Modelagem dos efeitos da irradiação luminosa no cérebro de camundongos e rastreamento de neurônios durante experimentos de microscopia de fluorescência

The fluorescent proteins are an essential tool in many fields of biology, since they allow us to watch the development of structures and dynamic processes of cells in living tissue, with the aid of fluorescence microscopy. Optogenectics is another technique that is currently widely used in Neuroscience. In general, this technique allows to activate/deactivate neurons with the radiation of certain wavelengths on the cells that have ion channels sensitive to light, at the same time that can be used with fluorescent proteins. This dissertation has two main objectives. Initially, we study the interaction of light radiation and mice brain tissue to be applied in optogenetic experiments. In this step, we model absorption and scattering effects using mice brain tissue characteristics and Kubelka-Munk theory, for specific wavelengths, as a function of light penetration depth (distance) within the tissue. Furthermore, we model temperature variations using the finite element method to solve Pennes’ bioheat equation, with the aid of COMSOL Multiphysics Modeling Software 4.4, where we simulate protocols of light stimulation tipically used in optogenetics. Subsequently, we develop some computational algorithms to reduce the exposure of neuron cells to the light radiation necessary for the visualization of their emitted fluorescence. At this stage, we describe the image processing techniques developed to be used in fluorescence microscopy to reduce the exposure of the brain samples to continuous light, which is responsible for fluorochrome excitation. The developed techniques are able to track, in real time, a region of interest (ROI) and replace the fluorescence emitted by the cells by a virtual mask, as a result of the overlay of the tracked ROI and the fluorescence information previously stored, preserving cell location, independently of the time exposure to fluorescent light. In summary, this dissertation intends to investigate and describe the effects of light radiation in brain tissue, within the context of Optogenetics, in addition to providing a computational tool to be used in fluorescence microscopy experiments to reduce image bleaching and photodamage due to the intense exposure of fluorescent cells to light radiation.

Degradação de paracetamol empregando tecnologia oxidativa avançada baseada em fotocatálise heterogênea usando irradiação artificial e solar

In this work, the oxidation and mineralization of paracetamol, based in an advanced oxidative process promoted by heterogeneous photocatalysis, was evaluated. The action of two photocatalysts (titanium dioxide, and a composite based on the association between titanium dioxide and zinc phthalocyanine dye) was studied. First of all, experiments in laboratory scale were performed using as radiation font a 400 W high pressure mercury lamp. The mineralization of paracetamol, promoted by both photocatalysts, was evaluated working with 4L of solution containing 10 mg L-1 of paracetamol and 100 mg L-1 of photocatalyst. To find the best experimental conditions, the influence of hydrogen peroxide concentration and pH was evaluated for the reactions. The best results for the reactions in laboratory scale was obtained using 33,00 mg L-1 of hydrogen peroxide in natural pH (6,80). Under these conditions, 100% oxidation was reached in just 40 minutes of reaction using TiO2 P25, while the mineralization was 78%. Using the composite, the mineralization was 63% in 2 hours of reaction and a oxidation of almost 100% was reached after 60 minutes. A CPC reactor (compound parabolic concentrator) was employed in the expanded work scale, using the sun as irradiation source. In this case the experiments were performed using 50 L of aqueous solution containing 10 mg L-1 of paracetamol and 100 mg L-1 of photocatalyst. The assays were done at pH 3,00 and natural pH (6,80). The used concentration of hydrogen peroxide was 33,00 mg L-1, adopted after laboratory scale studies. The reaction at pH 3,00 shows to be more advantageous, since under natural pH (6,80), the use of deionized water was necessary to prepare the solutions, probably because the deleterious action of carbonate ions, known hydroxyl radical scavengers. Using solar irradiation, the reaction mediated by the composite was more efficient when compared with the assays under laboratory scale since the composite presents the advantage of promoting a better use of visible radiation. Under these conditions, the mineralization increased from 40% to 56% under pH 3,00. At natural pH the oxidation occurred more slowly and the mineralization decreased from 56% to 50%. Thus, the use of pH 3,00 will be more interesting in real scale applications, even if it is necessary the pH correction before the discard of the treated effluent to the environment.

Projeto e desenvolvimento de um sistema de irradiação multipropósito com diagnóstico de feixes para o acelerador de partículas cíclotron CV 28

O projeto e desenvolvimento de uma nova linha de feixe dotada de um sistema que viabilize a irradiação no Cíclotron CV-28 do Instituto de Engenharia Nuclear de alvos extensos e de geometria variável tornaram-se necessário para a realização de estudos e desenvolvimento de aplicações de técnicas nucleares e análises de materiais por ativação em condições de irradiação até então não disponíveis. Este sistema que poderá ser utilizado em irradiações com feixes de prótons, alfas, deutério e hélions (He3) a energias variáveis, é composto por dispositivos de: proteção, interceptação, colimação e medição da intensidade do feixe, de forma a possibilitar a realização de irradiações em condições controláveis e reprodutíveis. Para tanto, peças em alumínio e PVC-foram usinadas de forma a construir os componentes do sistema, notadamente colimadores com 13mm e 9mm de diâmetro, um dispositivo de colimação de quatro setores, um "beam stop", duas flanges de isolamento elétrico e um porta alvo (com janela degradadora). Identificou-se também a necessidade de se dotar o sistema aqui desenvolvido de um circuito de refrigeração próprio à água deionizada que é responsável pela refrigeração de todos os seus componentes que possam ter contato com o feixe. O sistema conta ainda com conexões para vácuo, que possibilitam fazer um pré-vácuo em sua câmara de irradiação, de forma que a mesma possa interligada a linha de transporte de feixe de Cíclotron CV-28, sem causar danos ao vácuo do mesmo. A condição para se fazer esta interligação é a obtenção de um pré-vácuo no ordem de 10-4 torr. Os resultados experimentais obtidos com a realização de irradiações de alvos metálicos especialmente desenvolvidos para testar o sistema, que é tema da presente dissertação, atestam a confiabilidade e reprodutibilidade das condições de irradiação, o que viabilizam o desenvolvimento e emprego de novas unidades de irradiação a serem incorporadas ao mesmo. Esse sistema de irradiação já está sendo utilizado na linha 2 do CV-28

Hidrógeis de Poli(N-Vinil 2-Pirrolidona) com nano argilas laponite RD sinterizados por irradiação gama

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Otimização da extração de ergosterol assistida por microondas a partir de Agaricus bisporus L., aplicando a técnica estatística de superfície e resposta combinada com a técnica de HPLC-UV

O aumento de consumo de cogumelos tem-se verificado em todo o mundo, não só pelo seu valor nutricional, sabor apurado e textura, mas também pelas suas propriedades medicinais. Existem vários estudos científicos que descrevem os benefícios do consumo de cogumelos, que advêm da sua riqueza em compostos bioativos, tais como micosteróis, em particular, ergosterol. Agaricus bisporus L. é o cogumelo mais consumido em todo o mundo, sendo a sua fração de esteróis constituída essencialmente por ergosterol (90%) [1], tornando a sua extração um tópico de elevado interesse já que esta molécula apresenta elevado valor comercial e inúmeras aplicações nas indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Segundo a literatura, o teor de ergosterol pode variar entre 3 e 9 mg por g de cogumelo seco. Atualmente, os métodos tradicionais tais como a maceração e a extração em Soxhlet estão a ser substituídos por metodologias emergentes, nomeadamente a extração assistida por microondas, visando diminuir a quantidade de solvente utilizado e o tempo de extração e, naturalmente, aumentar o rendimento da mesma. No presente trabalho, utilizou-se A. bisporus como fonte de ergosterol, tendo-se otimizado as seguintes variáveis relevantes para a sua extração pela tecnologia de microondas (MAE): tempo (0-20 min), temperatura (60-210 ºC) e razão sólido-líquido (1-20 g/L). O solvente utilizado foi o etanol tendo-se aplicado a técnica estatística de superfície de resposta por forma a gerar modelos matemáticos que permitissem maximizar a resposta e otimizar as variáveis que afetam a extração de ergosterol. O conteúdo em ergosterol foi monitorizado por HPLC-UV. Os resultados demonstraram que a técnica MAE é promissora para a extração de ergosterol, tendo-se obtido, para as condições ótimas (20,4 min, 121,5ºC e 1,6 g/L), 569,4 mg ergosterol/100 g de massa seca, valor similar ao obtido com extração convencional por Soxhlet (671,5±0,5 mg/100 g de massa seca). Em síntese, a extração assistida por microondas demonstrou ser uma tecnologia eficiente para maximizar o rendimento de extração em ergosterol.

Valorização e conservação de cogumelos silvestres: irradiação por feixe de eletrões

A elevada perecibilidade é uma característica dos cogumelos consumidos em fresco. Assim, torna-se necessária a aplicação de tecnologias eficazes de conservação, permitindo a sua preservação e protegendo, simultaneamente, a sua composição química e valor nutricional. A secagem, apesar de ser uma técnica bastante utilizada, permite o desenvolvimento de bactérias e fungos que têm a capacidade de sobreviver por longos períodos de tempo em alimentos secos; provoca ainda a perda de alguns nutrientes e promove reações enzimáticas e não enzimáticas que levam ao escurecimento do alimento e, também, à oxidação de lípidos e vitaminas [1]. A irradiação surge, como uma alternativa de conservação de alimentos, garantindo a sua qualidade e estando a sua utilização regulamentada na U.E. para vários produtos alimentares [2]. Neste trabalho, avaliaram-se os efeitos da irradiação com feixe de eletrões e do tempo de armazenamento nos parâmetros nutricionais e químicos de amostras silvestres de Macrolepiota procera (Scop.) Singer, previamente submetidas a secagem (em estufa a 30 ºC).

Avaliação dos efeitos da irradiação na composição química e bioatividade de plantas usadas na indústria farmacêutica e/ou alimentar

Algumas plantas são uma fonte natural de compostos bioativos, tais como polifenóis, vitaminas, carotenóides e ácidos gordos insaturados. Esta diversidade de biomoléculas permite a sua utilização em diversas áreas, especialmente como aditivos alimentares e ingredientes naturais para promoção da saúde. Estes fitoquímicos têm sido utilizados na industria farmacêutica, bem como na formulação de suplementos dietéticos, alimentos funcionais e nutracêuticos. No entanto, a utilização de matérias-primas de boa qualidade microbiológica é um dos requisitos essenciais na indútria, uma vez que os microrganismos podem contaminar o produto final, levando à sua deterioração. Assim, a irradiação é creditada para que a sua aplicação seja permitida em ingredientes secos, sendo cada vez mais reconhecida mundialmente, devido à eficiência na redução das perdas causadas por processos fisiológicos naturais (brotamento, maturação e envelhecimento), para eliminar ou reduzir microorganismos, parasitas e pragas, sem que ocorra qualquer alteração (química ou organoléptica) no alimento, tornando-o mais seguro para o consumidor [1-3]. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da aplicação de diferentes doses de radiação gama e feixe de eletrões na composição química e bioatividade de várias plantas (Ginkgo biloba L., Melissa officinalis L., Melittis melissophyllum L., Mentha piperita L., Aloysia citrodora Palàu, Arenaria montana L. e Thymus vulgaris L.).

Influência do uso de combustíveis alternativos na síntese por combustão via microondas para a produção de materiais cerâmicos com estrutura espinélio

The development and study of detectors sensitive to flammable combustible and toxic gases at low cost is a crucial technology challenge to enable marketable versions to the market in general. Solid state sensors are attractive for commercial purposes by the strength and lifetime, because it isn t consumed in the reaction with the gas. In parallel, the use of synthesis techniques more viable for the applicability on an industrial scale are more attractive to produce commercial products. In this context ceramics with spinel structure were obtained by microwave-assisted combustion for application to flammable fuel gas detectors. Additionally, alternatives organic-reducers were employed to study the influence of those in the synthesis process and the differences in performance and properties of the powders obtained. The organic- reducers were characterized by Thermogravimetry (TG) and Derivative Thermogravimetry (DTG). After synthesis, the samples were heat treated and characterized by Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), X-ray Diffraction (XRD), analysis by specific area by BET Method and Scanning Electron Microscopy (SEM). Quantification of phases and structural parameters were carried through Rietveld method. The methodology was effective to obtain Ni-Mn mixed oxides. The fuels influenced in obtaining spinel phase and morphology of the samples, however samples calcined at 950 °C there is just the spinel phase in the material regardless of the organic-reducer. Therefore, differences in performance are expected in technological applications when sample equal in phase but with different morphologies are tested

Simulación de calentamiento de manganitas mediante microondas

Las microondas han sido utilizadas para calentar, además de alimentos, a cerámicos y polímeros una aproximación que sigue comúnmente para describir el calentamiento de esos materiales es suponer que la contibución resistiva es nula, y que la única aportación de energía es dieléctrica