Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Regulation of autoimmune neuroinflammation by stress-responsive genes

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biology

Novel insights into the action of antimicrobial agents against human pathogens

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

Observations of air composition in Brazil between the Equator and 20°s during the dry season.

Field measurement programs in Brazil during the dry season months of August and September in 1979 and 1980 have demonstrated the great importance of the continental tropics in global air chemistry. Especially in the mixed layer, the air composition over land is much different from that over the ocean and the land areas are clearly longe scale sources of many inportant trace gases. During the dry season much biomass, burning takes place especially in the cerrado regions leading to substantial emission of air pollutants, such as CO, NOx, N2O, CH4 and other hydrocarbons. Ozone concentrations are alsoenhanced due to photochemical reactions. Biogenic organic emissions from tropical forests play likewise an important role in the photochemistry of the atmosphere. Carbon monoxide was found to be present in high concentrations in the boundary layer of the tropical forest, but ozone concentrations were much lower than in the cerrado.

Cardiopulmonary resuscitation: update, controversies and new advances

Cardiopulmonary arrest is a medical emergency in which the lapse of time between event onset and the initiation of measures of basic and advanced support, as well as the correct care based on specific protocols for each clinical situation, constitute decisive factors for a successful therapy. Cardiopulmonary arrest care cannot be restricted to the hospital setting because of its fulminant nature. This necessitates the creation of new concepts, strategies and structures, such as the concept of life chain, cardio-pulmonary resuscitation courses for professionals who work in emergency medical services, the automated external defibrillator, the implantable cardioverter-defibrillator, and mobile intensive care units, among others. New concepts, strategies and structures motivated by new advances have also modified the treatment and improved the results of cardiopulmonary resuscitation in the hospital setting. Among them, we can cite the concept of cerebral resuscitation, the application of the life chain, the creation of the universal life support algorithm, the adjustment of drug doses, new techniques - measure of the end-tidal carbon dioxide levels and of the coronary perfusion pressure - and new drugs under research.

A multicenter, open-label study of the efficacy and safety of telmisartan in mild to moderate hypertensive patients

OBJECTIVE: To evaluate the efficacy and tolerability of telmisartan, given once a day to patients with mild to moderate hypertension, as well as to assess the 24-hour blood pressure profile with ABPM. METHODS: Initially, 163 patients over 18 were selected, regardless of sex, with blood pressure levels >140/90mmHg at visit 1, which was confirmed at visit 2. One hundred thirty-four patients completed the study. After a 4-week placebo run-in phase, telmisartan 40mg/daily was given for 6 weeks. In those patients whose blood pressure (BP) levels were lower than 140/90mmHg, the same dosage was kept for an additional period of 6 weeks. For those who had BP higher than 140/90mmHg, the dosage was increased to 80mg/daily. Sixty-two patients were included in a subgroup that underwent ABPM 3 different times during the study. RESULTS: In the overall group, blood pressure reduction ranged from 162.3±14.5/101.3±5.75 mmHg (baseline) to 147.3±20.1/90.8±10.9 mmHg (week 12) (p<0.05). Mean blood pressure decreases were 14.4mmHg for systolic BP and 10.3mmHg for diastolic BP, after 12 weeks of active treatment. A subanalysis showed that 47 (35%) patients took telmisartan 40mg throughout the study and 81 (65%) had the dosage increased to 80mg daily. Using ABPM, an 8-mmHg reduction in systolic BP as well as a 5-mmHg reduction in diastolic BP were observed, when compared with baseline values in the final 6 hours (18-24 hours after the last dose of study medication). CONCLUSION: Our results confirm that telmisartan given once a day is effective in reducing blood pressure levels in mild to moderate hypertensive patients. This reduction occurs in a sustained and gradual manner during a 24-hour period confirmed by ABPM.

Effects of PDE type 5 inhibitors on Left Ventricular Diastolic Dysfunction in Resistant Hypertension

Resistant hypertension (RHTN) is a multifactorial disease characterized by blood pressure (BP) levels above goal (140/90 mmHg) in spite of the concurrent use of three or more antihypertensive drugs of different classes. Moreover, it is well known that RHTN subjects have high prevalence of left ventricular diastolic dysfunction (LVDD), which leads to increased risk of heart failure progression. This review gathers data from studies evaluating the effects of phosphodiesterase-5 (PDE-5) inhibitors (administration of acute sildenafil and short-term tadalafil) on diastolic function, biochemical and hemodynamic parameters in patients with RHTN. Acute study with sildenafil treatment found that inhibition of PDE-5 improved hemodynamic parameters and diastolic relaxation. In addition, short-term study with the use of tadalafil demonstrated improvement of LVDD, cGMP and BNP-32 levels, regardless of BP reduction. No endothelial function changes were observed in the studies. The findings of acute and short-term studies revealed potential therapeutic effects of IPDE-5 drugs on LVDD in RHTN patients.

Bioluminescent sensor proteins for point-of-care therapeutic drug monitoring.

For many drugs, finding the balance between efficacy and toxicity requires monitoring their concentrations in the patient's blood. Quantifying drug levels at the bedside or at home would have advantages in terms of therapeutic outcome and convenience, but current techniques require the setting of a diagnostic laboratory. We have developed semisynthetic bioluminescent sensors that permit precise measurements of drug concentrations in patient samples by spotting minimal volumes on paper and recording the signal using a simple point-and-shoot camera. Our sensors have a modular design consisting of a protein-based and a synthetic part and can be engineered to selectively recognize a wide range of drugs, including immunosuppressants, antiepileptics, anticancer agents and antiarrhythmics. This low-cost point-of-care method could make therapies safer, increase the convenience of doctors and patients and make therapeutic drug monitoring available in regions with poor infrastructure.

Fabricació i anàlisi del biodièsel

La producció de biodièsel a partir d'olis de cuina utilitzats, amb l'objectiu de transformar un residu en un producte amb valor comercial i ambiental, és més net que els combustibles fòssils i contribueix a disminuir el gran consum de petroli que estem fent. En una primera part teòrica s’ha realitzat un treball de recerca d' informació del biodièsel per saber si és un bon combustible i si podria ser un possible substitut dels combustibles fòssils. En quant a la part pràctica l'objectiu principal ha estat fabricar el biodièsel . Les matèries primeres són oli de gira-sol i oli de cuina utilitzat, per tal de comparar les seves qualitats. S’ha arribat a la conclusió que presenten característiques molt semblants. Després de fer les anàlisis físico-químics de qualitat vam fer una mescla dels dos biodièsels fabricats, i el vam provar en un motor Dièsel per comprovar si funciona correctament i fer una comparació dels gasos emesos pel nostre combustible amb els emesos pel gasoil comercial. El resultat va ser molt positiu ja que el motor va funcionar correctament, i la comparació de gasos va sortir tal i com esperàvem ja que les quantitats de diòxid i monòxid de carboni emeses eren menors que en el gasoil.

Modelització i control d'un reactor de producció d'hidrogen per a l'alimentació de piles de combustible

Les piles de combustible permeten la transformació eficient de l’energia química de certs combustibles a energia elèctrica a través d’un procés electroquímic. De les diferents tecnologies de piles de combustible, les piles de combustible de tipus PEM són les més competitives i tenen una gran varietat d’aplicacions. No obstant, han de ser alimentades únicament per hidrogen. Per altra banda, l’etanol, un combustible interessant en el marc dels combustibles renovables, és una possible font d’hidrogen. Aquest treball estudia la reformació d’etanol per a l’obtenció d’hidrogen per a alimentar piles de combustible PEM. Només existeixen algunes publicacions que tractin l’obtenció d’hidrogen a partir d’etanol, i aquestes no inclouen l’estudi dinàmic del sistema. Els objectius del treball són el modelat i l’estudi dinàmic de reformadors d’etanol de baixa temperatura. Concretament, proposa un model dinàmic d’un reformador catalític d’etanol amb vapor basat en un catalitzador de cobalt. Aquesta reformació permet obtenir valors alts d’eficiència i valors òptims de monòxid de carboni que evitaran l’enverinament d’una la pila de combustible de tipus PEM. El model, no lineal, es basa en la cinètica obtinguda de diferents assaigs de laboratori. El reformador modelat opera en tres etapes: deshidrogenació d’etanol a acetaldehid i hidrogen, reformat amb vapor d’acetaldehid, i la reacció WGS (Water Gas Shift). El treball també estudia la sensibilitat i controlabilitat del sistema, caracteritzant així el sistema que caldrà controlar. L’anàlisi de controlabilitat es realitza sobre la resposta de dinàmica ràpida obtinguda del balanç de massa del reformador. El model no lineal és linealitzat amb la finalitat d’aplicar eines d’anàlisi com RGA, CN i MRI. El treball ofereix la informació necessària per a avaluar la possible implementació en un laboratori de piles de combustibles PEM alimentades per hidrogen provinent d’un reformador d’etanol.

Exposition au fumage involontaire dans l'air intérieur des locaux. Problèmes liés aux mesures de l'exposition à la fumée de tabac

A brief and critical review of the physical and chemical markers of ETS was made as well as the techniques which were used to measure their concentrations in indoor air. Despite the existing data, more investigations and measurements are needed to characterize the exposure to ETS and their health effects.

Use of nicotine substitute prescribed at hourly plus ab libitum intake or ad libitum for heavy smokers willing to quit: a randomized controlled trial.

OBJECTIVE: To assess the impact of instructional guidance in the regular use of use nicotine nasal spray (NNS) on the true use of NNS during the first three weeks of smoking cessation for heavy smokers who are willing to quit. METHODS: This randomized, open, controlled trial included 50 patients who were heavy smokers, were willing to quit, and attending an academic outpatient clinic in Western Switzerland. Patients were randomised to instruction on NNS use as "ad libitum" (administration whenever cravings appear; control group) or to use NNS when craving appears and at least every hour when awake (intervention group). Intakes were monitored using an electronic device fixed in the spray unit (MDILog) during the first three weeks of use. Self reported abstinence from smoking at six months was confirmed by expired-air carbon monoxide. Using intention-to-treat analysis, random-effect GLS regression was used to calculate the mean difference of daily doses between groups controlling for lack of independence between measures from the same individual. RESULTS: One patient was lost to follow-up. At baseline randomization, the group receiving instruction to use NNS hourly included more women, patients with previous desires to quit, and patients with more psychiatric comorbidities and less somatic complaints compared to the group instructed to use NNS with cravings (group imbalance). Both groups self-administered more than the daily recommended dosage of 8 uses. Mean daily usage was 13.6 dose/day and 11.1 dose/day for the group instructed to use NNS hourly and with cravings, respectively. Adjusting for baseline imbalance, the increased daily doses in the intervention group (hourly use) remained nonsignificant compared to ad libitum use (-0.5 dose/day; CI 95% -6.2; 5.3, from day 1 to day 7; and 2.3 dose/day; CI 95% -5.4; 10.0, from day 8 to day 21). Instructing patients to use the NNS daily had no effect on smoking cessation at six months (RR = 0.69; CI 95% 0.34; 1.39). CONCLUSION: Heavy smokers willing to quit use NNS frequently, regardless of the instructions given. Recommending the use of NNS only when craving appears for heavy smokers willing to quit seems acceptable compared to prescribing hourly administration. TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov: NCT00861276.

Genome-wide mRNA expression correlates of viral control in CD4+ T-cells from HIV-1-infected individuals.

There is great interindividual variability in HIV-1 viral setpoint after seroconversion, some of which is known to be due to genetic differences among infected individuals. Here, our focus is on determining, genome-wide, the contribution of variable gene expression to viral control, and to relate it to genomic DNA polymorphism. RNA was extracted from purified CD4+ T-cells from 137 HIV-1 seroconverters, 16 elite controllers, and 3 healthy blood donors. Expression levels of more than 48,000 mRNA transcripts were assessed by the Human-6 v3 Expression BeadChips (Illumina). Genome-wide SNP data was generated from genomic DNA using the HumanHap550 Genotyping BeadChip (Illumina). We observed two distinct profiles with 260 genes differentially expressed depending on HIV-1 viral load. There was significant upregulation of expression of interferon stimulated genes with increasing viral load, including genes of the intrinsic antiretroviral defense. Upon successful antiretroviral treatment, the transcriptome profile of previously viremic individuals reverted to a pattern comparable to that of elite controllers and of uninfected individuals. Genome-wide evaluation of cis-acting SNPs identified genetic variants modulating expression of 190 genes. Those were compared to the genes whose expression was found associated with viral load: expression of one interferon stimulated gene, OAS1, was found to be regulated by a SNP (rs3177979, p = 4.9E-12); however, we could not detect an independent association of the SNP with viral setpoint. Thus, this study represents an attempt to integrate genome-wide SNP signals with genome-wide expression profiles in the search for biological correlates of HIV-1 control. It underscores the paradox of the association between increasing levels of viral load and greater expression of antiviral defense pathways. It also shows that elite controllers do not have a fully distinctive mRNA expression pattern in CD4+ T cells. Overall, changes in global RNA expression reflect responses to viral replication rather than a mechanism that might explain viral control.

The TcI and TcII Trypanosoma cruzi experimental infections induce distinct immune responses and cardiac fibrosis in dogs

Trypanosoma cruzi infection may be caused by different strains with distinct discrete typing units (DTUs) that can result in variable clinical forms of chronic Chagas disease. The present study evaluates the immune response and cardiac lesions in dogs experimentally infected with different T. cruzi strains with distinct DTUs, namely, the Colombian (Col) and Y strains of TcI and TcII DTU, respectively. During infection with the Col strain, increased levels of alanine aminotransferase, erythrocytes, haematocrit and haemoglobin were observed. In addition, CD8+ T-lymphocytes isolated from the peripheral blood produced higher levels of interleukin (IL)-4. The latter suggests that during the acute phase, infection with the Col strain may remain unnoticed by circulating mononuclear cells. In the chronic phase, a significant increase in the number of inflammatory cells was detected in the right atrium. Conversely, infection with the Y strain led to leucopoenia, thrombopoenia, inversion of the ratio of CD4+/CD8+ T-lymphocytes and alterations in monocyte number. The Y strain stimulated the production of interferon-γ by CD4+ and CD8+ T-lymphocytes and IL-4 by CD8+ T-cells. In the chronic phase, significant heart inflammation and fibrosis were observed, demonstrating that strains of different DTUs interact differently with the host.