Characterization of novel heme-containing sensor proteins from Geobacter sulfurreducens

The focus of this Thesis was the study of the sensor domains of two heme-containing methyl-accepting chemotaxis proteins (MCP) from Geobacter sulfurreducens: GSU0582 and GSU0935. These domains contain one c-type heme, form swapped dimers with a PAS-like fold and are the first examples of a new class of heme sensors. NMR spectroscopy was used to assign the heme and polypeptide signals in both sensors, as a first step to probe conformational changes in the vicinity of the hemes. However, the presence of two conformations in solution impaired the confident assignment of the polypeptide signals. To understand how conformational changes and swapped dimerization mechanism can effectively modulate the function of the two sensor domains and their signal transduction process, the sensor domains folding and stability were studied by circular dichroism and UV-visible spectroscopy. The results showed differences in the thermodynamic stability of the sensors, with GSU0582 displaying higher structural stability. These studies also demonstrated that the heme moiety undergoes conformational changes matching those occurring at the global protein structure and that the content of intrinsically disordered segments within these proteins (25% for GSU0935; 13% for GSU0582) correlates with the stability differences observed. The thermodynamic and kinetic properties of the sensor domains were determined at different pH and ionic strength by visible spectroscopy and stopped-flow techniques. Despite the remarkably similar spectroscopic and structural features of the two sensor domains, the results showed that their properties are quite distinct. Sensor domain GSU0935 displayed more negative reduction potentials and smaller reduction rate constants, which were more affected by pH and ionic strength. The available structures were used to rationalize these differences. Overall, the results described in this Thesis indicate that the two G. sulfurreducens MCP sensor domains are designed to function in different working potential ranges, allowing this bacterium to trigger an adequate cellular response in distinct anoxic subsurface environments.

A piezoelectric based energy harvester interface for a CMOS wireless sensor IC

In this thesis a piezoelectric energy harvesting system, responsible for regulating the power output of a piezoelectric transducer subjected to ambient vibration, is designed to power an RF receiver with a 6 mW power consump-tion. The electrical characterisation of the chosen piezoelectric transducer is the starting point of the design, which subsequently presents a full-bridge cross-coupled rectifier that rectifies the AC output of the transducer and a low-dropout regulator responsible for delivering a constant voltage system output of 0.6 V, with low voltage ripple, which represents the receiver’s required sup-ply voltage. The circuit is designed using CMOS 130 nm UMC technology, and the system presents an inductorless architecture, with reduced area and cost. The electrical simulations run for the complete circuit lead to the conclusion that the proposed piezoelectric energy harvesting system is a plausible solution to power the RF receiver, provided that the chosen transducer is subjected to moderate levels of vibration.

Design of a low-voltage CMOS RF receiver for energy harvesting sensor node

In this thesis a CMOS low-power and low-voltage RF receiver front-end is presented. The main objective is to design this RF receiver so that it can be powered by a piezoelectric energy harvesting power source, included in a Wireless Sensor Node application. For this type of applications the major requirements are: the low-power and low-voltage operation, the reduced area and cost and the simplicity of the architecture. The system key blocks are the LNA and the mixer, which are studied and optimized with greater detail, achieving a good linearity, a wideband operation and a reduced introduction of noise. A wideband balun LNA with noise and distortion cancelling is designed to work at a 0.6 V supply voltage, in conjunction with a double-balanced passive mixer and subsequent TIA block. The passive mixer operates in current mode, allowing a minimal introduction of voltage noise and a good linearity. The receiver analog front-end has a total voltage conversion gain of 31.5 dB, a 0.1 - 4.3 GHz bandwidth, an IIP3 value of -1.35 dBm, and a noise figure lower than 9 dB. The total power consumption is 1.9 mW and the die area is 305x134.5 m2, using a standard 130 nm CMOS technology.

Relatório de atividade profissional e uma comparação do estudo da conservação de energia através de um sensor de movimento e de análise de vídeo

A apresentação do presente relatório visa a obtenção do Grau de Mestre em Ensino de Físico Química de acordo com o estabelecido no regulamento para Licenciados “Pré-Bolonha”, que abrange as licenciaturas de cinco anos com, pelo menos, cinco anos de experiência profissional. O percurso académico e profissional permitiram a aquisição de conhecimentos, tanto na Física como na Química, e um conjunto de aptidões como a capacidade organizacional, a capacidade de trabalhar em equipa e competências sociais. A constante vontade em atualizar conhecimentos e adquirir novas competências têm sido um incentivo para continuar a frequentar cursos de formação, seminários, workshops conferências dedicadas a esta área, assim como às do ensino. O presente trabalho é composto por duas partes. Na primeira parte, encontra-se a discrição da minha atividade profissional. Na segunda parte, encontra-se a apresentação detalhada do estudo da atividade laboratorial da bola saltitante por dois processos diferentes: utilizando um sensor de movimento e usando a análise de vídeo através do software Tracker.

Design, implementation, and performance of a distributed and scalable sensor system for critical distance measurements in the CMS detector at LHC

The “CMS Safety Closing Sensors System” (SCSS, or CSS for brevity) is a remote monitoring system design to control safety clearance and tight mechanical movements of parts of the CMS detector, especially during CMS assembly phases. We present the different systems that makes SCSS: its sensor technologies, the readout system, the data acquisition and control software. We also report on calibration and installation details, which determine the resolution and limits of the system. We present as well our experience from the operation of the system and the analysis of the data collected since 2008. Special emphasis is given to study positioning reproducibility during detector assembly and understanding how the magnetic fields influence the detector structure.

Desenvolvimento de um sensor de ibuprofeno em meio aquoso

A proteção dos recursos hídricos tem uma enorme importância ecológica, sendo a água um recurso indispensável à Vida e fundamental para o bem-estar de uma sociedade. Para isso, muitos dos poluentes que afetam a qualidade deste recurso natural são detetados e eliminados nas estações de tratamento de águas residuais. Porém, o impacto dos Produtos Farmacêuticos e de Cuidado Pessoal (PPCPs), usados à escala global, carece ainda da atenção necessária, dado que os meios técnicos atualmente disponíveis para detetar estes produtos são dispendiosos ou insuficientes. Dentro daquela classe de produtos, destaca-se o Ibuprofeno, uma vez que este composto, sendo lipossolúvel, tem a capacidade para se acumular nas gorduras dos seres vivos e, por conseguinte, persistir no meio-ambiente com efeitos nocivos. Para além desse facto, por diferentes vias de reação, o Ibuprofeno tem potencial para gerar produtos de carácter semelhante. No entanto, pouco esforços têm sido feitos no sentido de o detetar. Assim, pretendeu-se com este projeto desenvolver metodologias com vista à deteção de muito baixas concentrações (entre o nano e o picoMolar) daquele composto em meio aquoso. Foi utilizada a tecnologia de Língua Eletrónica por Espectroscopia de Impedância e, para tentar melhorar a sensibilidade do sensor à molécula-alvo, foram utilizados filmes finos à base de nanotubos de carbono e de diferentes polieletrólitos, preparados pela técnica de Camada-sobre-Camada (LbL, do inglês Layer-by-Layer). A caracterização destes filmes foi feita pela técnica Espectrofotometria na faixa dos Ultravioleta e Visível. Para além da análise de diferentes concentrações de Ibuprofeno, foram ainda analisadas soluções de Cloreto de Sódio, com o intuito de perceber se o sensor é versátil na deteção de outro tipo de compostos, sendo, então, o sal um composto barato e relevante neste âmbito, uma vez que a água na Natureza apresenta sempre alguma salinidade. O trabalho compreendeu ainda o desenvolvimento de um programa informático para automatizar o processo de aquisição dos dados espectrais de impedância, recolhidos pelo analisador HAMEG Programmable LCR Bridge HM8118, o que foi feito com sucesso. Posteriormente, os dados foram tratados pelo procedimento estatístico de Análise de Componentes Principais, que permitiu discriminar espacialmente e sequencialmente as diferentes concentrações dos compostos analisados.

Using an LED as a sensor and visible light communication device in a smart illumination system

The need for more efficient illumination systems has led to the proliferation of Solid-State Lighting (SSL) systems, which offer optimized power consumption. SSL systems are comprised of LED devices which are intrinsically fast devices and permit very fast light modulation. This, along with the congestion of the radio frequency spectrum has paved the path for the emergence of Visible Light Communication (VLC) systems. VLC uses free space to convey information by using light modulation. Notwithstanding, as VLC systems proliferate and cost competitiveness ensues, there are two important aspects to be considered. State-of-the-art VLC implementations use power demanding PAs, and thus it is important to investigate if regular, existent Switched-Mode Power Supply (SMPS) circuits can be adapted for VLC use. A 28 W buck regulator was implemented using a off-the-shelf LED Driver integrated circuit, using both series and parallel dimming techniques. Results show that optical clock frequencies up to 500 kHz are achievable without any major modification besides adequate component sizing. The use of an LED as a sensor was investigated, in a short-range, low-data-rate perspective. Results show successful communication in an LED-to-LED configuration, with enhanced range when using LED strings as sensors. Besides, LEDs present spectral selective sensitivity, which makes them good contenders for a multi-colour LED-to-LED system, such as in the use of RGB displays and lamps. Ultimately, the present work shows evidence that LEDs can be used as a dual-purpose device, enabling not only illumination, but also bi-directional data communication.

Desenvolvimento de um sensor para utilização em fixadores externos em ortopedia

Nesta dissertação é apresentada a metodologia adoptada no desenvolvimento de um sensor capaz de monitorizar a evolução da consolidação óssea proveniente de patologias tratadas com a utilização de aparelhos de fixação externa. O sensor tem como finalidade medir o deslocamento relativo entre os componentes do fixador externo que são proporcionais aos níveis de consolidação do osso. Surge como alternativa aos processos convencionais (raios-X, ultra-sons, etc.) que não possibilitam a detecção de imperfeições no processo de regeneração óssea numa fase precoce. Uma análise a vários materiais e geometrias revelaram que um sensor fabricado em latão e sob a forma de anel, após uma deformação de compressão de 4

Electrical characterization and modification of low dimensional oxide semiconductors for sensor applications

This work reviews the recent research on ion and UV irradiation of β-

Electro-Optical/Infrared sensor turret integration on an aircraft - structural im-pact on LOCKHEED MARTIN C-130H and design methodology

The growing need to patrol and survey large maritime and terrestrial areas increased the need to integrate external sensors on aircraft in order to accomplish those patrols at increasingly higher altitudes, longer range and not depending upon vehicle type. The main focus of this work is to elaborate a practical, simple, effective and efficient methodology for the aircraft modification procedure resulting from the integration of an Elec-tro-Optical/Infra-Red (EO/IR) turret through a support structure. The importance of the devel-opment of a good methodology relies on the correct management of project variables as time, available resources and project complexity. The key is to deliver a proper tool for a project de-sign team that will be used to create a solution that fulfils all technical, non-technical and certi-fication requirements present in this field of transportation. The created methodology is inde-pendent of two main inputs: sensor model and aircraft model definition, and therefore it is in-tended to deliver the results for different projects besides the one that was presented in this work as a case study. This particular case study presents the development of a structure support for FLIR STAR SAPHIRE III turret integration on the front lower fuselage bulkhead (radome) of the LOCKHEED MARTIN C-130 H. Development of the case study focuses on the study of local structural analysis through the use of Finite Element Method (FEM). Development of this Dissertation resulted in a cooperation between Faculty of Science and Technology - Universidade Nova de Lisboa and the company OGMA - Indústria Aeronáutica de Portugal

Comparação preliminar da área foliar de três acessos depupunha(Bactris gasipaes H.B.K. PALMAE) oriundos de três populações distintas da Amazônia Ocidental

A área foliar é um importante parâmetro de crescimento e está diretamente relacio nada com a produção de frutos. Neste trabalho estimou-se a área foliar da pupunheina (Bactris gasipaes H.B.K.) em três diferentes acessos que representam as populações de Benjamin Constant, Coari e Rio Preto da Eva, no Estado do Amazonas,Brasil. Primeiro com parou-se o coeficiente de regressão entre a área verdadeira e a área retangular dos folíolos para determinar a similaridade entre as pupunheiras da Amazônia e as da América Central. A seguir, estimou-se a área foliar de três folhas/plantas e três plantas/acesso para cada população. O número de folíolos, a média do comprimento e da largura máxima de uma amostra de seis folíolos e um fator de correção, permitem fazer esta estimativa. Determinou-se que os três acessos são significativamente diferentes quanto a este parâme tro, sugerindo que a área foliar e seus componentes são descritores de importância, tan to na descrição de populações como no melhoramento genético da espécie.

Identificação e concentração das antocianinas durante a ontogenia foliar de Hevea brasiliensis Muell. Arg. (IAN 873) e H. pauciflora Muell. Arg. submetidas a dois regimes hídricos .

Através de cromatografia descendente em papel, com a utilização de três sistemas de solventes, indentificaram-se os pigmentos presentes nas folhas de seringueira. Por meio das análises dos cromatogramas e dos RF encontrados, verificou-se a presença de duas antocianinas, a pelargonidina e a cianidina. Foi observada a presença de uma mancha amarela, com RF acima de 0,90, provavelmente o quempferol. O teor de antocianina foi influenciado pelo déficit hídrico em plântulas de serigueira, com drástica redução nos primeiros dez dias de antogenia foliar. Após o vigésimo dia de idade, não houve diferença significativa entre os tratamentos. A progênie do clone IAN 873 de Hevea brasiliensis foi mais influenciada pela deficiência hídrica que a de H. pauciflora.

ESTUDOS ECOFISIOLÓGICOS DE Orchidaceae DA AMAZÔNIA. II - ANATOMIA ECOLÓGICA FOLIAR DE ESPÉCIES COM METABOLISMO CAM DE UMA CAMPINA DA AMAZÔNIA CENTRAL

Este trabalho é o segundo de uma série que objetiva correlacionar a anatomia foliar e via de fixação de C02 com a distribuição geográfica de Orchidaceae e especificamente, detectar a existência de suculência nas espécies estudadas e também qualificá-las na classificação anatômica de WITHNER et al.(1974). Enfoca-se características anatômicas que possivelmente se relacionariam com o xeromorfismo habitacional e/ou escleromorfismo nutricional e via fotossintética CAM, e estas estabeleceriam uma sindrome adaptativa para o efetivo controle do fluxo hídrico no limbo foliar, dando para as espécies condições para a colonização de ambientes mais xéricos como os da Campina aberta. Detectou-se a presença de suculência anatômica propícia para a ocorrência do metabolismo CAM, sendo que as folhas foram classificadas como sendo do tipo Coriáceas.

ESTIMATIVA DA ÁREA FOLIAR E DO PESO DE FOLHAS SECAS DE PLANTAS JOVENS DE CUPUAÇU (Theobroma grandiflorum (WILLD. EX SPRENG.) SCHUM. - STERCULIACEAE) POR MÉTODOS NÃO DESTRUTIVOS

De 40 folhas de plantas de cupuaçu com 2,5 meses de idade, foram medidos: área de cada folha, peso da folha fresca, peso do limbo fresco, comprimento da folha, comprimento do limbo, maior largura do limbo, distância da base do limbo até a sua maior largura e o peso da folha seca. Entre essas variáveis, com o uso da análise de regressão por passos (stepwise), foram obtidas equações de regressão para estimar a área da folha e o peso da folha seca. Com a equação obtida para a determinação da área da folha (log da área da folha = -0,133 + 1,095 log Comprimento do limbo + 0,872 log Largura do limbo R2= 0,996), conseguiu-se que 92,5% dos dados calculados apresentassem desvios menores do que 10% do valor observado. As equações testadas para a determinação do peso da folha seca mostraram-se ineficientes. Foram avaliadas equações alternativas para o cálculo do peso da matéria seca e da área da folha usando-se o logaritmo natural das medições mais laceis de serem feitas.

Escleromorfismo foliar de Aldina heterophylla Spruce ex Benth (Leguminosae: Papilionoideae) em três campinas da Amazônia Central

Aldina heterophylla, Leguminosae: Papilionoideae, é uma espécie facilmente encontrada em diferentes campinas da Amazônia Central. Possui características morfológicas que revelam a sua interação com o ambiente, apresentando variação no seu porte nas diversas campinas sob distintas condições de solo, luz e temperatura. O presente estudo foi realizado com a intenção de conhecer o grau de escleromorfismo das folhas em condições ambientais diferentes. De folhas ao sol e à sombra coletadas em três campinas da Amazônia Central (campina aberta, campina alta e campina sombreada), foram feitos cortes histológicos e dissociação de epidermes, para a descrição anatômica das mesmas. De maneira geral, em todos os macroambientes a planta desenvolve estruturas escleromorfas. Sugere-se que Aldina heterophylla está melhor adaptada às condições ambientais da campina alta, visto que ali apresenta crescimento exuberante, em relação à campina aberta e à campina sombreada.