Caracterización geométrica de huellas de dureza Brinell mediante equipos ópticos. Modelo con microscopía confocal

En esta tesis se desarrolla una metodología alternativa para la determinación de la dureza Brinell a partir de imágenes obtenidas mediante microscopía confocal, que se ha mostrado robusta para mejorar los resultados de medición del diámetro en condiciones de reproducibilidad. Las validaciones realizadas evidencian su posibilidad real de implementación, especialmente para la certificación de patrones de dureza. Los estudios experimentales realizados ponen de manifiesto que la medición del diámetro de una huella de dureza Brinell, siguiendo la metodología tradicional, depende de la posición del patrón, de las características del equipo empleado y del propio operador. Dicha medida resulta crítica y las dificultades para identificar el borde de la huella incorporan a menudo una fuente adicional de incertidumbre difícil de soslayar. En esta investigación se han desarrollado dos modelos matemáticos que permiten identificar de forma unívoca el diámetro de la huella en el punto donde se produce el límite de contacto entre el indentador y el material de la probeta durante la realización del ensayo. Ambos modelos han sido implementados en Matlab® y se ha verificado su validez mediante datos sintéticos. Asimismo, se ha realizado una validación experimental sobre patrones de dureza certificados, empleando un microscopio confocal marca Leica, modelo DCM 3D disponible en el Laboratorio de Investigación de Materiales de Interés Tecnológico (LIMIT) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI – UPM). Dicha validación ha puesto de manifiesto la utilidad de esta nueva metodología por cuanto permite caracterizar las huellas, estimar las incertidumbres de medida y garantizar la trazabilidad metrológica de los resultados. ABSTRACT This PhD thesis presents an alternative methodology to determine the Brinell hardness from the images obtained by confocal microscopy that has proved to be robust to improve the results of indentation diameter measurements in reproducibility conditions. The validations carried out show the real possibility of its implementation, especially for calibration of hardness reference blocks. Experimental studies performed worldwide show that the measurement of the indentation diameter in a Brinell hardness test depends, when the traditional methodology is applied, on the position of the test block, the equipment characteristics and the operator. This measurement is critical and the difficulties to identify the edge of the indentation often bring an additional source of uncertainty with them that is hard to avoid. In this research two specific mathematical models have been developed to identify unambiguously the indentation diameter at the point where the edge of the boundary between the indenter and the test block is found during the test. Both models have been implemented on Matlab® and their validity has been verified by synthetic data An additional experimental validation with calibrated hardness reference blocks has been carried out using a Leica-brand confocal microscope, model DCM 3D, available in the Laboratory for Research on Materials of Technological Interest (LIMIT in its Spanish acronym) of the Escuela Técnica Superior de Ingeniería y Diseño Industrial de la Universidad Politécnica de Madrid (ETSIDI-UPM). This validation has shown the utility of this new methodology since it allows to characterize the indentation, to estimate the measurement uncertainties and to ensure the metrological traceability of the results.

Dynamics and folding of single two-stranded coiled-coil peptides studied by fluorescent energy transfer confocal microscopy

We report single-molecule measurements on the folding and unfolding conformational equilibrium distributions and dynamics of a disulfide crosslinked version of the two-stranded coiled coil from GCN4. The peptide has a fluorescent donor and acceptor at the N termini of its two chains and a Cys disulfide near its C terminus. Thus, folding brings the two N termini of the two chains close together, resulting in an enhancement of fluorescent resonant energy transfer. End-to-end distance distributions have thus been characterized under conditions where the peptide is nearly fully folded (0 M urea), unfolded (7.4 M urea), and in dynamic exchange between folded and unfolded states (3.0 M urea). The distributions have been compared for the peptide freely diffusing in solution and deposited onto aminopropyl silanized glass. As the urea concentration is increased, the mean end-to-end distance shifts to longer distances both in free solution and on the modified surface. The widths of these distributions indicate that the molecules are undergoing millisecond conformational fluctuations. Under all three conditions, these fluctuations gave nonexponential correlations on 1- to 100-ms time scale. A component of the correlation decay that was sensitive to the concentration of urea corresponded to that measured by bulk relaxation kinetics. The trajectories provided effective intramolecular diffusion coefficients as a function of the end-to-end distances for the folded and unfolded states. Single-molecule folding studies provide information concerning the distributions of conformational states in the folded, unfolded, and dynamically interconverting states.

Two-dimensional confocal images of organization, density, and gating of focal Ca2+ release sites in rat cardiac myocytes

In cardiac myocytes Ca2+ cross-signaling between Ca2+ channels and ryanodine receptors takes place by exchange of Ca2+ signals in microdomains surrounding dyadic junctions, allowing first the activation and then the inactivation of the two Ca2+-transporting proteins. To explore the details of Ca2+ signaling between the two sets of receptors we measured the two-dimensional cellular distribution of Ca2+ at 240 Hz by using a novel confocal imaging technique. Ca2+ channel-triggered Ca2+ transients could be resolved into dynamic “Ca2+ stripes” composed of hundreds of discrete focal Ca2+ releases, appearing as bright fluorescence spots (radius ≅ 0.5 μm) at reproducible sites, which often coincided with t-tubules as visualized with fluorescent staining of the cell membrane. Focal Ca2+ releases triggered stochastically by Ca2+ current (ICa) changed little in duration (≅7 ms) and size (≅100,000 Ca ions) between −40 and +60 mV, but their frequency of activation and first latency mirrored the kinetics and voltage dependence of ICa. The resolution of 0.95 ± 0.13 reproducible focal Ca2+ release sites per μm3 in highly Ca2+-buffered cells, where diffusion of Ca2+ is limited to 50 nm, suggests the presence of about one independent, functional Ca2+ release site per half sarcomere. The density and distribution of Ca2+ release sites suggest they correspond to dyadic junctions. The abrupt onset and termination of focal Ca2+ releases indicate that the cluster of ryanodine receptors in individual dyadic junctions may operate in a coordinated fashion.

Desenvolvimento de microssensores eletroquímicos e aplicações no estudo de processos dinâmicos interfaciais utilizando microscopia eletroquímica de varredura

O trabalho descrito nesta tese mostra de forma detalhada a fabricação e caracterização de diferentes microssensores eletroquímicos os quais têm sido recentemente utilizados como sondas em grupo de técnicas conhecida como Scanning Electrochemical Probe Microscopy (SEPM). Desta forma, a caracterização de superfícies pode ser feita explorando diferentes fenômenos interfaciais relevantes à Ciência. Neste sentido, as interfaces de materiais cristalinos como hidroxiapatita (materiais dentários) e calcita foram o foco de estudo neste trabalho. Assim, diferentes técnicas SEPM foram exploradas no sentido de se obter informações relevantes relacionadas aos processos dentários, como a erosão ácida e hipersensibilidade. Inicialmente, microeletrodos de platina foram desenvolvidos empregando uma metodologia convencional na qual são utilizados microfibras encapsuladas em capilares de vidro. Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) no modo amperométrico foi utilizada para obtenção de informações com relação às alterações de topografia do esmalte dentário causadas pelo contato com substâncias ácidas. Adicionalmente, SECM foi empregada no estudo do transporte de espécies eletroativas em amostras de dentina e investigações relacionadas ao bloqueio dos túbulos empregando-se cremes dentais comerciais foram realizadas. A permeação de peróxido de hidrogênio pela dentina também foi estudada. Os resultados de SECM foram comparados com imagens SEM obtidas nas mesmas condições experimentais. Microeletrodos de membrana ionófora íon-seletiva (Ion Selective Microelectrodes-ISMEs) sensíveis a íons cálcio também foram desenvolvidos e caracterizados, com subsequente aplicação em SECM no modo potenciométrico. A dissolução ácida de esmalte bovino (erosão dentária) foi investigada em diferentes valores de pH (2,5; 4,5; 6,8). Além disso, o transporte de íons cálcio através de membranas porosas sintéticas foi avaliado a uma distância tip/substrato de 300µm. Alterações no fluxo de íons cálcio foram correlacionadas em experimentos realizados na presença e ausência de campos magnéticos gerados por nanopartículas de magnetita incorporadas à membrana porosa. Microcristais de calcita facilmente sintetizados pelo método de precipitação foram utilizados como superfície modelo para investigações interfaciais, cujos resultados podem ser correlacionados aos materiais dentários. Desta forma, nanopipetas de vidro preenchidas com eletrólito suporte foram fabricadas e utilizadas como sonda em Scanning Ion Conductance Microscopy (SICM). O mapeamento topográfico de alta resolução espacial da superfície de um microcristal de calcita foi obtido utilizando o modo de varredura hopping mode. Adicionalmente, sondas multifuncionais ISME-SICM também foram desenvolvidas e caracterizadas para investigações simultâneas com relação às alterações topográficas e quantificação de íons cálcio sobre a superfície de um microcristal de calcita. A adição de reagentes ácidos no canal SICM promoveu a dissolução da superfície do microcristal, sendo obtidos dados cinéticos de dissolução. Investigações em meio neutro também foram realizadas utilizando a sonda ISME-SICM. Os resultados experimentais obtidos também foram comparados com aqueles oriundos de simulação computacional.

Desenvolvimento floral e do óvulo e aspectos da reprodução em Aechmea sp. e Vriesea sp. (Bromeliaceae)

A utilização de Bromélias tem sido crescente no mercado de plantas onamentais, por outro lado, muitas espécies encontram-se ameaçadas, grande parte pelos impactos humanos no ambiente. Aechmea correia-araujoi E. Pereira & Moutinho, Aechmea gamossepala Wittm, Vriesea ensiformis (Vell.) Beer e Vriesea saundersii (Carrière) E. Morren ex Mez, espécies nativas da Mata Atlântica brasileira, têm sido alvo de extrativismo. Informações básicas sobre a espécie são essenciais para subsidiar a condução de programas de conservação e melhoramento genético, que aliados a ferramentas biotecnológicas permitem a incorporação de estratégias inovadoras aos métodos de melhoramento. Neste sentido, o objetivo do presente trabalho foi descrever essas espécies, quanto à micromorfologia floral, aspectos reprodutivos envolvidos no processo de polinização, desenvolvimento floral e deesenvolvimento gametofítico, como mecanismo de preservação e produção comercial. A caracterização morfológica e anatômica das flores das espécies de Aechmea e Vriesea contribuiu para a compreensão do processo reprodutivo. As espécies apresentam grãos de pólen com alta capacidade reprodutiva, viabilidade polínica superior a 93%, germinação in vitro maior que 80% e o estigma apresenta-se receptivo da antese ao final do dia. A ontogênese floral de A. correia-araujoi é centrípeta, os primórdios desenvolvem-se na ordem, sépala, pétala, androceu e gineceu. O apêndice petalar é formado na fase final do desenvolvimento. O primórdio de óvulo tem origem placentária e caráter trizonal, o óvulo é anátropo, bitegumentado e crassinucelado. O meristema floral de A. gamosepala se desenvolve de forma centrípeta, de forma unidirecional reversa. O estigma diferencia-se na fase inicial do desenvolvimento e os apêndices petalares, na fase final. O óvulo é anátropo, crassinucelado, bitegumentado, tétrade linear, megásporo calazal funcional, desenvolvimento tipo monospórico e Polygonum. As anteras são bitecas, tetraesporangiadas, com tapete secretor. Botões florais de 8,7 - 13,0 mm são indicados no estudo de embriogênese a partir de micrósporo. As alterações celulares e o padrão de distribuição de pectinas e AGPs foram caracterizadas por análise citoquímica com azul de toluidina, KI e DAPI e imunocitoquímica por imunofluorescência com os anticorpos para RNA, pectinas esterificadas (JIM7), não esterificadas (JIM5) e AGPs (LM2, LM6, MAC207, JIM13, JIM14) e analisadas por microscopia de fluorescência. Foram caracterizados padrões de distribuição espaço-temporal de pectinas e AGP que podem ser utilizados como marcadores de desenvolvimento gametofítico masculino. As observações feitas nesse trabalho fornecem dados sobre aspectos reprodutivos das espécies que podem ser utilizados em programas de melhoramento genético, conservação e desenvolvimento de haploides

Microscopia eletrônica de estruturas de superfície em cristais de diamantes do Brasil

Não disponível.

Caracterização tecnológica de minérios auríferos por análise automatizada de imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura.

O ouro, assim como outros bens minerais, é uma commodity, ou seja, um produto não diferenciado, com preço determinado pelo mercado internacional, sem a interferência de seus produtores. Diante desse cenário, associado à exaustão dos depósitos minerais de maiores teores, as mineradoras vêm buscando melhores formas de aproveitamento de matérias-primas minerais mais complexas quanto à extração e ao beneficiamento. Os retornos financeiros são obtidos no estrito controle da produção com redução de custos e mitigação de perdas nas operações unitárias. A caracterização tecnológica está inserida como uma abordagem multidisciplinar e fundamental para o melhor aproveitamento dos bens minerais. Possibilita um maior conhecimento do minério e das associações minerais presentes, que auxiliará no desenvolvimento das alternativas de explotação e na otimização do processo em funcionamento. Dentre os procedimentos de caracterização das associações minerais mais acurados citam-se os sistemas automatizados de análise de imagens adquiridas por microscopia eletrônica de varredura. Permitem a avaliação qualitativa ou quantitativa de grande número de partículas quanto à composição química e mineral, partição de elementos nos minerais presentes, formas de associações e liberação entre os minerais. Este estudo se concentra na caracterização de quatro amostras mineralizadas a ouro, de diferentes regiões do Brasil, pela análise automatizada de imagens e por métodos laboratoriais de separações minerais e extração hidrometalúrgica do ouro. A combinação de procedimentos laboratoriais com a análise de imagens permitiu confrontar os resultados das recuperações potenciais, fornecendo subsídios para abordagens de processo, para obtenção da máxima recuperação do ouro e para diagnosticar as características interferentes nesses processos.

Técnicas de microscopia aplicadas a las Geociencias

Uno de los problemas con los que se enfrentan los alumnos a la hora de estudiar las geociencias es la falta de imágenes de alta calidad, especialmente en muestras microscópicas. En este trabajo se examinan distintas técnicas de microscopía óptica para la obtención de fotografías digitales de alta resolución. Las técnicas se han aplicado y desarrollado en el marco de las geociencias, en particular en ámbito de la sedimentología y micropaleontología siendo los objetos geológicos fotografiados fundamentalmente arenas y microfósiles. Las técnicas abarcan las distintas opciones de microscopia óptica (utilización de microscopía simple y compuesta) que incluyen básicamente distintos tipos de luz reflejada, utilización de diferentes tipos de cámara fotográfica, elección de los aumentos y de los grados de luminosidad óptimos para cada tipo muestra. Los resultados obtenidos han permitido establecer las mejores condiciones e instrumental para la implementación de esta técnica como recurso de investigación aplicado a la didáctica de las geociencias marinas, en particular en las asignaturas de “planctología aplicada y micropaleontología marina” y “sedimentología” del grado de ciencias del mar de la universidad de Alicante.

Richtige Anweisung, Reflectirende Telescopia, die es grossen Tubis weit zuvor thun, nach Gregorianischer und Newtonischer Art von mancherley Grösse und Einrichtung, samt zugehörigen Spiegeln und Gläsern desgleichen Perspective, Tubos und Microscopia zu verfertigen : Denen Schiffleuten, Geographis, Astronomis, Physicis, Künstlern und anderen, die dergleichen zur Luft und eigenem Gebrauche zubereiten wollen, sehr nützlich /

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Manual de bacteriologia e microscopia clinica ... com applicações á clinica medica e veterinaria.

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Localization and movement of mineral oil in plants by fluorescence and confocal microscopy

Fluorescence and confocal laser scanning microscopy were explored to investigate the movement and localization of mineral oils in citrus. In a laboratory experiment, fluorescence microscopy observation indicated that when a 'narrow' distillation fraction of an nC23 horticultural mineral oil was applied to adaxial and opposing abaxial leaf surfaces of potted orange [Citrus x aurantium L. (Sapindales: Rutaceae)] trees, oil penetrated steadily into treated leaves and, subsequently, moved to untreated petioles of the leaves and adjacent untreated stems. In another experiment, confocal laser scanning microscopy was used to visualize the penetration into, and the subsequent cellular distribution of, an nC24 agricultural mineral oil in C. trifoliata L. seedlings. Oil droplets penetrated or diffused into plants via both stomata and the cuticle of leaves and stems, and then moved within intercellular spaces and into various cells including phloem and xylem. Oil accumulated in droplets in intercellular spaces and within cells near the cell membrane. Oil entered cells without visibly damaging membranes or causing cell death. In a field experiment with mature orange trees, droplets of an nC23 horticultural mineral oil were observed, by fluorescence microscopy, in phloem sieve elements in spring flush growth produced 4-5 months and 16-17 months after the trees were sprayed with oil. These results suggest that movement of mineral oil in plants is both apoplastic via intercellular spaces and symplastic via plasmodesmata. The putative pattern of the translocation of mineral oil in plants and its relevance to oil-induced chronic phytotoxicity are discussed.

Determination of the orientational distribution and orientation factor for transfer between membrane-bound fluorophores using a confocal microscope

Orientational fluorophores have been a useful tool in physical chemistry, biochemistry, and more recently structural biology due to the polarized nature of the light they emit and that fact that energy can be transferred between them. We present a practical scheme in which measurements of the intensity of emitted fluorescence can be used to determine limits on the mean and distribution of orientation of the absorption transition moment of membrane-bound. uorophores. We demonstrate how information about the orientation of. uorophores can be used to calculate the orientation factor k(2) required for use in FRET spectroscopy. We illustrate the method using images of AlexaFluor probes bound to MscL mechanosensitive transmembrane channel proteins in spherical liposomes.

Characterization of Acanthamoeba-microsphere association by multiparameter flow cytometry and confocal microscopy

Background: Acanthamoebae, in common with other protozoa, readily endocytose particulate material, which in turn may lead to the spread of infectious disease. Methods: Evaluation and quantification of plain and carboxylate FITC-microsphere association with acanthamoebal trophzoites was undertaken using a combination of flow cytometry and confocal microscopy. Trophozoites from strains and species of Acanthamoeba were exposed to plain and carboxylate FITC-microspheres. Microsphere size and aspects such as trophozoite starvation, maturity, and exposure to metabolic inhibitors were assessed. Results: All species and strains of Acanthamoeba readily endocytosed plain and carboxylate microspheres. Starving trophozoites significantly increased binding and potential ingestion of microspheres, whereas trophozoites of increasing maturity lost such abilities. Trophozoites showed a significant preference for 2.0- and 3.0-μm-diameter microspheres when compared with other sizes, which in turn could occupy much of the cytoplasm. The physiological inhibitors sodium azide, 2,4-clinitrophenol, and cytochalasin B reduced microsphere association with trophozoites; however, some microspheres still bound and associated with trophozoites after inhibitor exposure, a manifestation of both active and inactive agent involvement in microsphere endocytosis. Conclusions: Even though the origins of microsphere binding by acanthamoebal trophozoite remains shrouded, the combination of flow cytometry and confocal microscopy supported synergistic quantification and qualification of trophozoite-microsphere endocytosis. © 2006 International Society for Analytical Cytology.

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.