Análise superficial em AFM de filmes finos com gradiente de composição em profundidade obtidos por codeposição catódica

Dissertação apresentada na Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Física

Avaliação da instabilidade de vertentes e processos de erosão superficial na zona de Castelo Branco, Furnas, ilha de São Miguel, Açores

A presente dissertação tem como objetivo identificar e avaliar os elementos de instabilidade geotécnica das vertentes e terrenos da zona do Vanzinho (Castelo Branco, Furnas, ilha de São Miguel), com vista a propor medidas de estabilização das vertentes e controlo da erosão superficial dos terrenos. Com este objetivo foi definida uma metodologia de trabalho em cinco etapas que consistiu: (i) a primeira etapa, no levantamento de dados bibliográficos, integração da informação geológica/geomorfológica em SIG (sistema de informação geográfica) e na observação e levantamento de campo das superfícies de instabilidade geotécnica; (ii) a segunda etapa, na recolha de amostras de solo, remexidas e não remexidas, para caracterização das propriedades físicas e mecânicas dos materiais; (iii) a terceira etapa, na realização de ensaios laboratoriais para a determinação das propriedades físicas e mecânicas dos solos e respetiva classificação; (iv) uma quarta etapa, que consistiu no tratamento estatístico multivariado de dados, nomeadamente, a aplicação dos métodos de análise fatorial das correspondências e de classificação hierárquica com vista à caracterização da tipologia dos materiais e eventual correlação com as evidências de instabilidade; (v) a quinta etapa consistiu na projeção de um conjunto de medidas estruturais e não estruturais (medidas biológicas) a implementar para a estabilização de vertentes e controlo dos processos de erosão superficial observados na área do Vanzinho. Para a estimação da distribuição espacial das diferentes tipologias de solo foi utilizado o método geoestatístico da krigagem multifásica. Para cada elemento de instabilidade cartografado foi criada uma ficha que caracteriza a tipologia da ocorrência, a dimensão, a forma e o coberto vegetal do meio envolvente. O trabalho realizado teve por base a integração de toda a informação num SIG, o que possibilita a atualização de eventuais novas ocorrências, bem como o fácil manuseamento e análise dos dados, a utilizar em trabalhos futuros.

Análise experimental das condições de escoamento superficial em zonas urbanas na presença de viaturas

As cheias em zonas urbanas representam um fenómeno natural que parece ocorrer cada vez com mais frequência, provocando muitas vezes a inundação de caves, estações de metropolitano e, em alguns casos extremos, a perda de vidas humanas. Estas cheias ocorrem quando os sistemas artificiais de recolha de águas pluviais deixam de ter capacidade de vazão suficiente para os caudais afluídos e parte do escoamento começa a fazer-se à superfície. Deste modo, o objetivo principal deste trabalho consiste na avaliação da influência que o grau de obstrução, causado pela presença de viaturas nas vias públicas, tem no agravamento das alturas de água nos arruamentos. Para isso, foram realizados ensaios laboratoriais num modelo à escala 1:12, nos quais se procurou simular as condições reais de escoamento de caudais de cheia, em vias urbanas. Os ensaios foram feitos para 20 cenários, para os quais se combinaram diferentes quantidades e disposições de veículos, a que correspondem diferentes graus de obstrução ao escoamento. Durante as medições das alturas de água, em todos os cenários, fizeram-se variar as inclinações do fundo entre 0,005 e 0,030 m/m para uma gama de caudais compreendida entre 10 e 40 m3/h. Posteriormente, com os valores das medições obtidas, inferiram-se quais os cenários mais críticos, ou seja, quais as situações onde se observaram maiores incrementos nas alturas de água de escoamento nos arruamentos. A partir da variação entre as alturas de escoamento do cenário base, sem a presença de veículos, e as alturas dos diferentes cenários com obstáculos, obtiveram-se as sobrelevações da altura de água, tanto em valor absoluto como em valor relativo. Por fim, mas não menos importante, procurou-se obter padrões e consequentemente relações entre os diversos parâmetros em estudo, principalmente a relação entre a percentagem de obstrução e a sobrelevação da altura de água nos arruamentos. Da análise dos resultados obtidos procurou-se por último extrair conclusões e tecer algumas recomendações tendo em vista a minimização de algumas consequências deste tipo de situações extremas.

Storage of water molecules into biomimetic heterostructures: the role of roughness

The development of devices based on heterostructured thin films of biomolecules conveys a huge contribution on biomedical field. However, to achieve high efficiency of these devices, the storage of water molecules into these heterostructures, in order to maintain the biological molecules hydrated, is mandatory. Such hydrated environment may be achieved with lipids molecules which have the ability to rearrange spontaneously into vesicles creating a stable barrier between two aqueous compartments. Yet it is necessary to find conditions that lead to the immobilization of whole vesicles on the heterostructures. In this work, the conditions that govern the deposition of open and closed liposomes of 1.2-dipalmitoyl-sn-Glycero-3-[Phospho-rac-(1-glycerol)] (sodium Salt) (DPPG) onto polyelectrolytes cushions prepared by the layer-by-layer (LbL) method were analyzed. Electronic transitions of DPPG molecules as well as absorption coefficients were obtained by vacuum ultraviolet spectroscopy, while the elemental composition of the heterostructures was characterized by x-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The presence of water molecules in the films was inferred by XPS and infrared spectroscopy. Quartz crystal microbalance (QCM) data analysis allowed to conclude that, in certain cases, the DPPG adsorbed amount is dependent of the bilayers number already adsorbed. Moreover, the adsorption kinetics curves of both adsorbed amount and surface roughness allowed to determine the kinetics parameters that are related with adsorption processes namely, electrostatic forces, liposomes diffusion and lipids re-organization on surface. Scaling exponents attained from atomic force microscopy images statistical analysis demonstrate that DPPG vesicles adsorption mechanism is ruled by the diffusion Villain model confirming that adsorption is governed by electrostatic forces. The power spectral density treatment enabled a thorough description of the accessible surface of the samples as well as of its inner structural properties. These outcomes proved that surface roughness influences the adsorption of DPPG liposomes onto surfaces covered by a polyelectrolyte layer. Thus, low roughness was shown to induce liposome rupture creating a lipid bilayer while high roughness allows the adsorption of whole liposomes. In addition, the fraction of open liposomes calculated from the normalized maximum adsorbed amounts decreases with the cushion roughness increase, allowing us to conclude that the surface roughness is a crucial variable that governs the adsorption of open or whole liposomes. This conclusion is fundamental for the development of well-designed sensors based on functional biomolecules incorporated in liposomes. Indeed, LbL films composed of polyelectrolytes and liposomes with and without melanin encapsulated were successfully applied to sensors of olive oil.