Optical biochemical sensors based on long-period fibre gratings UV-inscribed in D-fibre with enhanced sensitivity by HF etching process

We report a new concept of biochemical sensor device based on long-period grating structures UV-inscribed in D-fiber. The surrounding-medium refractive index sensitivity of the devices has been enhanced significantly by a hydrofluoric acid etching process. The devices have been used to measure the sugar concentrations showing clearly an encoding relation between the chemical concentration and the grating spectral response, demonstrating their capability for potential biochemical sensing applications.

The application of 3D printing to study microfluidic architecture for 'on-chip' mixing systems for SRCD and UV spectroscopy

This paper details methodologies that have been explored for the fast proofing of on-chip architectures for Circular Dichroism techniques. Flow-cell devices fabricated from UV transparent Quartz are used for these experiments. The complexity of flow-cell production typically results in lead times of six months from order to delivery. Only at that point can the on-chip architecture be tested empirically and any required modifications determined ready for the next six month iteration phase. By using the proposed 3D printing and PDMS moulding techniques for fast proofing on-chip architectures the optimum design can be determined within a matter of hours prior to commitment to quartz chip production.

Loading effect in copper(II) oxide cluster-surface-modified titanium(IV) oxide on visible- and UV-light activities

Cu(acac)2 is chemisorbed on TiO2 particles [P-25 (anatase/rutile = 4/1 w/w), Degussa] via coordination by surface Ti–OH groups without elimination of the acac ligand. Post-heating of the Cu(acac)2-adsorbed TiO2 at 773 K yields molecular scale copper(II) oxide clusters on the surface (CuO/TiO2). The copper loading amount (Γ/Cu ions nm–2) is controlled in a wide range by the Cu(acac)2 concentration and the chemisorption–calcination cycle number. Valence band (VB) X-ray photoelectron and photoluminescence spectroscopy indicated that the VB maximum of TiO2 rises up with increasing Γ, while vacant midgap levels are generated. The surface modification gives rise to visible-light activity and concomitant significant increase in UV-light activity for the degradation of 2-naphthol and p-cresol. Prolonging irradiation time leads to the decomposition to CO2, which increases in proportion to irradiation time. The photocatalytic activity strongly depends on the loading, Γ, with an optimum value of Γ for the photocatalytic activity. Electrochemical measurements suggest that the surface CuO clusters promote the reduction of adsorbed O2. First principles density functional theory simulations clearly show that, at Γ < 1, unoccupied Cu 3d levels are generated in the midgap region, and at Γ > 1, the VB maximum rises and the unoccupied Cu 3d levels move to the conduction band minimum of TiO2. These results suggest that visible-light excitation of CuO/TiO2 causes the bulk-to-surface interfacial electron transfer at low coverage and the surface-to-bulk interfacial electron transfer at high coverage. We conclude that the surface CuO clusters enhance the separation of photogenerated charge carriers by the interfacial electron transfer and the subsequent reduction of adsorbed O2 to achieve the compatibility of high levels of visible and UV-light activities.

MOVPE growth and characterization of Al(Ga)N and InAlN/AlGaN quantum wells for UV LED applications

The study of III-nitride materials (InN, GaN and AlN) gained huge research momentum after breakthroughs in the production light emitting diodes (LEDs) and laser diodes (LDs) over the past two decades. Last year, the Nobel Prize in Physics was awarded jointly to Isamu Akasaki, Hiroshi Amano and Shuji Nakamura for inventing a new energy efficient and environmental friendly light source: blue light-emitting diode (LED) from III-nitride semiconductors in the early 1990s. Nowadays, III-nitride materials not only play an increasingly important role in the lighting technology, but also become prospective candidates in other areas, for example, the high frequency (RF) high electron mobility transistor (HEMT) and photovoltaics. These devices require the growth of high quality III-nitride films, which can be prepared using metal organic vapour phase epitaxy (MOVPE). The main aim of my thesis is to study and develop the growth of III-nitride films, including AlN, u-AlGaN, Si-doped AlGaN, and InAlN, serving as sample wafers for fabrication of ultraviolet (UV) LEDs, in order to replace the conventional bulky, expensive and environmentally harmful mercury lamp as new UV light sources. For application to UV LEDs, reducing the threading dislocation density (TDD) in AlN epilayers on sapphire substrates is a key parameter for achieving high-efficiency AlGaNbased UV emitters. In Chapter 4, after careful and systematic optimisation， a working set of conditions, the screw and edge type dislocation density in the AlN were reduced to around 2.2×108 cm-2 and 1.3×109 cm-2 , respectively, using an optimized three-step process, as estimated by TEM. An atomically smooth surface with an RMS roughness of around 0.3 nm achieved over 5×5 µm 2 AFM scale. Furthermore, the motion of the steps in a one dimension model has been proposed to describe surface morphology evolution, especially the step bunching feature found under non-optimal conditions. In Chapter 5, control of alloy composition and the maintenance of compositional uniformity across a growing epilayer surface were demonstrated for the development of u-AlGaN epilayers. Optimized conditions (i.e. a high growth temperature of 1245 °C) produced uniform and smooth film with a low RMS roughness of around 2 nm achieved in 20×20 µm 2 AFM scan. The dopant that is most commonly used to obtain n-type conductivity in AlxGa1-xN is Si. However, the incorporation of Si has been found to increase the strain relaxation and promote unintentional incorporation of other impurities (O and C) during Si-doped AlGaN growth. In Chapter 6, reducing edge-type TDs is observed to be an effective appoach to improve the electric and optical properties of Si-doped AlGaN epilayers. In addition, the maximum electron concentration of 1.3×1019 cm-3 and 6.4×1018 cm-3 were achieved in Si-doped Al0.48Ga0.52N and Al0.6Ga0.4N epilayers as measured using Hall effect. Finally, in Chapter 7, studies on the growth of InAlN/AlGaN multiple quantum well (MQW) structures were performed, and exposing InAlN QW to a higher temperature during the ramp to the growth temperature of AlGaN barrier (around 1100 °C) will suffer a significant indium (In) desorption. To overcome this issue, quasi-two-tempeature (Q2T) technique was applied to protect InAlN QW. After optimization, an intense UV emission from MQWs has been observed in the UV spectral range from 320 to 350 nm measured by room temperature photoluminescence.

Combined effects of solar UV radiation and CO2-induced seawater acidification on photosynthetic carbon fixation of phytoplankton assemblages in the South China Sea, 2010

We carried out short term pCO2/pH perturbation experiments in the coastal waters of the South China Sea to evaluate the combined effects of seawater acidification (low pH/high pCO2) and solar UV radiation (UVR, 280-400 nm) on photosynthetic carbon fixation of phytoplankton assemblages. Under photosynthetically active radiation (PAR) alone treatments, reduced pCO2 (190 ppmv) with increased pH resulted in a significant decrease in the photosynthetic carbon fixation rate (about 23%), while enriched pCO2 (700 ppmv) with lowered pH had no significant effect on the photosynthetic performance compared to the ambient level. The apparent photosynthetic efficiency decreased under the reduced pCO2 level, probably due to C-limitation as well as energy being diverged for up-regulation of carbon concentrating mechanisms (CCMs). In the presence of UVR, both UV-A and UV-B caused photosynthetic inhibition, though UV-A appeared to enhance the photosynthetic efficiency under lower PAR levels. UV-B caused less inhibition of photosynthesis under the reduced pCO2 level, probably because of its contribution to the inorganic carbon (Ci)-acquisition processes. Under the seawater acidification conditions (enriched pCO2), both UV-A and UV-B reduced the photosynthetic carbon fixation to higher extents compared to the ambient pCO2 conditions. We conclude that solar UV and seawater acidification could synergistically inhibit photosynthesis.

Multifunctional anthraquinone-based sensors: UV, O2and time

An anthraquinone dye, Remazol brilliant blue R, RBBR, is used to create an indicator which can function as: (i) a UV dosimeter, (ii) an O2 indicator and (iii) a ‘Consume within’ indicator, CWI, for fresh, refrigerated foods. The dye is encapsulated in an ink containing a polymer, glycerol and a UV-activated semiconductor photocatalyst, titanium dioxide. When cast as a film, the dye is readily reduced by the TiO2 photocatalyst nanoparticles, thereby changing the colour of the film from blue to yellow, via a transitional green colour. The RBBR indicator is appropriately formulated, and covered with a film of Sellotape, which acts as an O2 barrier, so as to act as a sunburn warning indicator for people with skin type II. In the absence of the layer of Sellotape the RBBR indicator is used as an, albeit slow, sensor for measuring ambient levels of O2. Finally, by keeping the Sellotape layer, a UV-activated, yellow-coloured, RBBR indicator film is found to take ca. 42 h at 5 °C in ambient air to attain a green colour, and, on this basis, it is demonstrated as a possible CWI for refrigerated fresh foods.

Efeito da radiação micro-ondas na sinterização em fases sólida e líquida de pós de aço inoxidável 3I6L

Tese submetida à Universidade de Coimbra, Faculdade de Ciências e Tecnologia e aprovada em provas públicas para a obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Mecânica (especialidade de Ciência dos Materiais)

Stability of Reconstituted and Diluted Mitomycin C Solutions in Polypropylene Syringes and Glass VialsAbstract

International audience

Otimização da extração de ergosterol assistida por microondas a partir de Agaricus bisporus L., aplicando a técnica estatística de superfície e resposta combinada com a técnica de HPLC-UV

O aumento de consumo de cogumelos tem-se verificado em todo o mundo, não só pelo seu valor nutricional, sabor apurado e textura, mas também pelas suas propriedades medicinais. Existem vários estudos científicos que descrevem os benefícios do consumo de cogumelos, que advêm da sua riqueza em compostos bioativos, tais como micosteróis, em particular, ergosterol. Agaricus bisporus L. é o cogumelo mais consumido em todo o mundo, sendo a sua fração de esteróis constituída essencialmente por ergosterol (90%) [1], tornando a sua extração um tópico de elevado interesse já que esta molécula apresenta elevado valor comercial e inúmeras aplicações nas indústrias alimentar, farmacêutica e cosmética. Segundo a literatura, o teor de ergosterol pode variar entre 3 e 9 mg por g de cogumelo seco. Atualmente, os métodos tradicionais tais como a maceração e a extração em Soxhlet estão a ser substituídos por metodologias emergentes, nomeadamente a extração assistida por microondas, visando diminuir a quantidade de solvente utilizado e o tempo de extração e, naturalmente, aumentar o rendimento da mesma. No presente trabalho, utilizou-se A. bisporus como fonte de ergosterol, tendo-se otimizado as seguintes variáveis relevantes para a sua extração pela tecnologia de microondas (MAE): tempo (0-20 min), temperatura (60-210 ºC) e razão sólido-líquido (1-20 g/L). O solvente utilizado foi o etanol tendo-se aplicado a técnica estatística de superfície de resposta por forma a gerar modelos matemáticos que permitissem maximizar a resposta e otimizar as variáveis que afetam a extração de ergosterol. O conteúdo em ergosterol foi monitorizado por HPLC-UV. Os resultados demonstraram que a técnica MAE é promissora para a extração de ergosterol, tendo-se obtido, para as condições ótimas (20,4 min, 121,5ºC e 1,6 g/L), 569,4 mg ergosterol/100 g de massa seca, valor similar ao obtido com extração convencional por Soxhlet (671,5±0,5 mg/100 g de massa seca). Em síntese, a extração assistida por microondas demonstrou ser uma tecnologia eficiente para maximizar o rendimento de extração em ergosterol.

Ação fotodinâmica da C-Ficocianina, pigmento extraído da Spirulina platensis, nas linhagens tumorais humanas K562 (não MDR) e K562 – Lucena 1 (MDR)

A C-ficocianina (C-FC), um pigmento comum nas cianobctérias e um dos mais abundantes constituintes da Spirulina platensis, vem sendo estudada por possuir várias propriedades como antioxidante, hepatoprotetora, antiinflamatória e inibidora da enzima COX-2. Alguns autores atribuem também a C-FC um efeito oxidante quando ela é o agente fotossensibilizante utilizado na terapia fotodinâmica (TFD), podendo ser um importante agente no tratamento do câncer. Entretanto ainda pouco se sabe sobre a ação da C-FC, como substância fotosensibilizante, no tratamento de ação fotodinâmica (AFD) em modelos biológicos. A AFD provoca a fotooxidação de substratos biológicos através da geração de espécies reativas de oxigênio produzidas pela associação entre um determinado comprimento de onda, uma substância fotosensível e oxigênio. Existem dois caminhos que levam a morte celular pelo processo de fotooxidação conhecidos como mecanismo do tipo I e tipo II. No mecanismo tipo I são gerados radicais como o radical ânion superóxido e radical hidroxila, enquanto no mecanismo do tipo II a espécie reativa de oxigênio gerada é o oxigênio singlete (1O2). A TFD da C-PC possui muitas vantagens em relação ao uso das hematoporfirinas e seus derivados, como rápida preparação e fácil purificação, ampla faixa de absorção do UV e visível, nenhum efeito local, e significativa redução da fotosensibilidade em tecidos normais por ter uma rápida metabolização em vivo. As pesquisas que avaliam os possíveis efeitos celulares da AFD têm sido também estendidas para as células tumorais que adquirem fenótipo de resistência a múltiplas drogas (MDR). A MDR é um fenômeno no qual células tumorais, selecionadas resistentes a um agente quimioterápico, adquirem resistência a outras drogas, 5 aparentemente não relacionadas. O fenótipo MDR é multifatorial, mas o mecanismo melhor estudado é a super expressão da glicoproteína-P, que é uma proteína de membrana capaz de fazer a extrusão de quimioterápicos para fora de célula. Com isso o objetivo deste estudo é avaliar a sensibilidade das linhagens celulares que expressem (Lucena) ou não (K562) o fenótipo MDR à AFD do pigmento C-FC, extraído da cianobactéria S. platensis, e propor um possível mecanismo de ação. A extração da C-PC foi feita no Laboratorio de Microbiologia e Engenharia de Bioprocesos (FURG). Diferentes concentrações de C-PC (0.025, 0.05, 0.10, 0.20 e 0.40 mg/ml para os testes de PDA da C-PC e 0.05, 0.10, 0.20, 0.40 e 0.60 mg/ml para os testes no escuro) foram usadas. O número de células viáveis foi avaliada imediatamente, 24 h e 48 h após o tratamento com C-PC ou PDA da C-PC através de exclusão por azul de trypan. A concentração de 0.05 mg/ml foi utilizada para determinar o possível papel da Pgp na resposta da linhagem Lucena e a concentração de 0.10 mg/ml foi utilizada nos testes de peroxidação lipídica (LPO), de produção de espécies reativas de oxigênio (ROS) e quantificação de apoptose/necrose. A PDA da CPC causou uma diminuição no número de células viáveis em ambas linhagens K562 (não MDR) e Lucena (MDR), sendo que a linhagem MDR foi menos sensível que a não MDR. Já nos testes realizados no escuro, nenhuma toxicidade foi encontrada para as duas linhagens. Nenhuma alteração na resistência da linhagem Lucena foi encontrada quando o modulador verapamil foi colocado durante o tratamento de APD com C-PC e até às 48h de acompanhamento após o tratamento. Também não foi encontrada diferença significativa de lipoperoxidação (LPO) mas houve uma tendência de aumento na produção de ROS, que foi mais evidente na linhagem K562. Além disso a linhagem Lucena apresentou uma produção basal de ROS significativamente maior que a K562. Nos testes de apoptose/necrose nenhuma diferença foi encontrada entre as células controle e tratadas em ambas linhagens. Os resultados encontrados neste estudo sugerem que a C-PC possa ser um potente agente fotosensibilizante, tanto para linhagens não MDR quanto para linhagens MDR e também que o mecanismo tipo II esteja envolvido em maior parte no efeito observado na PDA da C-PC, mas uma menor participação do mecanismo tipo I não pode ser descartada. 

Aplicação de radiação gama a Ginkgo biloba L. e avaliação da sua composição química através de técnicas cromatográficas

A irradiação é uma técnica de conservação acreditada para ingredientes secos e representa quase 50% do mercado mundial relativamente à desinfestação póscolheita (~186 000 ton). Para além da sua aplicabilidade para conservação apresentase também, como uma solução adequada para o tratamento pós-colheita de plantas medicinais, a fim de garantir a sua descontaminação [1,2]. Neste estudo, foram avaliados os efeitos da radiação gama (1 e 10 kGy) na composição química de amostras de Ginkgo biloba L. desidratadas. Foram analisadas moléculas lipofílicas e hidrofílicas utilizando técnicas cromatográficas acopladas a diferentes detetores. Os açúcares livres foram analisados por HPLC-RI, os ácidos gordos por GC-FID, os ácidos orgânicos por HPLC-PDA e os tocoferois por HPLC-fluorescência. De acordo com os resultados obtidos foi evidente a preservação dos ácidos gordos, dos vitâmeros γ- e δ-tocoferol, da frutose, trealose e dos ácidos quínico e shikímico. Em particular, a dose de 1 kGy manteve o teor em α-tocoferol e em ácidos oxálico e málico, enquanto que a dose de 10 kGy diminuiu a concentração de α-tocoferol, glucose, sacarose e ácidos oxálico e málico. Deste modo e numa avaliação geral, 1 kGy seria a dose recomendada para manter o perfil químico relativo a estas moléculas no Gingko biloba L.

Influência da radiação por feixe de eletrões no perfil cromatográfico de Bauhinia variegata var candida: flor comestível proveniente do brasil

As flores de Bauhinia variegata var candida apresentam coloração branca e são vulgarmente conhecidas como “patas de vaca branca”, sendo muito utilizadas na cozinha gourmet como forma de aumentar a qualidade sensorial e nutricional dos alimentos [1,2]. No presente estudo, as flores foram submetidas a radiação por feixe de eletrões em diferentes doses (0,5 e 0,8 kGy) como forma de descontaminação, e seguidamente analisadas em termos de parâmetros nutricionais (humidade, proteínas, gordura, hidratos de carbono e cinzas) e perfis em açúcares livres (HPLCRI), ácidos gordos (GC-FID), tocoferóis (HPLC-Fluorescência) e ácidos orgânicos (HPLC-DAD). As amostras não irradiadas e irradiadas mostraram um perfil nutricional semelhante, sendo os hidratos de carbono os nutrientes mais abundantes, seguidos das proteínas, gorduras e cinzas. Os perfis em açúcares foram também similares, estando presente a frutose em maior quantidade, seguida da glucose e da sacarose. Os ácidos mirístico (C14:0), palmítico (C16:0), esteárico (C18:0) e oleico (C18:1n9), foram os ácidos gordos mais abundantes. Os ácidos gordos saturados (SFA) foram os mais abundantes, seguidos dos mono (MUFA) e polinsaturados (PUFA). Neste caso, com maior dose de radiação verificou-se que a percentagem de SFA e MUFA diminui ligeiramente (principalmente pelo aumento dos ácidos esteárico e oleico, respetivamente), aumentando a percentagem de PUFA (principalmente pelo aumento dos ácidos linoleico e α-linolénico). No que respeita aos tocoferóis, só a isoforma α foi encontrada, apresentando aproximadamente o mesmo conteúdo nas amostras irradiadas e não irradiadas (1,75±0,06 mg/mL). O ácido cítrico foi o ácido orgânico mais abundante nas amostras, seguido dos ácidos: málico, ascórbico, oxálico e fumárico. Também neste caso os valores mantiveram-se, com exceção do ácido cítrico que aumentou ligeiramente com as doses de irradiação (55,94, 61,70 e 67,64 mg/mL, respetivamente). Em síntese, verificou-se que as doses de irradiação aplicadas não alteraram significativamente a composição química das amostras em estudo, e pode ser considerada uma técnica de descontaminação e preservação de flores comestíveis.

Para lá do azul: radiações ionizantes para preservar alimentos

A radiação visível representa apenas uma parte do espectro de radiação electromagnética com o qual temos interacção permanente. As radiações com maior energia, para além do azul, como os UV, raios-X ou radiação gama têm diferentes usos tecnológicos. Estas radiações são consideradas ionizantes podendo ser utilizadas na preservação de alimentos, permitindo a inibição da germinação, a eliminação de insectos ou microrganismos patogénicos. O conhecimento destas aplicações tem mais de um século e o seu uso industrial meio século. Propomo-nos apresentar o estado-de-arte relativo ao uso desta tecnologia em Portugal em alimentos, apresentando estudos recentes e perspectivas futuras.