different temperatures (50, 60, 80 and 100 ° C) it was promoted the removal of this by the phase inversion method using deionized water as a solvent, followed by drying in an oven at 70 ° C. The mixtures before and after the phase inversion method were characterized through the studies mentioned above. In order to explore possible application field’s biocompatibility assays and collage on balsa wood tests were performed. It was found that the process of washing with water by the phase inversion method was not totally effective in removing the biocompatible ionic liquid, since all FucoPol – IL mixtures still contained ionic liquid in their composition as can be seen by the DSC results and FT-IR. In addition, washing the mixtures with water significantly altered the composition of FucoPol. However, these mixtures, that developed a viscous behavior typical of a non-Newtonian fluid (shear-thinning), have the potential to be applied in the biomedical field as well as biological glues.

Biomimetic mineralization: encapsulation in calcium carbonate shells

Calcium carbonate biomineralization is a self-assembly process that has been studied to be applied in the biomedical field to encapsulate biomolecules. Advantages of engineering mineral capsules include improved drug loading efficiencies and protection against external environment. However, common production methods result in heterogeneous capsules and subject biomolecules to heat and vibration which cause irreversible damage. To overcome these issues, a microfluidic device was designed, manufactured and tested in terms of selectivity for water and oil to produce a W/O/W emulsion. During the development of this work there was one critical challenge: the selective functionalization in closed microfluidic channels. Wet chemical oxidation of PDMS with 1M NaOH, confirmed by FTIR, followed by adsorption of polyelectrolytes - PDADMAC/PSS - confirmed by UV-Vis and AFM results, render the surface of PDMS hydrophilic. UV-Vis spectroscopy also confirmed that this modification did not affect PDMS optical properties, making possible to monitor fluids and droplets. More important, with this approach PDMS remains hydrophilic over time. However, due to equipment constrains selectivity in microchannels was not achieved. Therefore, emulsion studies took place with conventional methods. Several systems were tried, with promising results achieved with CaCO3 in-situ precipitation, without the use of polymers or magnesium. This mineral stabilizes oil droplets in water, but not in air due to incomplete capsule formation.

Quadrature generators based on ring oscillators and shift registers

Quadrature oscillators are key elements in modern radio frequency (RF) transceivers and very useful nowadays in wireless communications, since they can provide: low quadrature error, low phase-noise, and wide tuning range (useful to cover several bands). RC oscillators can be fully integrated without the need of external components (external high Q-inductors), optimizing area, cost, and power consumption. The conventional structure of ring oscillator offers poor frequency stability and phasenoise, low quality factor (Q), and besides being vulnerable to process, voltage and temperature (PVT) variations, its performance degrades as the frequency of operation increases. This thesis is devoted to quadrature oscillators and presents a detailed comparative study of ring oscillator and shift register (SR) approaches. It is shown that in SRs both phase-noise and phase error are reduced, while ring oscillators have the advantage of occupying less area and less consumption due to the reduced number of components in the circuit. Thus, although ring oscillators are more suitable for biomedical applications, SRs are more appropriate for wireless applications, especially when specification requirements are more stringent and demanding. The first architecture studied consists in a simple CMOS ring oscillator employing an odd number of static single-ended inverters as delay cells. Subsequently, the quadrature 4-stage ring oscillator concept is shown and post-layout simulations are presented. The 3 and 4-phase single-frequency local oscillator (LO) generators employing SRs are presented, the latter with 50% and 25% duty-cycles. The circuits operate at 600 MHz and 900 MHz, and were designed in a 130 nm standard CMOS technology with a voltage supply of 1.2 V.

Mechanisms underlying intracellular delivery

AuNPs are versatile systems used for different biomedical application including imaging, drug and gene delivery. These systems support the intracellular transport of active molecules, a step that is considered one of the crucial problems in drug delivery. Nevertheless, in order to design optimal multifunctional AuNPs for specific and efficient nanomedicine applications, the mechanism by which AuNPs interact with living cells must be fully understand. The main goal of this work consisted in the assessment of the cellular uptake mechanism of 14 nm spherical AuNPs by A549 cells, through fluorescent spectroscopy and microscopy, in combination with quantitative analysis by ICP-MS. TAMRA labeled AuNPs were characterized by UV-visible and fluorescent spectroscopy and the final hydrodynamic diameter of 22.5 ± 0.33 nm was obtained by DLS. Regarding the cellular uptake studies, the AuNPs presented a fast cellular uptake kinetics reaching a saturation point after 6 hours of incubation in A549 cells. Further investigation concerning the internalization mechanism of this AuNPs was evaluated using specific inhibitors for different endocytic pathways. Optimal inhibition was achieved using chlorpromazine, inhibitor of clathrin-mediated endocytosis, resulting in a 23.5 % inhibition of AuNPs after 1 hour of incubation. This preliminary result obtained by fluorescent spectroscopy suggests that these AuNPs were predominantly uptake by clathrin-mediated endocytosis, meaning that other endocytic pathways must be involved in the cellular uptake of this AuNPs. In what cell viability is concern, the prepared AuNPs and the endocytic inhibitors revealed no significant effect on the cell viability in A549 cell line.

Voice and presence

De que forma pode a voz ser considerada enquanto tema de investigação filosófica? Utilizando principalmente aproximações fenomenológicas, esta tese é uma tentativa de mapear uma constelação transdisciplinar de pontos-­‐chave temáticos, onde a voz surge como uma manifestação expressa de presença e de processos vitais. Simultaneamente situada, corpórea e transgressora no contexto da noção de território acústico, a ambiguidade da voz e o seu potencial enquanto fenómeno, conceito e ressonância tangível de subjetividade, são explorados através do recurso a análise de fontes pertencentes à Filosofia Antiga, aos Estudos Sonoros, à Ciência Acústica, à Fenomenologia e à Pesquisa Artística.

Nanomateriais manufaturados : avaliação de segurança através da caracterização dos seus efeitos genéticos

RESUMO - Os nanomateriais manufaturados (NMs), isto é, fabricados deliberadamente para fins específicos, apresentam propriedades físico-químicas únicas como a dimensão, área superficial ou funcionalização, que lhes conferem caraterísticas mecânicas, óticas, elétricas e magnéticas muito vantajosas para aplicações industriais e biomédicas. Efetivamente, a tecnologia baseada nos NMs, ou nanotecnologia, foi identificada como uma key enabling technology, impulsionadora do crescimento económico dos países industrializados, devido ao seu potencial para melhorar a qualidade e desempenho de muitos tipos de produtos e de processos. Contudo, a expansão da utilização de NMs contrasta com a insuficiente avaliação de risco para a saúde humana e para o ambiente, sendo considerados como um risco emergente para a saúde pública. As incertezas sobre a segurança dos NMs para a saúde pública advêm sobretudo de estudos epidemiológicos em humanos expostos a nanomateriais produzidos como consequência dos processos e atividades humanas e da poluição. Uma das principais preocupações relativamente aos efeitos adversos dos NMs na saúde humana é o seu potencial efeito carcinogénico, que é sugerido por alguns estudos experimentais, como no caso dos nanomateriais de dióxido de titânio ou dos nanotubos de carbono. Para avaliar em curto termo as propriedades carcinogénicas de um composto, utilizam-se frequentemente ensaios de genotoxicidade em linhas celulares de mamífero ou ensaios em modelos animais, em que se analisa uma variedade de lesões genéticas potencialmente relacionados com o processo de carcinogénese. No entanto, a investigação sobre as propriedades genotóxicas dos NMs não foi, até hoje, conclusiva. O presente estudo tem por objectivo principal caracterizar os efeitos genotóxicos associados à exposição a nanomateriais manufaturados, de forma a contribuir para a avaliação da sua segurança. Constituíram objectivos específicos deste estudo: i) avaliar a genotoxicidade dos NMs em três tipos de células humanas expostas in vitro: linfócitos humanos primários, linha celular de epitélio brônquico humano (BEAS-2B) e linha celular de adenocarcinoma epitelial de pulmão humano (A549); ii) avaliar a sua genotoxicidade num modelo de ratinho transgénico; iii) investigar alguns mecanismos de acção que poderão contribuir para a genotoxicidade dos nanomateriais, como a contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade induzida pelos NMs in vitro, e a investigação da sua bioacumulação e localização celular in vivo. Foram analisados os efeitos genotóxicos associados à exposição a duas classes de NMs, dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla, bem como a um NM de óxido de zinco, candidato a ser utlilizado como controlo positivo de dimensão nanométrica. Os xx NMs utilizados foram previamente caracterizados com detalhe relativamente às suas características físico-químicas e também relativamente à sua dispersão em meio aquoso e no meio de cultura. A metodologia incluiu ensaios de citotoxicidade e de genotoxicidade in vitro, designadamente, ensaios de quebras no DNA (ensaio do cometa) e nos cromossomas (ensaio do micronúcleo) em células humanas expostas a várias concentrações de NMs, por comparação com células não expostas. Também foram realizados ensaios in vivo de quebras no DNA, quebras cromossómicas e ainda um ensaio de mutações em vários órgãos de grupos de ratinhos transgénicos LacZ, expostos por via intravenosa a duas doses de dióxido de titânio. Foi investigada a existência de uma relação dose-resposta após exposição das células humanas ou dos animais a NMs. A contribuição de lesões oxidativas para a genotoxicidade após exposição das células aos NMs in vitro foi explorada através do ensaio do cometa modificado com enzima. Realizaram-se estudos histológicos e citológicos para deteção e localização celular dos NMs nos órgãos-alvo dos ratinhos expostos in vivo. Os resultados demonstraram efeitos genotóxicos em alguns dos NMs analisados em células humanas. No entanto, os efeitos genotóxicos, quando positivos, foram em níveis reduzidos, ainda que superiores aos valores dos controlos, e a sua reprodutibilidade era dependente do sistema experimental utilizado. Para outros NMs, a evidência de genotoxicidade revelou-se equívoca, conduzindo à necessidade de esclarecimento através de ensaios in vivo. Para esse fim, recorreu-se a uma análise integrada de múltiplos parâmetros num modelo animal, o ratinho transgénico baseado em plasmídeo contendo o gene LacZ exposto a um NM de dióxido de titânio, NM-102. Embora tenha sido demonstrada a exposição e a acumulação do NM no fígado, não se observaram efeitos genotóxicos nem no fígado, nem no baço nem no sangue dos ratinhos expostos a esse NM. Neste estudo concluiu-se que algumas formas de dióxido de titânio e nanotubos de carbono de parede múltipla produzem efeitos genotóxicos em células humanas, contribuindo para o conjunto de evidências sobre o efeito genotóxico desses NMs. As diferenças observadas relativamente à genotoxicidade entre NMs do mesmo tipo, mas distintos em algumas das suas características físico-quimicas, aparentemente não são negligenciáveis, pelo que os resultados obtidos para um NM não devem ser generalizados ao grupo correspondente. Para além disso, a genotoxicidade equívoca verificada para o NM-102 em células humanas expostas in vitro, não foi confirmada no modelo in vivo, pelo que o valor preditivo da utilização dos ensaios in vitro para a identificação de NMs com efeitos genotóxicos (e portanto potencialmente carcinogénicos) ainda tem de ser esclarecido antes de ser possível extrapolar as conclusões para a saúde humana. Por sua vez, como a informação aqui produzida pelas metodologias in vitro e in vivo não reflete os efeitos de exposição continua ou prolongada, que poderá conduzir a efeitos genotóxicos distintos, esta xxi deverá ser complementada com outras linhas de evidência relativamente à segurança dos NMs. Perante a incerteza dos níveis de exposição real do organismo humano e do ambiente, a segurança da utilização dos NMs não pode ser garantida a longo prazo e, tendo em conta a elevada produção e utilização destes NMs, são prementes futuros estudos de monitorização ambiental e humana.