Improving silicon probe performance through layer-by-layer coating

Fully comprehending brain function, as the scale of neural networks, will only be possi-ble with the development of tools by micro and nanofabrication. Regarding specifically silicon microelectrodes arrays, a significant improvement in long-term performance of these implants is essential. This project aims to create a silicon microelectrode coating that provides high-quality electrical recordings, while limiting the inflammatory response of chronic implants. To this purpose, a combined chitosan and gold nanoparticles coating was produced allied with electrodes modification by electrodeposition with PEDOT/PSS in order to reduce the im-pedance at 1kHz. Using a dip-coating mechanism, the silicon probe was coated and then charac-terized both morphologically and electrochemically, with focus on the stability of post-surgery performance in anesthetized rodents. Since not only the inflammatory response analysis is vital, the electrodes recording degradation over time was also studied. The produced film presented a thickness of approximately 50 μm that led to an increase of impedance of less than 20 kΩ in average. On a 3 week chronic implant, the impedance in-crease on the coated probe was of 641 kΩ, compared with 2.4 MΩ obtained for the uncoated probe. The inflammatory response was also significantly reduced due to the biocompatible film as proved by histological tests.

Presença e influência dos contraiões em filmes automontados

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Física, especialidade de Engenharia de Superfícies, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

Polímeros electrocrómicos confinados em sistemas mesoporosos

Esta dissertação teve como principal objectivo a síntese de materiais híbridos constituídos por polímeros electrocrómicos incorporados em sílicas mesoporosas e nanotubos de carbono. Esses materiais foram utilizados na construção de dispositivos electrocrómicos que foram caracterizados por voltametria cíclica e espectroelectroquímica. Foram sintetizados os polímeros poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno (P1), poli (3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno-co-(3,4-dimetoxi)-tiofeno (P2), poli (3,4-(etilenodioxi)-tiofeno (P3) e o polímero Poli (3-metil)-tiofeno (P4) de maneira a serem utilizados como modelo. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN e/ou Infravermelho e análise elementar. Posteriormente foram impressos em eléctrodos de PET-ITO ou vidro-FTO, caracterizados e construídos dispositivos electrocrómicos de acordo com o know-how da empresa Ynvisible®. Os materiais híbridos foram sintetizados utilizando o método ship-in-a-bottle. O material híbrido H3 (PEDOT@MCM-41) foi obtido de maneira análoga ao polímero P3 (PEDOT) utilizando 10 equivalentes de catalisador após optimização. Este material híbrido foi depositado em eléctrodos de vidro-FTO, construídos dispositivos electrocrómicos e caracterizados de maneira a comparar com o polímeros previamente sintetizados. Comparando o desempenho do polímero com o seu respectivo híbrido é possível observar um aumento de eficiência de coloração do material híbrido relativamente ao dispositivo com o polímero livre. Os dispositivos do material H3, na experiência de durabilidade, mantiveram-se funcionais durante 10000 ciclos comparativamente a 2000 ciclos dos dispositivos com PEDOT. Na experiência de SEM do material híbrido H3 foi possível observar uma grande quantidade de polímero formada no exterior do material mesoporoso MCM-41. De maneira a minimizar essa quantidade de polímero foram delineadas algumas estratégias de síntese, uma delas pelo método de sublimação. Esta estratégia originou um material híbrido onde o polímero se situava maioritariamente nos poros da sílica MCM-41, mas não apresenta actividade electrocrómica. Ainda nesta dissertação, e com o objectivo de serem misturados com nanotubos de carbono foi sintetizado o polímero funcionalizado com pireno: poli ((3,4-etilenodioxi)-tiofeno-pireno-co-3,4-(2-etilhexiloxi)-tiofeno), utilizando uma proporção de 1:10 (P6.1) e na proporção 1:6 (P6.2) do monómero EDOT-Pireno em relação ao monómero (3,4-(2-etilhexiolxi)-tiofeno. Os polímeros foram caracterizados por 1H-RMN, UV-Vis e voltametria cíclica.

Nanostructuring silicon probes via electrodeposition: characterization of electrode coatings for acute in vivo neural recordings

Understanding how the brain works will require tools capable of measuring neuron elec-trical activity at a network scale. However, considerable progress is still necessary to reliably increase the number of neurons that are recorded and identified simultaneously with existing mi-croelectrode arrays. This project aims to evaluate how different materials can modify the effi-ciency of signal transfer from the neural tissue to the electrode. Therefore, various coating materials (gold, PEDOT, tungsten oxide and carbon nano-tubes) are characterized in terms of their underlying electrochemical processes and recording ef-ficacy. Iridium electrodes (177-706 μm2) are coated using galvanostatic deposition under different charge densities. By performing electrochemical impedance spectroscopy in phosphate buffered saline it is determined that the impedance modulus at 1 kHz depends on the coating material and decreased up to a maximum of two orders of magnitude for PEDOT (from 1 MΩ to 25 kΩ). The electrodes are furthermore characterized by cyclic voltammetry showing that charge storage capacity is im-proved by one order of magnitude reaching a maximum of 84.1 mC/cm2 for the PEDOT: gold nanoparticles composite (38 times the capacity of the pristine). Neural recording of spontaneous activity within the cortex was performed in anesthetized rodents to evaluate electrode coating performance.

Desperdício de medicamentos em ambiente hospitalar : identificação dos pontos críticos no circuito, impacto no consumo de recursos e estratégias de controlo

RESUMO - Numa época de constrangimento orçamental, os hospitais do SNS vêm-se na obrigação de melhorar a eficiência de utilização dos recursos disponíveis, por forma a contribuir para o seu equilíbrio financeiro. Cabe a cada prestador analisar a sua posição, avaliar as suas oportunidades e adoptar estratégias que a curto, médio ou longo prazo se traduzam numa efetiva melhoria na eficiência. A análise e o controlo do desperdício associado à prestação de cuidados de saúde apresentam-se, globalmente, como uma dessas oportunidades. Neste trabalho são exploradas oportunidades de redução de desperdício em medicamentos, numa perspectiva meramente operacional, a nível das funções desempenhadas pelos Serviços Farmacêuticos (SF). No hospital em estudo acompanhou-se as diferentes linhas de produção dos SF, nomeadamente as tarefas envolvidas no processo de Distribuição Individual Diária em Dose Unitária, na distribuição de medicamentos para o Serviço de Urgências (SU) e na preparação de citotóxicos e imunomoduladores para o Hospital de Dia de Oncologia. Durante o ano de 2013, os SF devolveram aos fornecedores 0,07% e abateram 0,05% da despesa em medicamentos. A análise dos erros de medicação registados reflete o tipo de distribuição adotado para a maioria dos serviços de internamento do hospital. As melhorias encontradas a este nível passam pelo reforço de recursos humanos a desempenhar as tarefas de dispensa de medicamentos mas também pela implementação de uma cultura de registo de erros e acidentes, baseada no sistema de informação, para que se consiga quantificar o desperdício associado e agir com vista à optimização do circuito. A relação entre o método de distribuição adotado para o SU e a utilização do medicamento neste serviço foi apenas investigada para os medicamentos de registo individual de administração. Foi determinado um índice de eficiência de utilização de 67,7%, entre o dispensado e o administrado. Às discrepâncias encontradas está associado um custo de 32 229,6 € para o ano de 2013. Constatou-se também que, a nível do consumo de citotóxicos e imunomoduladores houve, durante o mês de abril de 2013, um índice de desperdício médio de 14,7%, entre o prescrito e o consumido, que se traduziu num custo do desperdício mensal de 13 070,9 €. Com base no desperdício mensal estimou-se que o desperdício anual associado à manipulação de citotóxicos e imunomoduladores deverá corresponder a 5,5% da despesa anual do serviço com estes medicamentos. Não obstante as limitações encontradas durantes o trabalho, e parte do desperdício apurado ser inevitável, demonstrou-se que o desperdício em medicamentos pode traduzir-se numa fatia não negligenciável mas controlável da despesa do hospital em estudo. No seguimento do seu conhecimento, a sua contenção pode ter um impacto na redução de despesa a curto-médio prazo, sem a necessidade de racionamento da utilização de medicamentos e sem alterar os padrões de qualidade assistencial exigidos pela tutela e pelos doentes. Por último, são apresentadas recomendações para a redução do desperdício em medicamentos, adequadas a cada uma das dimensões analisadas.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

Caracterização de filmes poliméricos para conversão de energia solar em energia eléctrica

Os polímeros são materiais de grande interesse científico e tecnológico já que podem ser utilizados no desenvolvimento de dispositivos para aplicação em electrónica e fotónica. Tendo em conta a sua aplicação em dispositivos de conversão de energia solar em energia eléctrica, o estudo das propriedades eléctricas e ópticas de filmes destes materiais, quando irradiados por radiação ultravioleta e visível, é fundamental. Neste trabalho caracterizaram-se as propriedades eléctricas e ópticas de filmes finos obtidos pelas técnicas de derramamento e de camada-por-camada (Layer-by-Layer (LbL)) obtidos a partir do poli(cloreto de xilideno tetrahidrotiofeno) (PTHT) que após aquecimento é convertido em poli(p-fenileno vinileno) (PPV). Assim, e através da técnica de derramamento, foram preparados filmes sobre suportes sólidos com eléctrodos interdigitais de forma a proceder à medição da condutividade em modo de corrente alternada (AC), isto é, à medição da resistência e da capacidade em função da frequência. Verificou-se, portanto, que a presença de luz leva à formação de portadores de carga, ou seja, na presença de luminosidade os filmes apresentam uma menor capacitância e resistência, para além de degradar o material. Esta degradação foi verificada, também, a partir da espectrofotometria de Ultravioleta-Visível (UV-Vis) e de infravermelho (IV). Medições de condutividade de volume, isto é, colocando os filmes entre eléctrodos paralelos de funções de trabalho diferentes, permitiram traçar as curvas características e verificar que os dispositivos obtidos se comportam como díodos. Recorreu-se, também, a técnicas de espectrofotometria de ultravioleta do vácuo (VUV) e UV-Vis para caracterizar filmes LbL obtidos a partir do PTHT e de um polieletrólito comum o poli(estireno sulfonado) (PSS) antes e após aquecimento. Os espectros obtidos, após análise dos picos, mostram que a técnica de VUV é a técnica indicada para analisar a conversão do PTHT em PPV. Este trabalho permitiu concluir que as propriedades eléctricas e ópticas destes filmes, estão dependentes da presença de luminosidade, de oxigénio e da humidade relativa pelo que dispositivos obtidos a partir deste polímero devem ser, sempre, encapsulados.

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.