Characterization of sol-gel matrices with entrapped cutinase

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Desenvolvimento e aplicação do algoritmo enxame de partículas na determinação da máxima injeção nodal em redes de energia elétrica

O objetivo desta dissertação é a determinação da máxima injeção nodal numa rede de energia elétrica, ou seja, qual o valor total máximo de potência ativa que é possível injetar e qual a sua distribuição pelos diversos nós da rede simultaneamente. Determinámos esta máxima injeção nodal em duas situações distintas: injeção não simultânea, injetando potência em um só nó de cada vez e injeção simultânea, injetando potência em todos os nós da rede simultaneamente. Sendo este um problema de natureza combinatória, utilizámos para esta determinação o algoritmo conhecido como nuvem ou enxame de partículas, adaptando-o ao nosso problema. Desenvolvemos o software na linguagem de programação Python utilizando o ambiente Eclipse. Para resolver o trânsito de energia utilizámos o programa PSSE University.Para os exemplos de aplicação utilizámos duas redes de energia elétrica, uma de 6 e outra de 14 barramentos. Estas redes foram baseadas nas redes IEEE 6 BUS e IEEE 14 BUS respetivamente. Concluímos que o algoritmo nuvem ou enxame de partículas cumpriu o objetivo traçado, obtendo as melhores soluções para cada um dos casos, máxima injeção nodal não simultânea e máxima injeção nodal simultânea. No contexto deste problema, o parâmetro chave do algoritmo, comprovado pelos ensaios feitos, é a velocidade máxima de deslocação das partículas, tomando valores típicos de 7 a 10 para a rede de 6 barramentos e de 20 a 25 para a de 14 barramentos.

Electrokinetic treatment of environmental matrices. Contaminants removal and phosphorus recovery

There is a need to develop viable techniques for removal and recovery organic and inorganic compounds from environmental matrices, due to their ecotoxicity, regulatory obligations or potential supplies as secondary materials. In this dissertation, electro –removal and –recovery techniques were applied to five different contaminated environmental matrices aiming phosphorus (P) recovery and/or contaminants removal. In a first phase, the electrokinetic process (EK) was carried out in soils for (i) metalloids and (ii) organic contaminants (OCs) removal. In the case of As and Sb mine contaminated soil, the EK process was additionally coupled with phytotechnologies. In a second phase, the electrodialytic process (ED) was applied to wastes aiming P recovery and simultaneous removal of (iii) toxins from membrane concentrate, (iv) heavy metals from sewage sludge ash (SSA), and (v) OCs from sewage sludge (SS). EK enhanced phytoremediation showed to be viable for the remediation of soils contaminated with metalloids, as although remediation was low, it combines advantages of both technologies while allowing site management. EK also proved to be an effective remediation technology for the removal and degradation of emerging OCs from two types of soil. Aiming P recovery and contaminants removal, different ED cell set-ups were tested. For the membrane concentrates, the best P recovery was achieved in a three compartment (3c) cell, but the highest toxin removal was obtained in a two compartment (2c) cell, placing the matrix in the cathode end. In the case of SSA the best approach for simultaneous P recovery and heavy metals removal was to use a 2c-cell placing the matrix in the anode end. However, for simultaneous P recovery and OCs removal, SS should be placed in the cathode end, in a 2c-cell. Overall, the data support that the selection of the cell design should be done case-by-case.

Development of Chitosan and Poly (Vinyl Alcohol) Blended scaffolds for cell culture using supercritical fluids technology

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Mestrado Integrado em Engenharia Química e Bioquímica

Development of biocompatible and “smart” porous structures using CO2-assisted processes

Dissertação apresentada para a obtenção do grau de Doutor em Engenharia Química, especialidade Engenharia da Reacção Química, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Estimation and hypothesis testing in mixed linear models

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Matemática, Estatística, pela Universidade Nova de Lisboa, faculdade de Ciências e Tecnologia

POST-PROCESSING TECHNIQUES SUITABILITY FOR MESOLEVEL FREE BOUNDARY FLOWS

Reliable flow simulation software is inevitable to determine an optimal injection strategy in Liquid Composite Molding processes. Several methodologies can be implemented into standard software in order to reduce CPU time. Post-processing techniques might be one of them. Post-processing a finite element solution is a well-known procedure, which consists in a recalculation of the originally obtained quantities such that the rate of convergence increases without the need for expensive remeshing techniques. Post-processing is especially effective in problems where better accuracy is required for derivatives of nodal variables in regions where Dirichlet essential boundary condition is imposed strongly. In previous works influence of smoothness of non-homogeneous Dirichlet condition, imposed on smooth front was examined. However, usually quite a non-smooth boundary is obtained at each time step of the infiltration process due to discretization. Then direct application of post-processing techniques does not improve final results as expected. The new contribution of this paper lies in improvement of the standard methodology. Improved results clearly show that the recalculated flow front is closer to the ”exact” one, is smoother that the previous one and it improves local disturbances of the “exact” solution.

Post-processing Techniques in Free Boundary Flows during Liquid Composite Moulding Processes

Post-processing a finite element solution is a well-known technique, which consists in a recalculation of the originally obtained quantities such that the rate of convergence increases without the need for expensive remeshing techniques. Postprocessing is especially effective in problems where better accuracy is required for derivatives of nodal variables in regions where Dirichlet essential boundary condition is imposed strongly. Consequently such an approach can be exceptionally good in modelling of resin infiltration under quasi steady-state assumption by remeshing techniques and with explicit time integration, because only the free-front normal velocities are necessary to advance the resin front to the next position. The new contribution is the post-processing analysis and implementation of the freeboundary velocities of mesolevel infiltration analysis. Such implementation ensures better accuracy on even coarser meshes, which in consequence reduces the computational time also by the possibility of employing larger time steps.

MASS CONSERVATION ENHANCEMENT OF FREE BOUNDARY FLOWS IN COMPOSITES MANUFACTURING

Undesirable void formation during the injection phase of the liquid composite molding process can be understood as a consequence of the non-uniformity of the flow front progression, caused by the dual porosity of the fiber perform. Therefore the best examination of the void formation physics can be provided by a mesolevel analysis, where the characteristic dimension is given by the fiber tow diameter. In mesolevel analysis, liquid impregnation along two different scales; inside fiber tows and within the spaces between them; must be considered and the coupling between these flow regimes must be addressed. In such case, it is extremely important to account correctly for the surface tension effects, which can be modeled as capillary pressure applied at the flow front. When continues Galerkin method is used, exploiting elements with velocity components and pressure as nodal variables, strong numerical implementation of such boundary conditions leads to ill-posing of the problem, in terms of the weak classical as well as stabilized formulation. As a consequence, there is an error in mass conservation accumulated especially along the free flow front. This article presents a numerical procedure, which was formulated and implemented in the existing Free Boundary Program in order to significantly reduce this error.

Development of 2-oxazoline-based hydrogels and porous polyester microparticles in scCO2

Thesis submitted to Faculdade de Ciências e Tecnologia from Universidade Nova de Lisboa in partial fulfillment of the requirements for the obtention of the degree of Master of Science in Biotechnology

Selective synthesis under microwave irradiation of new monomers for potential applications in PDLC films

Dissertation to obtain the degree of master in Bioorganic

Learning networks and moodle use in online courses: a social network analysis study

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Ciências da Educação Especialidade em Tecnologias, Redes e Multimédia na Educação e Formação

Gastric adenocarcinoma: contribute of computed tomography in preoperative T nad N staging

RESUMO:Os recentes progressos na imagiologia médica possibilitaram um papel de destaque para a Tomografia Axial Computorizada Multicorte no estadiamento do carcinoma do estômago (GA). Foi objetivo deste estudo avaliar a acuidade desta técnica no estadiamento T (invasão mural) e N (ganglionar) e avaliar fatores de prognóstico como fatores de representação/substituição para melhorar a referida acuidade. Sessenta e nove pacientes operados a carcinoma gástrico (GA) entre Janeiro de 2010 e Julho de 2012 e avaliados por Tomografia Computorizada, a maioria recorrendo a técnica de multicorte com distensão gástrica, foram estadiados retrospetivamente por três imagiologistas. Utilizaram-se critérios de avaliação referidos na literatura especializada e fatores de substituição/representação nos estadios menos eficazes. O estadiamento T revelou acuidade de 66,7% e sensibilidade de 92% e a acuidade, sensibilidade e especificidade obtidas para o estadiamento N foram respetivamente 49%, 40,9% e 64%. Usando um fator de substituição de estadiamento diagnóstico T4/N2 para mudar o estadiamento N2 obtido por MDCT para estadiamento N3A aumentaria a acuidade do estadiamento N para 59% e a sensibilidade para 58,1% e baixaria a especificidade para 61,5%, embora essa mudança não fosse estatisticamente significativa (Teste exato de Fisher 0,159). Em conclusão a acuidade de uma técnica simples de MDCT com distensão gástrica no estadiamento T e N do GA está dentro dos valores citados na literatura e fatores de substituição/representação como o estadiamento T4 e o tipo Difuso da classificação de Lauren podem melhorar a acuidade do estadiamento N.-------------- ABSTRACT: Recent innovations in medical sectional imaging have allowed a major role of multi-detector computed tomography (MDCT) in staging of gastric adenocarcinoma (GA). The purpose of this study was to evaluate the accuracy of this technique in depth of mural invasion (T) and nodal (N) staging of GA and to evaluate prognostic factors as surrogate factors to improve such accuracy. Sixty nine patients operated to GA between January 2010 and July 2012 that underwent Computed Tomography, the majority through Multidetector Computed Tomography (MDCT) with gastric distention, were staged retrospectively by three imagiologists with state-of-the-art criteria and surrogate prognostic factors were analyzed for less accurate stages. MDCT T-staging was 66,7 % accurate with a sensibility of 92 % and there was a 49 % accuracy, 40,9 % sensibility and 64 % specificity for N Staging. Using a surrogate factor of T4/N2 diagnostic staging to change diagnostic MDCT N2 disease to N3A disease would increase accuracy of N staging to 59% and sensibility to 58,1% and would decrease specificity to 61,5 %, although that change was not statistically significant (Fisher´s Exact Test 0,159)In conclusion the accuracy of a simple hydro-MDCT technique in T and N staging of GA is in the range of values cited in the literature and surrogate factors as diagnostic T4 disease and diffuse type of Lauren´s Classification may improve the accuracy of N staging.

Avaliação clínica na disfunção fronto-estriatal : movimento e cognição

RESUMO: Os circuitos fronto-estriatais constituem um sistema em ansa fechada que une diversas regiões do lobo frontal aos gânglios da base, participando, com outras áreas cerebrais, no controlo do movimento, cognição e comportamento. As Distonias Primárias, a Doença de Parkinson e a Hidrocefalia de Pressão Normal, são doenças do movimento caracterizadas por disfunção do circuito fronto-estriatal motor. A conectividade funcional entre as diversas ansas do sistema fronto-estriatal, permite prever que as doenças do movimento possam também acompanhar-se de sintomas da esfera cognitiva e comportamental, cuja avaliação seria importante no manejo diagnóstico e terapêutico dos doentes. Objectivos Os nossos objectivos foram avaliar, por estudos clínicos, a relação entre sintomas motores, cognitivos e comportamentais em três doenças do movimento com fisiopatologias diversas - distonias Primárias, Doença de Parkinson e Hidrocefalia de Pressão Normal - analisando os dados sob a perspectiva teórica fornecida pelo conhecimentos dos vários circuitos frontoestriatais. Os nossos objectivos específicos para cada doença foram: a) Distonias Primárias: avaliação de disfunção executiva em doentes com Distonia Primária e relação com a gravidade dos sintomas motores b) Doença de Parkinson: 1. avaliação breve das funções mentais nas fases iniciais da doença, incluindo análise longitudinal para determinação de factores preditivos para declínio cognitivo; 2. relação entre a função motora e cognitiva e a Perturbação do Comportamento do sono REM, incluindo análise longitudinal; 3.avaliação de sintomas psiquiátricos, de um ponto de vista global e especificamente com incidência sobre as Perturbações do Controlo do Impulso (PCI). c) Hidrocefalia de Pressão Normal: 1. caracterização das alterações da marcha, incluindo comparação com a Doença de Parkinson; 2. caracterização das alterações cognitivas e da relação entre estas e a disfunção da marcha; 3. estudo evolutivo das alterações da marcha e cognitiva em doentes submetido a cirurgia e doentes não submetidos a cirurgia. Métodos: A Distonia Primária, a Doença de Parkinson e a Hidrocefalia de Pressão Normal foram diagnosticadas segundo critérios clínicos validados. Sempre que justificado, foram recrutados grupos de controlo, com indivíduos sem doença, emparelhados para idade, sexo e grau de escolaridade. Os doentes foram avaliados com instrumentos de aplicação clinica directa, incluindo escalas de função motora, testes neuropsicológicos globais e dirigidos às funções executivas e escalas de avaliação psiquiátrica. Testes aplicados nas Distonias Primárias: Unified Dystonia Rating Scale, Wisconsin Card Sorting Test, teste de Stroop, teste de cubos da WAIS, Teste de Retenção Visual de Benton; na Doença de Parkinson: Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Frontal Assessment Battery (FAB), Mini-Mental State Examination (MMSE), REM-sleep behaviour disorder Questionnaire; Symptom Chek-list 90-R, Brief Psychiatric Rating Scale, FAS (fluência verbal lexical) Nomeação de Animais (Fluência verbal semântica), prova de repetição de dígitos (WAIS), Rey auditory verbal learning test, teste de Stroop, matrizes progressivas de Raven, Questionnaire for Impulsive-Compulsive Disorders; na HPN: prova cronometrada de marcha,MMSE, prova de memória imediata da WAIS, prova de repetição de dígitos (WAIS), FAB, desenho complexo de Rey, teste de Stroop, cancelamento de letras, teste Grooved Pegboard. Os doentes com HPN foram também submetidos a estudo imagiológico. A avaliação estatística foi adaptada às características de cada um dos estudos.Resultados Distonias Primárias: encontrámos défices de função executiva, envolvendo dificuldade na mudança entre sets cognitivos, bem como correlação significativa entre as pontuações nos testes cronometrados e a gravidade dos sintomas motores. Doença de Parkinson: os doentes com DP obtiveram pontuações significativamente inferiores na FAB e em sub-testes do MMSE (memória e função visuo-espacial). A pontuação no MMSE encontrava-se significativamente correlacionada com itens da função motora não relacionados com o tremor. A disfunção da marcha, a disartria, o fenótipo não tremorígeno, a presença de alucinações e pontuação abaixo do ponto de corte na MMSE, foram factores preditivos de demência na avaliação longitudinal. A rigidez e a disartria foram factores preditivos de declínio nas funções frontais. A disfunção frontal foi factor preditivo de declínio na pontuação do MMSE. Encontrámos uma prevalência elevada de RBD nas fases iniciais da DP, que o estudo longitudinal mostrou ser factor preditivo de declínio motor, nomeadamente por agravamento da bradicinésia. Encontrámos também uma prevalência elevada de sintomas psiquiátricos, nomeadamente psicose, depressão, ansiedade, somatização e sintomas obsessivo-compulsivos. As PCI não se encontravam relacionadas com o fenótipo motor, com as complicações motoras do tratamento dopaminérgico ou com a disfunção cognitiva. HPN: os doentes com HPN e os DP apresentaram um padrão disfunção da marcha semelhante, caraterizado por passos curtos, lentidão e dificuldades de equilíbrio, sendo os sintomas mais graves na HPN. Os doentes de Parkinson com maior duração de doença, maior dose de dopaminérgicos e fenótipo motor acinético-rígido apresentaram um padrão de disfunção da marcha de gravidade semelhante ao encontrado na HPN. As alterações vasculares da substância branca, em particular as encontradas na região frontal, encontravam-se negativamente correlacionadas com a melhoria da marcha após PL. O estudo das funções cognitivas mostrou um padrão de atingimento global, com valores mais baixos na cópia do desenho complexo de Rey. Os resultados nas provas de função cognitiva não se encontravam significativamente correlacionados com os resultados na prova da marcha. A progressão na disfunção da marcha encontrava-se relacionada com o tratamento não cirúrgico, idade superior na primeira avaliação, presença de lesões da substância branca, e presença de factores de risco vascular, ao passo que não foram encontrados factores que predissessem de modo significativo o agravamento da função cognitiva. Conclusões: Os resultados dos diversos estudos, evidenciam a presença de alterações cognitivas e comportamentais nas três doenças de movimento. O padrão destas alterações e o modo como estas se relacionaram com os sintomas motores variou de doença para doença. Nas Distonias primárias, a perseveração cognitiva poderá ser o sintoma correspondente à perseveração motora própria da doença, sugerindo disfunção no circuito dorso-lateral frontoestriatal. A correlação entre a gravidade motora da doença e o resultado nos testes cognitivos cronometrados, poderá ser o efeito da relação entre bradicinésia e bradifrenia. Na Doença de Parkinson, o espectro de alterações é mais acentuado, espelhando a disseminação do processo degenerativo no SNC. Para além dos sintomas de disfunção executiva, sugerindo disfunção das tês ansas não motoras, existem sinais de disfunção cognitiva global, estas com uma influência mais significativa no desenvolvimento da demência. A relação entre os diferentes sintomas motores e cognitivos é também complexa, embora se evidencie uma dissociação significativa entre o tremor, sem relação com os sintomas não motores, e os sintomas motores não tremorígenos, relacionados com o declínio cognitivo. Enquanto que a presença de RBD parece ser um factor preditivo de agravamento motor, os sintomas psiquiátricos, também muito frequentes, apresentam uma relação menos clara com a função motora. Destes, os sintomas obsessivo-compulsivos são aqueles que com mais frequência se atribuem a disfunção do sistema fronto-estriatal, nomeadamente da ansa orbito-frontal. As PCI também não mostraram ter relação com os sintomas motores ou cognitivos. Na HPN, é patente o carácter fronto-estriatal das alterações da marcha, demonstrado tanto na sua caracterização quanto no efeito deletério das lesões vasculares da substância branca do lobo frontal na recuperação da marcha após PL. As alterações cognitivas parecem ter um padrão mais difuso, o que talvez explique a falta de correlação com os sintomas motores - esta dissociação pode ser causada quer por diferença nos mecanismos fisiopatológicos quer por presença de comorbilidades cognitivas. --------- ABSTRACT: Fronto-striatal circuits constitute a closed loop system which connects different parts of the frontal lobes to the basal ganglia. They are engaged in motor, cognitive and behavioural control. Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal-Pressure Hydrocephalus are movement disorders caused by disturbance of the motor fronto-striatal circuit. The existence of cognitive and behavioural dysfunction in these movement disorders is predictable, given the functional connectivity between the several distinct loops of the circuit. Evaluation of cognitive and behavioural dysfunction in these three disorders is thus both of clinical and theoretical relevance. Objectives Our objectives were to evaluate, by clinical means, the relation between motor, cognitive and behavioural symptoms in three movement disorders with different pathophysiological backgrounds - Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal-Pressure Hydrocephalus - and to analyse the study results under the theoretical framework formed by present knowledge of the fronto-estriatal system. Specific objectives: a) Primary Dystonia: executive dysfunction assessment and correlation analysis with motor dysfunction severity; b) Parkinson's Disease: 1. brief cognitive assessment in the early stages of disease, including a longitudinal analysis for determination of predictive factors for cognitive decline; 2. to investigate the relation between RBD and cognitive and motor dysfunction, including a longitudinal analysis; 3. psychiatric symptom assessment, with particular incidence on Impulse Control Disorders; c) Normal-Pressure Hydrocephalus: 1. gait dysfunction characterization and comparison with Parkinson's Disease patients; 2. determination of cognitive dysfunction profile and its relation with gait dysfunction; 3. follow-up study of cognitive and motor outcome in patients submitted and not submitted to shunt surgery. Methods: Primary Dystonia, Parkinson's Disease and Normal Pressure Hydrocephalus were diagnosed according to clinically validate criteria. Where warranted, we recruited control groups formed by healthy individuals, matched for age, sex and educational level. Patients were evaluated with instruments of direct clinical application, including motor function scales, neuropsychological tests aimed at global and executive functions and psychiatric rating scales. Tests used in Primary Dystonia: Unified Dystonia Rating Scale, Wisconsin Card Sorting Test, Stroop Test, Cube Assembly test (WAIS), Benton’s Visual Retention Test; in Parkinson's Disease: Unified Parkinson's Disease Rating Scale, Frontal Assessment Battery (FAB) , Mini-mental State Examination (MMSE), REM-sleep behavior disorder Questionnaire, Symptom Check-list 90- R, Brief Psychiatric Rating Scale, FAS (phonetic verbal fluency), semantic verbal fluency test, digit span test (WAIS), auditory verbal learning test,Stroop test, Raven's progressive Matrices, Questionnaire for Impulsive-Compulsive Disorders; in NPH: timed walking test, MMSE, immediate memory task (WAIS), digit span test (WAIS), FAB, Rey’s Complex Figure test, Stroop test, letter cancellation test, Perdue Pegboard test. NPH patients were also subjected to an imaging study. Statistics were adapted to the characteristics of each study.Results: Primary Dystonia: we found set-shifting deficits as well as significant correlation between timed neuropsychological tests and dystonia severity. Parkinson's Disease: PD patients had significantly lower scores on the FAB and on the memory and visuo-spatial tests of the MMSE; MMSE scores were significantly correlated to non-tremor motor scores; gait dysfunction and speech scores, non-tremor motor phenotype, hallucinations and scores bellow cut-off on the MMSE were predictive of dementia at follow-up; speech and rigidity scores were predictive of frontal type decline; frontal dysfunction was predictivy of decline in MMSE scores; RBD bradykinesia worsening; psychiatric symptoms were prevalent, particularly Psychosis, Depression, Anxiety, Somatisation and Obsessive-Compulsive Symptoms; Impulse Control Disorders were unrelated to motor phenotype,motor side effects of dopamine treatment and executive function; NPH: gait dysfunction was worse in NPH when compared to PD patients, although the pattern was similarly characterized by slowness, short steps and disequilibrium; PD patients whose gait disturbance was as severe as that of NPH patients were characterized by longer disease duration, predominance of non-tremor motor scores, more advanced disease stage and higher dopamine dose; frontal white matter lesions correlated negatively with improvement after LP; cognitive function assessment revealed wide spread deficits, with lower results on the drawing of the complex figure of Rey, which were not significantly correlated to gait dysfunction; older age, white matter lesions and the presence of vascular risk factors were predictive factors for motor but not cognitive function worsening. Conclusion: Results from our studies highlight the presence of cognitive and behavioural dysfunction in all three movement disorders. Symptom pattern and the relation with ovement derangement varied according to the disease. In Primary Dystonia, set-shifting difficulties could be the cognitive counterpart of motor perseveration characteristic of this disorder, suggesting dysfunction of the dorso-lateral circuit. The relation between timed tests and dystonia severity could suggest a relation between bradyphrenia and bradykinesia in Primary Dystonia. In Parkinson's Disease patients, the spectrum of non-motor symptoms is wider, probably reflecting the spread of neurodegeneration beyond the fronto-striatal circuits. While frontal type deficits predominate, suggestive of dorso-lateral and orbito-frontal dysfunction, non-frontal deficits were also apparent in the initial stages of disease, and were predictive of dementia at follow-up. The relationship between cognitive and motor symptoms is complex, although the results strongly suggest a dissociation between tremor symptoms, which bore no relation with non-motor symptoms, and non-tremor symptoms,whichwas frequent, and a predictive factor for which were related with cognitive decline. While RBD was found to be a predictive factor for bradykinesia worsening, psychiatric symptoms, which were also frequent, showed no apparent relation with motor dysfunction. Relevant to our theoretical consideration was the high prevalence of OCS, which have been attributed to orbito-frontal dysfunction. As to the particular case of ICD, we found no relation either with motor or cognitive dysfunction. The fronto-striatal nature of gait dysfunction in NPH is suggest by the clinical characterization study and by the effects of frontal white matter lesions on gait recovery after LP, whereas cognitive dysfunction presented a more diffuse pattern, which could explain the lack or relation with gait assessment results and also the different outcome on the longitudinal study - this dissociation could be caused by a real difference in pathophysiological mechanisms or, in alternative, be due to the existence of cognitive comorbidities.

Smart macroporous structures for the purification of viral particles

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química e Bioquímica