Reversible current power supply for fast-field cycling nuclear magnetic resonance equipment

The Fast Field-Cycling Nuclear Magnetic Resonance (FFC-NMR) is a technique used to study the molecular dynamics of different types of materials. The main elements of this equipment are a magnet and its power supply. The magnet used as reference in this work is basically a ferromagnetic core with two sets of coils and an air-gap where the materials' sample is placed. The power supply should supply the magnet being the magnet current controlled in order to perform cycles. One of the technical issues of this type of solution is the compensation of the non-linearities associated to the magnetic characteristic of the magnet and to parasitic magnetic fields. To overcome this problem, this paper describes and discusses a solution for the FFC-NMR power supply based on a four quadrant DC/DC converter.

Monitoring the ex-vivo expansion of human mesenchymal stem/stromal cells in xeno-free microcarrier-based reactor systems by MIR spectroscopy

Human mesenchymal stem/stromal cells (MSCs) have received considerable attention in the field of cell-based therapies due to their high differentiation potential and ability to modulate immune responses. However, since these cells can only be isolated in very low quantities, successful realization of these therapies requires MSCs ex-vivo expansion to achieve relevant cell doses. The metabolic activity is one of the parameters often monitored during MSCs cultivation by using expensive multi-analytical methods, some of them time-consuming. The present work evaluates the use of mid-infrared (MIR) spectroscopy, through rapid and economic high-throughput analyses associated to multivariate data analysis, to monitor three different MSCs cultivation runs conducted in spinner flasks, under xeno-free culture conditions, which differ in the type of microcarriers used and the culture feeding strategy applied. After evaluating diverse spectral preprocessing techniques, the optimized partial least square (PLS) regression models based on the MIR spectra to estimate the glucose, lactate and ammonia concentrations yielded high coefficients of determination (R2 ≥ 0.98, ≥0.98, and ≥0.94, respectively) and low prediction errors (RMSECV ≤ 4.7%, ≤4.4% and ≤5.7%, respectively). Besides PLS models valid for specific expansion protocols, a robust model simultaneously valid for the three processes was also built for predicting glucose, lactate and ammonia, yielding a R2 of 0.95, 0.97 and 0.86, and a RMSECV of 0.33, 0.57, and 0.09 mM, respectively. Therefore, MIR spectroscopy combined with multivariate data analysis represents a promising tool for both optimization and control of MSCs expansion processes.

Fast unsupervised technique for extraction of endmembers spectra from hyperspectral data

One of the most challenging task underlying many hyperspectral imagery applications is the linear unmixing. The key to linear unmixing is to find the set of reference substances, also called endmembers, that are representative of a given scene. This paper presents the vertex component analysis (VCA) a new method to unmix linear mixtures of hyperspectral sources. The algorithm is unsupervised and exploits a simple geometric fact: endmembers are vertices of a simplex. The algorithm complexity, measured in floating points operations, is O (n), where n is the sample size. The effectiveness of the proposed scheme is illustrated using simulated data.

Fast unsupervised extraction of endmembers spectra from hyperspectral data

Linear unmixing decomposes an hyperspectral image into a collection of re ectance spectra, called endmember signatures, and a set corresponding abundance fractions from the respective spatial coverage. This paper introduces vertex component analysis, an unsupervised algorithm to unmix linear mixtures of hyperpsectral data. VCA exploits the fact that endmembers occupy vertices of a simplex, and assumes the presence of pure pixels in data. VCA performance is illustrated using simulated and real data. VCA competes with state-of-the-art methods with much lower computational complexity.

Simulação de um processo de pirólise rápida de biomassa

Mestrado em Engenharia Química - Ramo Optimização Energética na Indústria Química

Simultaneous quantitation of serum HBV DNA and HBeAg can distinguish between slow and fast viral responses to antiviral therapy in patients with chronic hepatitis B

BACKGROUND: The quantitation of serum HBeAg is not commonly used to monitor viral response to therapy in chronic hepatitis B. METHODS: In this study, 21 patients receiving varying therapies were followed and their viral response monitored by concomitant viral load and HBeAg quantitation in order to study the meaning and the kinetics of both parameters. RESULTS: It was possible to distinguish between three different patterns of viral response. The first was characterized by a simultaneous decrease in serum HBV DNA and HBeAg. The second pattern was characterized by a decrease in serum HBeAg but persistent detection of HBV DNA. The third pattern was characterized by undetectable HBV DNA with persistent HBeAg positivity, which points to a non-response (Pattern III-B) except when HBeAg levels showed a slow but steady drop, characterizing a "slow responder" patient (Pattern III-A). CONCLUSIONS: The first pattern is compatible with a viral response. A long-term HBeAg seropositivity with a slow and persistent decrease (Pattern III-A) is also compatible with a viral response and calls for a prolongation of anti-viral treatment.

Fast start finance. Um compromisso internacional para combate às alterações climáticas

Dissertação apresentada para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Ciência Política e Relações Internacionais na área de especialização em Globalização e Ambiente

Acetalização de glicerol e fenilacetaldeído assistida por pervaporação em reactor de membrana catalítica

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

Fast screening for diagnostic of heart ischemic episodes

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Química Sustentável

Comparação entre os métodos de Ziehl-Neelsen modificado e Acid-Fast-Trichrome para a pesquisa fecal de Cryptosporidium parvum e Isospora belli

Devido a crescente importância dos coccídios intestinais (Cryptosporidium, Isospora e Cyclospora) como parasitos oportunistas, é fundamental para os laboratórios diferenciar morfologicamente estes protozoários; a técnica de Ziehl-Neelsen modificada (ZNm) é amplamente utilizada para este fim; recentemente, foi proposto um novo procedimento, a coloração combinada do ácido tricrômico (Acid-Fast-Trichrome - AFT). O objetivo do presente estudo foi comparar os processos AFT e ZNm para a detecção destes coccídios em amostras fecais de pacientes portadores do vírus VIH. Foram selecionados dois grupos de indivíduos, para inclusão no estudo, segundo a presença (n=60) ou ausência de diarréia (n=60). As amostras de fezes foram coletadas em solução de formalina 10% e os esfregaços fecais preparados i) diretamente das fezes e ii) após concentração prévia a 500xg (10 minutos), foram submetidos aos diferentes processos de coloração. Considerando-se a positividade por técnica (AFT e ZNm), verificou-se a superioridade do procedimento de ZNm (n=19; 100% dos casos positivos) sobre o de AFT (n=8; 42,1%). Ambos possibilitaram a identificação dos 101 casos verdadeiramente negativos. Coccidiose intestinal foi mais frequente entre os pacientes que apresentaram diarréia (26,6%) em comparação à positividade observada entre os indíviduos assintomáticos (5%) sendo que C. cayetanensis não foi detectada em ambos os grupos. Foi de nosso interesse avaliar a aplicabilidade da técnica AFT para a coloração deste protozoário. Devido à sensibilidade e especificidade obtida neste estudo (100%), conclui-se que o método de ZNm continua sendo o mais indicado para o diagnóstico da criptosporidiose e isosporose, principalmente quando associado ao procedimento de centrífugo-concentração (500xg, 10 minutos). Embora a coloração AFT tenha baixo custo, faz-se necessário o seu aperfeiçoamento pois este procedimento permite o diagnóstico simultâneo dos coccídios intestinais (C. parvum, I. belli e C. cayetanensis) e dos microsporídios.

Contribuição para o estudo da modelação da digestão anaeróbia de resíduos sólidos, estudo da influência da geometria do reactor na cinética do processo

O presente trabalho tem como objectivo contribuir para o estudo do desenvolvimento de um modelo matemático aplicado à digestão anaeróbia de resíduos sólidos, que incorpore os condicionamentos da geometria dos reactores e a sua influência na cinética do processo biológico. Nesse sentido, o trabalho propõe-se avaliar o comportamento cinético de três reactores, com o mesmo volume mas com diferentes relações tridimensionais, utilizando o mesmo substrato, e idênticos parâmetros ambientais e operacionais de funcionamento. Pretendeu-se estudar em que medida a relação do comprimento, largura e altura de um reactor pode interferir nas taxas de remoção de substrato, condicionando a respectiva difusão na biomassa e crescimento dos microrganismos. Considera-se que este aspecto é do maior interesse para o desenvolvimento de um modelo cinético, podendo minimizar desvios inerentes à própria modelação de processos biológicos complexos. A geometria do reactor, que se correlaciona com uma determinada relação tridimensional, pode constituir um parâmetro importante, que se designou por Kcig (Constante de Inibição Geométrica), dada a influência que poderá exercer na cinética do processo biológico. A sua avaliação, parametrização e consequente modelação, deverá facilitar a escolha da relação comprimento/largura/altura mais adequada, de forma a optimizar o funcionamento operacional do reactor. O plano experimental desenvolveu-se em duas fases, utilizando-se dois substratos com graus distintos de dificuldade de utilização pelos microrganismos, nomeadamente: Fase 1 (glucose), Fase 2 (FORSU e relva). Concluiu-se que a cinética do processo é influenciada pela relação entre as áreas de separação de biogás/biomassa (As) e de contacto biomassa/reactor (Ac), que interferem na geometria do reactor. Assim, através dos resultados das fases 1 e 2 pode observar-se que a variação da taxa de remoção de substrato se aproxima de uma função de saturação, pelo que se propõe uma adaptação do modelo de Monod, através de um formalismo que incorpora uma grandeza adimensional, Kcig, para reflectir o efeito da geometria do reactor. Verificou-se que a equação adoptada para Kcig se mostrou adequada, o que permitiu, através do modelo de Monod ajustado, estimar os valores de rx máx e Ks que se admite estarem mais próximos dos verdadeiros, embora se considere que apenas se pretende corrigi-los em função do efeito da geometria do reactor. Por outro lado, o estudo permitiu identificar um valor de Kcig para o reactor de 2,5 L, a partir do qual poderá não ser interessante a relação entre a taxa de remoção de substrato e a área de construção do reactor.

Metanólise de óleo de soja em biodiesel através de um reactor de membrana

Com o aumento das necessidades energéticas, bem como dos cada vez mais conhecidos efeitos nocivos dos combustíveis fósseis, tornou-se imperativo pesquisar e desenvolver alternativas sustentáveis e verdes a esses recursos. O biodiesel é considerado como o melhor substituto para o combustível diesel convencional de base petroquímica. A transesterificação de óleos vegetais revela-se como uma importante via de obtenção do biodiesel. Na produção de biodiesel com catalisadores básicos homogéneos, como o hidróxido de sódio, deparamo-nos com um problema na hidrólise de triglicéridos, levando à formação de sabões e emulsões. Mesmo quando são usados reagentes secos, há formação de água devido à reacção do hidróxido com o álcool. Estes problemas podem ser solucionados com a utilização de catalisadores heterogéneos. Este estudo incidiu na preparação de membranas catalíticas de álcool polivinílico (PVA) incorporadas com um catalisador heterogéneo sólido básico (óxido de cálcio) obtido de resíduos industriais (casca de ovo). Caracterizaram-se as membranas catalíticas através da determinação da espessura, ângulos de contacto, grau de inchamento e espectroscopia de infravermelho. As membranas de PVA foram testadas na metanólise de óleo de soja em reactor batch e reactor de membrana catalítica. Estudou-se o efeito da reticulação química e por irradiação gama, nas propriedades das membranas e na actividade catalítica.

Enrichment of a PHA producing microbial community in a continuous bioreactor setup

Polyhydroxyalkanoates (PHAs) are biosynthetic polyesters, biodegradable and biocompatible making them of great interest for industrial purposes. The use of low value substrates with mixed microbial communities (MMC) is a strategy currently used to decrease the elevated PHA production costs. PHA production process requires an important step for selection and enrichment of PHA-storing microorganisms which is usually carried out in a Sequencing Batch Reactor (SBR). The aim of this study was to optimize the PHA accumulating culture selection stage using a 2-stage Continuous Stirrer Tank Reactor (CSTR) system. The system was composed by two separate feast and famine bioreactors operated continuously, mimicking the feast and famine phases in a SBR system. Acetate was used as carbon source and biomass seed was highly enriched in Plasticicumulans acidivorans obtained from activated sludge. The system was operated under two different sets of conditions (setup 1 and 2), maintaining a system total retention time of 12 hours and an OLR of 2.25 Cmmol/L.h-1. An average PHB-content of 3.3 % wt was obtained in setup 1 and 4.8% wt in setup 2. Several other experiments were performed in order to better understand the continuous system behaviour, using biomass from the continuous system. With the fed-batch experiment a maximum of 8.1% PHB was stored and the maximum substrate uptake and specific growth rates obtained in the growth experiment (1.15 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.53 Cmol Cmol-1.h-1) were close to the ones from continuous system (1.12 Cmol Cmol-1.h-1 and 0.59 Cmol Cmol-1.h-1). The microbial community was characterized trough microscopic visualization, Denaturing Gradient Gel Electrophoresis (DGGE) analysis and Fluorescent in situ hybridization (FISH). The last studied performed mimicked the continuous system by building up a SBR system with all the same operational conditions while adding an extra acetate dosage during the 12 h cycle, simulating the substrate passing from the feast to the famine reactors under continuous operation. It was shown that possibly the continuous system was not able to efficiently select for PHB storing organisms under the operational conditions imposed, although the selected culture was capable of consuming the substrate and grow fast. This main conclusion might have resulted from two major factors affecting the system performance: the ammonium concentration in the Feast reactor and the amount of substrate leaching from the Feast to the Famine reactor.

Diffusional kurtosis imaging using a fast heuristic constrained linear least squares algorithm: a plugin for OsiriX

Diffusion Kurtosis Imaging (DKI) is a fairly new magnetic resonance imag-ing (MRI) technique that tackles the non-gaussian motion of water in biological tissues by taking into account the restrictions imposed by tissue microstructure, which are not considered in Diffusion Tensor Imaging (DTI), where the water diffusion is considered purely gaussian. As a result DKI provides more accurate information on biological structures and is able to detect important abnormalities which are not visible in standard DTI analysis. This work regards the development of a tool for DKI computation to be implemented as an OsiriX plugin. Thus, as OsiriX runs under Mac OS X, the pro-gram is written in Objective-C and also makes use of Apple’s Cocoa framework. The whole program is developed in the Xcode integrated development environ-ment (IDE). The plugin implements a fast heuristic constrained linear least squares al-gorithm (CLLS-H) for estimating the diffusion and kurtosis tensors, and offers the user the possibility to choose which maps are to be generated for not only standard DTI quantities such as Mean Diffusion (MD), Radial Diffusion (RD), Axial Diffusion (AD) and Fractional Anisotropy (FA), but also DKI metrics, Mean Kurtosis (MK), Radial Kurtosis (RK) and Axial Kurtosis (AK).The plugin was subjected to both a qualitative and a semi-quantitative analysis which yielded convincing results. A more accurate validation pro-cess is still being developed, after which, and with some few minor adjust-ments the plugin shall become a valid option for DKI computation

Projecto de um bio-reactor para cultura celular em membranas tubulares

O Grupo de Engenharia de Tecidos da FCT/UNL desenvolve e produz membranas poliméricas tubulares biodegradáveis que servem de substrato a culturas celulares e que se destinam a substituir temporariamente vasos sanguíneos danificados. O objectivo desta dissertação foi o desenvolvimento de um bio-reactor com a capacidade de bombeamento controlado de um fluido adequado à manutenção de uma cultura celular, que simula a passagem do fluxo sanguíneo pelo interior das membranas tubulares, permitindo que as células nelas semeadas recebam os estímulos adequados ao seu desenvolvimento. Foi construído um bio-reactor de perfusão pulsátil para cultura celular em membranas tubulares que é instalável numa incubadora, beneficiando assim de condições ambientais — pH, temperatura e humidade — semelhantes às fisiológicas. O bio-reactor é capaz de gerar estímulos mecânicos pulsáteis favoráveis ao alinhamento de células endoteliais e de músculo liso. O sistema foi desenvolvido de modo a que a pressão e o caudal aplicados às membranas pudessem ser monitorizados e controlados. Foram semeadas células endoteliais em matrizes planas de policaprolactona, tendo-se confirmado a sua adesão e proliferação por microscopia de fluorescência. Após enrolamento, obtiveram-se duas membranas tubulares com células endoteliais semeadas no lúmen. Uma delas foi submetida a cultura estática, e outra a cultura dinâmica no bio-reactor. Após 10 dias de condicionamento in vitro, as membranas foram novamente observadas por microscopia de fluorescência. Os resultados obtidos não foram conclusivos, pelo que serão necessários novos estudos para concluir se o bio-reactor construído é capaz de garantir o condicionamento mecânico das células semeadas nas matrizes.