Design and development of a microfluidic platform for use with colorimetric gold nanoprobe assays

Due to the importance and wide applications of the DNA analysis, there is a need to make genetic analysis more available and more affordable. As such, the aim of this PhD thesis is to optimize a colorimetric DNA biosensor based on gold nanoprobes developed in CEMOP by reducing its price and the needed volume of solution without compromising the device sensitivity and reliability, towards the point of care use. Firstly, the price of the biosensor was decreased by replacing the silicon photodetector by a low cost, solution processed TiO2 photodetector. To further reduce the photodetector price, a novel fabrication method was developed: a cost-effective inkjet printing technology that enabled to increase TiO2 surface area. Secondly, the DNA biosensor was optimized by means of microfluidics that offer advantages of miniaturization, much lower sample/reagents consumption, enhanced system performance and functionality by integrating different components. In the developed microfluidic platform, the optical path length was extended by detecting along the channel and the light was transmitted by optical fibres enabling to guide the light very close to the analysed solution. Microfluidic chip of high aspect ratio (~13), smooth and nearly vertical sidewalls was fabricated in PDMS using a SU-8 mould for patterning. The platform coupled to the gold nanoprobe assay enabled detection of Mycobacterium tuberculosis using 3 8l on DNA solution, i.e. 20 times less than in the previous state-of-the-art. Subsequently, the bio-microfluidic platform was optimized in terms of cost, electrical signal processing and sensitivity to colour variation, yielding 160% improvement of colorimetric AuNPs analysis. Planar microlenses were incorporated to converge light into the sample and then to the output fibre core increasing 6 times the signal-to-losses ratio. The optimized platform enabled detection of single nucleotide polymorphism related with obesity risk (FTO) using target DNA concentration below the limit of detection of the conventionally used microplate reader (i.e. 15 ng/μl) with 10 times lower solution volume (3 μl). The combination of the unique optical properties of gold nanoprobes with microfluidic platform resulted in sensitive and accurate sensor for single nucleotide polymorphism detection operating using small volumes of solutions and without the need for substrate functionalization or sophisticated instrumentation. Simultaneously, to enable on chip reagents mixing, a PDMS micromixer was developed and optimized for the highest efficiency, low pressure drop and short mixing length. The optimized device shows 80% of mixing efficiency at Re = 0.1 in 2.5 mm long mixer with the pressure drop of 6 Pa, satisfying requirements for the application in the microfluidic platform for DNA analysis.

Hepatite crônica B oculta: prevalência e aspectos clínicos em população de elevada endemicidade de infecção pelo vírus da hepatite B na Amazônia Ocidental Brasileira

Recentemente é descrito estado de persistência do vírus da hepatite B denominado hepatite crônica B oculta. Sua prevalência e fisiopatologia são desconhecidas. O objetivo deste estudo foi avaliar a ocorrência dessa entidade clínica em pacientes da Amazônia brasileira. De 51 pacientes anti-HBc total reativos testados pela reação em cadeia da polimerase, 17% foram positivos. Não observamos associação com fatores de risco clássicos de infecção pelo vírus da hepatite B, testes bioquímicos, hematológicos e histopatologia. No entanto, os pacientes ictéricos e reativos para o anti-HIV apresentaram associação com a presença do ADN-vírus da hepatite B. Os resultados demonstram a ocorrência da hepatite crônica B oculta, entre nossos doentes, porém, com taxas de prevalência abaixo do esperado para a região. Acreditamos que, apesar do tamanho da amostra avaliada ser pequeno, sua ocorrência poderia ter sido maior se empregássemos primers para a região S, C e X do genoma do vírus da hepatite B, aumentando a sensibilidade do teste.

Micorrizas arbusculares del sur de la Amazonia colombiana y su relación con algunos factores fisicoquímicos y biológicos del suelo

La presencia de micorrizas arbusculares en la vegetación de la Amazonia mejora la nutrición de las plantas en suelos de baja fertilidad. Este trabajo evaluó la presencia natural de hongos micorrícicos de tipo arbuscular (HMA) en suelos ácidos de textura franco-arcillosa a arcillosa del sur de la Amazonia colombiana bajo bosque, rastrojo joven, y praderas establecidas, a dos profundidades diferentes. Fue estudiada la presencia de HMA (riqueza y abundancia de esporas) relacionado con la acidez, la capacidad de intercambio catiónico, el carbono orgánico, el fósforo total, las fracciones de fósforo soluble y fijado al aluminio, hierro y calcio, y el ADN total del suelo. Se detectaron diferencias significativas, en el contenido de ADN total y el número de esporas respecto a la profundidad de muestreo. El pH presentó un efecto significativo sobre el contenido de ADN y el número de esporas de HMA. El contenido de ADN en el suelo se vio afectado por las concentraciones de fosfatos de aluminio, mientras la esporulación de HMA fue afectada por las concentraciones de fosfatos de hierro del suelo. Así, el número de esporas de HMA en suelos de la Amazonia se ve afectada por la profundidad, el pH y por el tipo de fosfatos minerales presentes.

Development of computational tools for the integrated analysis of DNA microarray data with applications in cancer research

The MAP-i Doctoral Program of the Universities of Minho, Aveiro and Porto

Estratégias de internacionalização das empresas portuguesas: o potencial dos mercados da Colômbia e da Austrália

Dissertação de mestrado em Negócios Internacionais

Pseudomonas aeruginosa diversification during infection development in cystic fibrosis lungs

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Engenharia Clínica)

DNA evidence collecting in criminal investigation: Portuguese and Thai legal approaches

Doctoral Thesis in Juridical Sciences (Specialty in Public Legal Sciences)

HOXA9 as a key regulator in glioma initiation, aggressiveness and response to therapy

Tese de Doutoramento em Ciências da Saúde

Development of a novel aptamer-based multi-sensor device for the detection of osteopontin

Doctoral Dissertation for PhD degree in Chemical and Biological Engineering

Análise de fragmentos arqueológicos: um diálogo entre a Química, Biologia e Arqueologia

Dissertação de mestrado em Técnicas de Caracterização e Análise Química

Synthesis and biological evaluation of mono and bis-naphthalimide derivatives against SH-SY5Y, human brain cancer cells

Dissertação de mestrado em Medicinal Chemistry

Study of the Myocardial Contraction and Relaxation Velocities through Doppler Tissue Imaging Echocardiography: A New Alternative in the Assessment of the Segmental Ventricular Function

OBJECTIVE: Doppler tissue imaging (DTI) enables the study of the velocity of contraction and relaxation of myocardial segments. We established standards for the peak velocity of the different myocardial segments of the left ventricle in systole and diastole, and correlated them with the electrocardiogram. METHODS: We studied 35 healthy individuals (27 were male) with ages ranging from 12 to 59 years (32.9 ± 10.6). Systolic and diastolic peak velocities were assessed by Doppler tissue imaging in 12 segments of the left ventricle, establishing their mean values and the temporal correlation with the cardiac cycle. RESULTS: The means (and standard deviation) of the peak velocities in the basal, medial, and apical regions (of the septal, anterior, lateral, and posterior left ventricle walls) were respectively, in cm/s, 7.35(1.64), 5.26(1.88), and 3.33(1.58) in systole and 10.56(2.34), 7.92(2.37), and 3.98(1.64) in diastole. The mean time in which systolic peak velocity was recorded was 131.59ms (±19.12ms), and diastolic was 459.18ms (±18.13ms) based on the peak of the R wave of the electrocardiogram. CONCLUSION: In healthy individuals, maximum left ventricle segment velocities decreased from the bases to the ventricular apex, with certain proportionality between contraction and relaxation (P<0.05). The use of Doppler tissue imaging may be very helpful in detecting early alterations in ventricular contraction and relaxation.

Ecocardiografia de contraste miocárdico em pacientes com doença arterial coronariana suspeita ou conhecida: comparação com a cintilografia miocárdica com radioisótopos

OBJETIVO: Comparar a ecocardiografia de contraste miocárdico (ECM) usando PESDA e adenosina em bolus (ADN) com a cintilografia miocárdica com radioisótopos (CM) em pacientes (pts) submetidos a investigação e alta probabilidade de doença arterial coronariana. MÉTODOS: Foram estudados 125 pts, 58,4 ± 10,6 anos, 85 homens, com ECM e CM, realizados com intervalo máximo de 4 semanas. ECM foi realizada com PESDA em infusão contínua em repouso e após ADN. As paredes do VE foram divididas em 3 territórios relacionados às artérias coronarianas, totalizando 375 territórios. ECM foi normal quando houve aumento da intensidade do contraste após ADN. Diminuição da intensidade do contraste em repouso ou após ADN foi definida como ECM anormal. CM foi realizada usando protocolos clássicos. Comparados por pacientes, foram considerados concordantes quando ambos exames eram normais ou anormais independente de localização. A comparação por território foi considerada concordante quando havia ou não déficit perfusional num mesmo território. A significância da concordância foi feita pelo teste do qui-quadrado. RESULTADOS: Em 106/125 pts ECM e CM foram concordantes (84,8% - p<0,001). Houve concordância em 342/375 territórios (91,2% - p<0,001). Para o território de DA a concordância foi de 87,2%, para CD 93,6% e para CX 92,8% (p<0,001). CONCLUSÃO: Existe uma ótima concordância entre ECM e CM nos pts em investigação para doença arterial coronariana, podendo a ECM representar uma alternativa à avaliação da perfusão miocárdica.

Avaliação da contratilidade segmentar na doença de Chagas utilizando a integral do gradiente intramiocárdico de velocidade (strain miocárdico) obtida pela ecocardiografia com Doppler tecidual

OBJETIVO: Quantificar o percentual de contratilidade dos diversos segmentos miocárdicos, em portadores de doença de Chagas, através da medida do strain miocárdico e verificar diferenças na função contrátil radial e longitudinal ventricular entre as formas indeterminada e dilatada da miocardiopatia chagásica crônica quando comparadas a um grupo de indivíduos normais. MÉTODOS: Foram estudados 39 indivíduos, 20 (51,3%) do sexo masculino divididos em quatro grupos: Nl: 17 (43,6%) indivíduos normais; Ind: 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas forma indeterminada; C1, 7 (17,9%) portadores de doença de Chagas forma crônica com fração de ejeção < 50% e C2: 8 (20,5%) portadores de doença de Chagas forma crônica com fração de ejeção > 50%. Após realização de ecocardiograma basal foram registradas as imagem em Doppler tecidual para a medida do strain miocárdico nos diversos segmentos aos cortes paraesternais, longitudinal e transversal, e apicais, de duas e quatro câmaras. RESULTADOS E CONCLUSÃO: O percentual de contração dos diversos segmentos miocárdicos, tanto em seu componente radial quanto longitudinal é maior nos indivíduos normais do que em portadores da forma crônica da doença de Chagas e naqueles com a forma indeterminada da doença quando comparado com chagásicos crônicos com FE < 50%. A contratilidade radial do ventrículo esquerdo é maior que a longitudinal nos três grupos (Nl, Ind e Crônico). Os dados apresentados nos permitem propor um caráter progressivo do acometimento miocárdico em portadores da doença de Chagas.

Conservación y manejo del ñandú (Rhea americana)

Desde tiempos pre-hispánicos hasta nuestros días, el ñandú (Rhea americana) ha sido aprovechado por el hombre para la obtención de carne, cuero, plumas, grasa y huevos. Durante los últimos 50 años se produjo una intensa explotación de esta especie debido a la alta demanda comercial. (...) No obstante, debido a las particulares circunstancias socioeconómicas que atraviesan las distintas explotaciones agrícolas-ganaderas tradicionales argentinas y a las condiciones favorables del mercado tradicionales argentinas y a las condiciones favorables del mercado internacional, existe un creciente interés en desarrollar planes de manejo tendientes a lograr un aprovechamiento sustentable de esta especie. (...) En Argentina, debido a que la cría de ñandúes es una actividad incipiente, es escasa la información sobre las enfermedades que afectan a esta especie y datos sobre los valores normales o anormales de sus parámetros fisiológicos básicos. (...) Otro aspecto relevante para el manejo de especies amenazadas y de criaderos comerciales o experimentales, es la determinación de la viabilidad genética dentro y entre poblaciones. Esto permite implementar acciones destinadas a revertir la pérdida de variabilidad, a reducir el nivel de endogamia (por selección de planteles de cría), o a penalizar el tráfico ilegal de ejemplares. (...) Objetivo General Proporcionar un modelo de manejo de poblaciones de ñandú que asegure la conservación del recurso en el largo plazo y que brinde el marco para un aprovechamiento económicamente rentable y competitivo de este recurso faunístico. Objetivos Específicos 1. Desarrollar experiencias piloto de manejo de poblaciones de ñandú. 2. Verificar y calibrar la estructura y los parámetros que integran el modelo teórico que hemos desarrollado para explicar la dinámica poblacional de esta especie. 3. Definir parámetros clínicos normales y diagnosticar y caracterizar las enfermedades presentes en animales de distinta edad, durante un ciclo anual y bajo diferentes situaciones de manejo. 4. Elaborar y comprobar estrategias de control para las enfermedades halladas. 5. Poner a punto la técnica de estudio de ADN en ñandú y probar su utilidad para la identificación individual y para el análisis de poblaciones bajo manejo.