Bits, Atoms, and Information Sharing: new opportunities for participation

The particular characteristics and affordances of technologies play a significant role in human experience by defining the realm of possibilities available to individuals and societies. Some technological configurations, such as the Internet, facilitate peer-to-peer communication and participatory behaviors. Others, like television broadcasting, tend to encourage centralization of creative processes and unidirectional communication. In other instances still, the affordances of technologies can be further constrained by social practices. That is the case, for example, of radio which, although technically allowing peer-to-peer communication, has effectively been converted into a broadcast medium through the legislation of the airwaves. How technologies acquire particular properties, meanings and uses, and who is involved in those decisions are the broader questions explored here. Although a long line of thought maintains that technologies evolve according to the logic of scientific rationality, recent studies demonstrated that technologies are, in fact, primarily shaped by social forces in specific historical contexts. In this view, adopted here, there is no one best way to design a technological artifact or system; the selection between alternative designs—which determine the affordances of each technology—is made by social actors according to their particular values, assumptions and goals. Thus, the arrangement of technical elements in any technological artifact is configured to conform to the views and interests of those involved in its development. Understanding how technologies assume particular shapes, who is involved in these decisions and how, in turn, they propitiate particular behaviors and modes of organization but not others, requires understanding the contexts in which they are developed. It is argued here that, throughout the last century, two distinct approaches to the development and dissemination of technologies have coexisted. In each of these models, based on fundamentally different ethoi, technologies are developed through different processes and by different participants—and therefore tend to assume different shapes and offer different possibilities. In the first of these approaches, the dominant model in Western societies, technologies are typically developed by firms, manufactured in large factories, and subsequently disseminated to the rest of the population for consumption. In this centralized model, the role of users is limited to selecting from the alternatives presented by professional producers. Thus, according to this approach, the technologies that are now so deeply woven into human experience, are primarily shaped by a relatively small number of producers. In recent years, however, a group of three interconnected interest groups—the makers, hackerspaces, and open source hardware communities—have increasingly challenged this dominant model by enacting an alternative approach in which technologies are both individually transformed and collectively shaped. Through a in-depth analysis of these phenomena, their practices and ethos, it is argued here that the distributed approach practiced by these communities offers a practical path towards a democratization of the technosphere by: 1) demystifying technologies, 2) providing the public with the tools and knowledge necessary to understand and shape technologies, and 3) encouraging citizen participation in the development of technologies.

Experimental and modeling studies on reverse electrodialysis for sustainable power generation

A potentially renewable and sustainable source of energy is the chemical energy associated with solvation of salts. Mixing of two aqueous streams with different saline concentrations is spontaneous and releases energy. The global theoretically obtainable power from salinity gradient energy due to World’s rivers discharge into the oceans has been estimated to be within the range of 1.4-2.6 TW. Reverse electrodialysis (RED) is one of the emerging, membrane-based, technologies for harvesting the salinity gradient energy. A common RED stack is composed by alternately-arranged cation- and anion-exchange membranes, stacked between two electrodes. The compartments between the membranes are alternately fed with concentrated (e.g., sea water) and dilute (e.g., river water) saline solutions. Migration of the respective counter-ions through the membranes leads to ionic current between the electrodes, where an appropriate redox pair converts the chemical salinity gradient energy into electrical energy. Given the importance of the need for new sources of energy for power generation, the present study aims at better understanding and solving current challenges, associated with the RED stack design, fluid dynamics, ionic mass transfer and long-term RED stack performance with natural saline solutions as feedwaters. Chronopotentiometry was used to determinate diffusion boundary layer (DBL) thickness from diffusion relaxation data and the flow entrance effects on mass transfer were found to avail a power generation increase in RED stacks. Increasing the linear flow velocity also leads to a decrease of DBL thickness but on the cost of a higher pressure drop. Pressure drop inside RED stacks was successfully simulated by the developed mathematical model, in which contribution of several pressure drops, that until now have not been considered, was included. The effect of each pressure drop on the RED stack performance was identified and rationalized and guidelines for planning and/or optimization of RED stacks were derived. The design of new profiled membranes, with a chevron corrugation structure, was proposed using computational fluid dynamics (CFD) modeling. The performance of the suggested corrugation geometry was compared with the already existing ones, as well as with the use of conductive and non-conductive spacers. According to the estimations, use of chevron structures grants the highest net power density values, at the best compromise between the mass transfer coefficient and the pressure drop values. Finally, long-term experiments with natural waters were performed, during which fouling was experienced. For the first time, 2D fluorescence spectroscopy was used to monitor RED stack performance, with a dedicated focus on following fouling on ion-exchange membrane surfaces. To extract relevant information from fluorescence spectra, parallel factor analysis (PARAFAC) was performed. Moreover, the information obtained was then used to predict net power density, stack electric resistance and pressure drop by multivariate statistical models based on projection to latent structures (PLS) modeling. The use in such models of 2D fluorescence data, containing hidden, but extractable by PARAFAC, information about fouling on membrane surfaces, considerably improved the models fitting to the experimental data.

Structural and mechanistic studies of iron containing proteins

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, ramo de Bioquímica-Física, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Periplasmic nitrate reductases: structural and spectroscopic studies

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Bioquímica, especialidade Bioquímica-Física, pela Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa

Crystallographic and biochemical studies on dissimilatory sulfite reductases

Thesis dissertation presented to obtain a PhD degree in Biochemistry at Instituto de Tecnologia Química e Biológica, Universidade Nova de Lisboa

Active bionanoconjugates of laccase and gold nanoparticles: kinetic and structural studies

Thesis for the master degree in Structural and Functional Biochemistry

Kinetic, Structural, and EPR Studies Reveal That Aldehyde Oxidoreductase from Desulfovibrio gigas Does Not Need a Sulfido Ligand for Catalysis and Give Evidence for a Direct Mo-C Interaction in a Biological System

J. Am. Chem. Soc., 2009, 131 (23), pp 7990–7998 DOI: 10.1021/ja809448r

Electron transfer complex between nitrous oxide reductase and cytochrome c552 from Pseudomonas nautica: kinetic, nuclear magnetic resonance, and docking studies

Biochemistry. 2008 Oct 14;47(41):10852-62. doi: 10.1021/bi801375q

Structural and functional studies of PpcA: a key protein in the electron transfer pathways of Geobacter sulfurreducens

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Bioquímica, ramo de Biotecnologia

Migrant Remittances and Information Flows: Evidence from a Field Experiment*

Do information flows matter for remittance behavior? We design and implement a randomized control trial to quantitatively assess the role of communication between migrants and their contacts abroad on the extent and value of remittance flows. In the experiment, a random sample of 1,500 migrants residing in Ireland was offered the possibility of contacting their networks outside the host country for free over a varying number of months. We find a sizable, positive impact of our intervention on the value of migrant remittances sent. Our results exclude that the remittance effect we identify is a simple substitution effect. Instead, our analysis points to this effect being a likely result of improved information via factors such as better migrant control over remittance use, enhanced trust in remittance channels due to experience sharing, or increased remittance recipients’ social pressure on migrants.

Pyruvate kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase deficies and their association with malaria - population genetics and proteomic studies

A malária é reconhecida como uma das principais forças selectivas a actuar na história recente no genoma humano. Inúmeros polimorfismos genéticos têm sido descritos como protectores contra a gravidade da malária, como o alelo HbS (designado de traço falciforme) e o alelo G6PD A- (associado à deficiência de G6PD). Mais recentemente, também a deficiência de PK foi associada com a protecção contra a malária. Evidências desta associação foram obtidas em estudos com modelos de roedor e estudos in vitro utilizando GV humanos deficientes em PK. Até à data, não foram obtidos dados em populações humanas que revelem esta associação: ainda não foi identificada uma variante de PK com uma prevalência elevada em regiões endémicas de malária e não foram identificadas marcas de selecção na região do gene que codifica para a PK (gene PKLR). Além disso, os mecanismos subjacentes à protecção contra a malária por deficiências enzimáticas dos GV não estão bem esclarecidos. Assim, os objectivos do presente estudo foram: investigar os polimorfismos genéticos humanos com associação com a malária em Cabo Verde; pesquisar marcas de selecção da malária na região do gene PKLR em populações Africanas; determinar a frequência da deficiência em PK e identificar uma eventual variante da enzima que possa estar sob selecção positiva em regiões endémicas de malária; avaliar o efeito das duas deficiências enzimáticas (PK e G6PD) na invasão e maturação do parasita em culturas in vitro de Plasmodium usando GV normais e deficientes; e analisar o perfil proteómico de GV infectados e não infectados, normais e com deficiência (em PK e G6PD), bem como de parasitas isolados de GV tanto deficientes como normais. Em Cabo Verde (área epidémica), não foram identificadas marcas de selecção pela malária, através da análise dos vários polimorfismos. No entanto, quando a análise foi realizada em dois países endémicos (Angola e Moçambique), foram detectadas várias marcas de selecção: a genotipagem de microssatélites (STRs) e polimorfismos de base única (SNPs) localizados na vizinhança do gene PKLR revelou uma diferenciação consideravelmente maior entre as populações Africana e Europeia (Portuguesa), do que a diferenciação determinada aquando da utilização de marcadores genéticos neutros. Além disso, uma região genómica de maior amplitude apresentou um Desequilíbrio de Ligação (LD) significativo no grupo de malária não grave (e não no grupo de malária grave), sugerindo que a malária poderá estar a exercer pressão selectiva sobre a região do genoma humano que envolve o gene PKLR. No estudo que incidiu na determinação da prevalência da deficiência de PK no continente Africano (realizado em Moçambique), esta revelou-se elevada - 4,1% - sendo o valor mais elevado descrito até ao momento a nível mundial para esta enzimopatia. Na pesquisa de mutações que pudessem estar na causa deste fenótipo (baixa actividade de PK), foi identificada uma mutação não sinónima 829G>A (277Glu>Lys), significativamente associada à baixa actividade enzimática. Esta mutação foi também identificada em Angola, São Tomé e Príncipe e Guiné Equatorial, onde a frequência de portadores heterozigóticos foi entre 2,6 e 6,7% (valores que se encontram entre os mais elevados descritos globalmente para mutações associadas à deficiência em PK). Não foi possível concluir acerca da associação entre a deficiência de PK e o grau de severidade da malária e da associação entre o alelo 829A e a mesma, devido ao baixo número de amostras. Os resultados dos ensaios de invasão/maturação do parasita sugeriram que, nos GV com deficiência de PK ou G6PD, a invasão (onde está envolvida a membrana do GV hospedeiro e o complexo apical do parasita) é mais relevante para a eventual protecção contra a malária do que a maturação. Os resultados da análise proteómica revelaram respostas diferentes por parte do parasita nas duas condições de crescimento (GV com deficiência de PK e GV com deficiência de G6PD). Esta resposta parece ser proporcional à gravidade da deficiência enzimática. Nos parasitas que cresceram em GV deficientes em G6PD (provenientes de um indivíduo assintomático), a principal alteração observada (relativamente às condições normais) foi o aumento do número de proteínas de choque térmico e chaperones, mostrando que os parasitas responderam às condições de stress oxidativo, aumentando a expressão de moléculas de protecção. Nos parasitas que cresceram em condições de deficit de PK (GV de indivíduo com crises hemolíticas regulares, dependente de transfusões sanguíneas), houve alteração da expressão de um maior número de proteínas (relativamente ao observado em condições normais), em que a maioria apresentou uma repressão da expressão. Os processos biológicos mais representados nesta resposta do parasita foram a digestão da hemoglobina e a troca de proteínas entre hospedeiro e parasita/remodelação da superfície do GV. Além disso, uma elevada percentagem destas proteínas com expressão alterada está relacionada com as fendas de Maurer, que desempenham um papel importante na patologia da infecção malárica. É colocada a hipótese de que a protecção contra a malária em GV deficientes em PK está relacionada com o processo de remodelação da membrana dos GV pelo parasita, o que pode condicionar a invasão por novos parasitas e a própria virulência da malária. Os resultados da análise do proteoma dos GV contribuirão para confirmar esta hipótese.

Functional and structural studies of two enzymes: membrane bound kinase and Z-DNA/Z-RNA-binding protein

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Sistemas de Bioengenharia

Understanding the microbial ecology and ecophysiology of enhanced biological phosphorus removal processes through metabolic modelling and experimental studies

Dissertation to obtain the degree of Master in Chemical and Biochemical Engineering

Functional and structural studies of a mini-ferritin protein

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Bioquímica