Magnetic nanoparticles for biocatalysis and bioseparation

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Projecto de Expansão do ContiSeal

Com o crescente aumento na procura de pneus com maior capacidade de mobilidade, como é caso dos pneus ContiSeal, a Continental AG iniciou um projecto de expansão da unidade industrial portuguesa onde a tecnologia ContiSeal é aplicada, projecto esse a ser desenvolvido pela Continental Mabor. Na prossecução deste projecto são necessárias diversas áreas de conhecimento da gestão industrial, nomeadamente: a análise dos fluxos produtivos, o cálculo de capacidade e respectiva análise de tempos perdidos, análise e projecto de layouts e a produção de propostas de optimização tanto ao nível de equipamentos como do fluxo produtivo. Na realização deste projecto foi necessário estudar profundamente a unidade produtiva em questão. O estudo foi realizado aos diversos subprocessos do ContiSeal, na qual a recolha e análise de dados estão fundamentadas através de extensos levantamentos obtidos por amostragem. Estes dados são vitais para uma correcta análise de custos de investimento na aquisição de novos equipamentos, sendo estes necessários para o cumprimento dos objectivos propostos para a expansão do ContiSeal. O início do projecto incidiu no estudo detalhado sobre os ciclos produtivos dos equipamentos e no levantamento e registo dos tempos perdidos da unidade industrial, que permitiu a análise das capacidades instaladas dos vários subprocessos. Após o levantamento das capacidades foram determinadas as necessidades relativas à aquisição de novos equipamentos. De notar que alguns protótipos de equipamentos necessários foram desenvolvidos em parceria com fornecedores seleccionados, assim como foram apresentadas propostas de melhoria aos equipamentos já existentes. Uma vez aprovada a aquisição dos novos equipamentos pela Continental AG, deu-se início ao desenvolvimento da expansão do layout do ContiSeal, tanto ao nível do edifício como de novos equipamentos e ainda do fluxo dos pneus com vista à sua optimização.

Chitosan/AuNPs Modified Graphene Electrochemical Sensor for Label-Free Human Chorionic Gonadotropin Detection

A new immunosensor is presented for human chorionic gonadotropin (hCG), made by electrodepositing chitosan/gold-nanoparticles over graphene screen-printed electrode (SPE). The antibody was covalently bound to CS via its Fc-terminal. The assembly was controlled by electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and followed by Fourier Transformed Infrared (FTIR). The hCG-immunosensor displayed linear response against the logarithm-hCG concentration for 0.1–25 ng/mL with limit of detection of 0.016 ng/mL. High selectivity was observed in blank urine and successful detection of hCG was also achieved in spiked samples of real urine from pregnant woman. The immunosensor showed good detection capability, simplicity of fabrication, low-cost, high sensitivity and selectivity.

New modified electrochemical conductive paper support for BSA detection

Chemical sensors and biosensors are widely used to detect various kinds of protein target biomolecules. Molecularly Imprinted Polymers (MIPs) have raised great interest in this area, because these act as antibody-like recognition materials, with high affinity to the template molecule. Compared to natural antibodies, these are also of lower cost and higher stability. There are different types of supports used to carry MIP materials, mostly of these made of gold, favourably assembled on a Screen Printed Electrode (SPE) strategy. For this work a new kind of support for the sensing layer was developed: conductive paper. This support was made by modifying first cellulose paper with paraffin wax (to make it waterproof), and casting a carbon-ink on it afterwards, to turn it conductive. The SPAM approach previously reported in1 was employed herein to assemble to MIP sensing material on the conductive paper. The selected charged monomers were (vinylbenzyl) trimethlammonium chloride (positive charge) or vinylbenzoic acid (negative charge), used to generate binding positions with single-type charge (positive or negative). The non-specific binding area of the MIP layer was assembled by chronoamperometry-assisted polymerization (at 1 V, for 60, 120 or 180 seconds) of vinylbenzoate, cross-linked with ethylene glycol vinyl ether. The BSA biomolecules lying within the polymeric matrix were removed by Proteinase K action. All preparation stages of the MIP assembly were followed by FTIR, Raman spectroscopy and, electrochemical analysis. In general, the best results were obtained for longer polymerization times and positively charged binding sites (which was consistent with a negatively-charged protein under physiological pH, as BSA). Linear responses against BSA concentration ranged from 0.005 to 100 mg/mL, in PBS buffer standard solutions. The sensor was further calibrated in standard solutions that were prepared in synthetic or real urine, and the analytical response became more sensitive and stable. Compared to the literature, the detection capability of the developed device is better than most of the reported electrodes. Overall, the simplicity, low cost and good analytical performance of the BSA SPE device, prepared with positively charged binding positions, seems a suitable approach for practical application in clinical context. Further studies with real samples are required, as well as gathering with electronic-supporting devices to allow on-site readings.

Label-free human chorionic gonadotropin detection at picogram levels using oriented antibodies bound to graphene screen-printed electrodes

Human chorionic gonadotropin (hCG) is a key diagnostic marker of pregnancy and an important biomarker for cancers in the prostate, ovaries and bladder and therefore of great importance in diagnosis. For this purpose, a new immunosensor of screen-printed electrodes (SPEs) is presented here. The device was fabricated by introducing a polyaniline (PANI) conductive layer, via in situ electropolymerization of aniline, onto a screen-printed graphene support. The PANI-coated graphene acts as the working electrode of a three terminal electrochemical sensor. The working electrode is functionalised with anti-hCG, by means of a simple process that enabled oriented antibody binding to the PANI layer. The antibody was attached to PANI following activation of the –COOH group at the Fc terminal. Functionalisation of the electrode was analysed and optimized using Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS). Chemical modification of the surface was characterised using Fourier transform infrared, and Raman spectroscopy with confocal microscopy. The graphene–SPE–PANI devices displayed linear responses to hCG in EIS assays from 0.001 to 50 ng mL−1 in real urine, with a detection limit of 0.286 pg mL−1. High selectivity was observed with respect to the presence of the constituent components of urine (urea, creatinine, magnesium chloride, calcium chloride, sodium dihydrogen phosphate, ammonium chloride, potassium sulphate and sodium chloride) at their normal levels, with a negligible sensor response to these chemicals. Successful detection of hCG was also achieved in spiked samples of real urine from a pregnant woman. The immunosensor developed is a promising tool for point-of-care detection of hCG, due to its excellent detection capability, simplicity of fabrication, low-cost, high sensitivity and selectivity.

Evaluation of the formalin-Tween concentration technique for parasitic detection

The formalin-Tween sedimentation method was compared with the formalin-ether sedimentation for parasitic detection. Of a total 297 fecal specimens examined, 72.1% were positive. The formalin-tween technique was effective for ascertaining helminths, particularly Ascaris lumbricoides, Trichuris trichiura and hookworm eggs; however it has less capability for protozoa detection. This method is simple, inexpensive, less time consuming and highly sensitive when detecting the parasitic infection, particularly when focusing on helminth eggs.

The potential of molecular imprinting as a biosensing devices for monitoring the CEA cancer biomarker

6th Graduate Student Symposium on Molecular Imprinting

Variáveis Ecocardiográficas Predizentes de Terapêuticas Apropriadas de Taquidisritmias Ventriculares em Doentes Submetidos a Terapêutica de Ressincronização Cardíaca Combinada

INTRODUCTION: The significant risk of sudden arrhythmic death in patients with congestive heart failure and electromechanical ventricular dyssynchrony has led to increased use of combined cardiac resynchronization therapy defibrillator (CRT-D) devices. OBJECTIVES: To evaluate the echocardiographic variables in patients undergoing CRT-D that predict the occurrence of appropriate therapies (AT) for ventricular tachyarrhythmia. METHODS: We analyzed 38 consecutive patients (mean age 60 +/- 12 years, 63% male) with echocardiographic evaluation before and 6 months after CRT-D implantation. Patients with AT were identified in a mean follow-up of 471 +/- 323 days. A standard echocardiographic study was performed including tissue Doppler imaging (TDI). Responders were defined as patients with improvement in NYHA class of < or = 1 in the first six months, and reverse remodeling as a decrease in left ventricular end-systolic volume of < or = 15% and/or an increase in left ventricular ejection fraction of > 25%. RESULTS: The responder rate was 74%, and the reverse remodeling rate was 55%. AT occurred in 21% of patients, who presented with greater left ventricular end-diastolic internal diameter (LVEDD) before implantation (86 +/- 8 vs. 76 +/- 11 mm, p = 0.03) and at 6 months (81 +/- 8 vs. 72 +/- 14 mm, p = 0.08), and increased left ventricular end-systolic internal diameter (66 +/- 14 vs. 56 +/- 14 mm, p = 0.03) and lower ejection fraction (24 +/- 6 vs. 34 +/- 14%, p = 0.08) at 6 months. In the group with AT, the responder rate was lower (38 vs. 83%, p = 0.03), without significant differences in reverse remodeling (38% for the AT group vs. 60%, p = 0.426) or in the other variables. By univariate analysis, predictors of AT were LVEDD before implantation and E' after implantation. Age, gender, ischemic etiology, use of antiarrhythmic drugs, reverse remodeling and the other echocardiographic parameters did not predict AT. In multivariate logistic regression analysis, both LVEDD before implantation (OR 1.24, 95% CI 1.04-1.48, p = 0.019) and postimplantation E' (OR 0.27, 95% CI 0.09-0.76, p = 0.014) remained as independent predictors of AT. CONCLUSIONS: In patients undergoing CRT-D, episodes of ventricular tachyarrhythmia occur with high incidence, independently of echocardiographic response, with LVEDD before implantation and E' after implantation as the only independent predictors of AT in the medium-term. These results highlight the importance of combined devices with defibrillation capability.

Ball Sensing in a Leg Like Robotic Kicker

The trend to have more cooperative play and the increase of game dynamics in Robocup MSL League motivates the improvement of skills for ball passing and reception. Currently the majority of the MSL teams uses ball handling devices with rollers to have more precise kicks but limiting the capability to kick a moving ball without stopping it and grabbing it. This paper addresses the problem to receive and kick a fast moving ball without having to grab it with a roller based ball handling device. Here, the main difficulty is the high latency and low rate of the measurements of the ball sensing systems, based in vision or laser scanner sensors.Our robots use a geared leg coupled to a motor that acts simultaneously as the kicking device and low level ball sensor. This paper proposes a new method to improve the capability for ball sensing in the kicker, by combining high rate measurements from the torque and energy in the motor and angular position of the kicker leg. The developed method endows the kicker device with an effective ball detection ability, validated in several game situations like in an interception to a fast pass or when chasing the ball where the relative speed from robot to ball is low. This can be used to optimize the kick instant or by the embedded kicker control system to absorb the ball energy.

Towards a Mobile Three-dimensional Modelling System for Underground Structures

Robotica 2012: 12th International Conference on Autonomous Robot Systems and Competitions April 11, 2012, Guimarães, Portugal

Development of an Unmanned Capsule for large-scale maritime search and rescue

This paper describes the development and testing of a robotic capsule for search and rescue operations at sea. This capsule is able to operate autonomously or remotely controlled, is transported and deployed by a larger USV into a determined disaster area and is used to carry a life raft and inflate it close to survivors in large-scale maritime disasters. The ultimate goal of this development is to endow search and rescue teams with tools that extend their operational capability in scenarios with adverse atmospheric or maritime conditions.

Estudo comparativo da resistência à tração de juntas adesivas de sobreposição simples e dupla

O método de união com ligações adesivas está cada vez mais a ser utilizado na conceção de estruturas mecânicas, por causa das vantagens significativas desta técnica em comparação com as ligações tradicionais. De facto, as juntas com ligação adesiva estão sob investigação intensa há bastante tempo. Entre as vantagens, destaca-se a redução de peso e possibilidade de unir diferentes materiais, incluindo compósitos, sem danificar as estruturas a ligar. Os adesivos comerciais variam desde resistentes e frágeis (por exemplo, Araldite® AV138) a menos resistentes e dúcteis (por exemplo, Araldite® 2015). Uma nova família de adesivos de poliuretano combina elevada resistência e ductilidade (por exemplo, Sikaforce® 7888). Este trabalho compara o desempenho à tração dos três adesivos supracitados, em juntas de alumínio (Al6082-T651) de sobreposição simples e dupla, com variação dos valores de comprimento de sobreposição (LO). A análise numérica de modelos de dano coesivo (MDC) foi realizada para analisar as tensões de arrancamento (oy) e as de corte (txy) na camada adesiva, para estudar a variável de dano do MDC durante o processo de rotura e para avaliar a capacidade MDC na previsão da resistência da junta. A análise da resistência e da variável de dano ajudou na compreensão das diferenças entre os adesivos no que se refere ao processo de rotura e resistência da junta. Observou-se que as juntas de sobreposição dupla apresentam uma distribuição de tensões bastante mais favorável relativamente às juntas de sobreposição simples, principalmente devido à eliminação da flexão do substrato interior. Como resultado, a resistência destas juntas foi tipicamente superior ao dobro da observada para as juntas de sobreposição simples, com exceção de algumas configurações de junta em que houve plastificação extensa ou mesmo rotura dos substratos por tração. O trabalho proposto permitiu também concluir que as previsões MDC são tipicamente precisas, e qual a família de adesivos é mais adequada para cada configuração de junta, com a clara vantagem para o Sikaforce® 7888. Como resultado deste trabalho, foram propostas diretrizes de conceção para juntas adesivas.

Otimização de um processo produtivo e formulação de um novo produto utilizando ferramentas estatísticas

Na tentativa de se otimizar o processo de fabrico associado a uma tinta base aquosa (TBA), para minimizar os desvios de viscosidade final verificados, e de desenvolver um novo adjuvante plastificante para betão, recorreu-se a métodos e ferramentas estatísticas para a concretização do projeto. Relativamente à TBA, procedeu-se numa primeira fase a um acompanhamento do processo de fabrico, a fim de se obter todos os dados mais relevantes que poderiam influenciar a viscosidade final da tinta. Através de uma análise de capacidade ao parâmetro viscosidade, verificou-se que esta não estava sempre dentro das especificações do cliente, sendo o cpk do processo inferior a 1. O acompanhamento do processo resultou na escolha de 4 fatores, que culminou na realização de um plano fatorial 24. Após a realização dos ensaios, efetuou-se uma análise de regressão a um modelo de primeira ordem, não tendo sido esta significativa, o que implicou a realização de mais 8 ensaios nos pontos axiais. Com arealização de uma regressão passo-a-passo, obteve-se uma aproximação viável a um modelo de segunda ordem, que culminou na obtenção dos melhores níveis para os 4 fatores que garantem que a resposta viscosidade se situa no ponto médio do intervalo de especificação (1400 mPa.s). Quanto ao adjuvante para betão, o objetivo é o uso de polímeros SIKA ao invés da matériaprima comum neste tipo de produtos, tendo em conta o custo final da formulação. Escolheram-se 3 fatores importantes na formulação do produto (mistura de polímeros, mistura de hidrocarbonetos e % de sólidos), que resultou numa matriz fatorial 23. Os ensaios foram realizados em triplicado, em pasta de cimento, um para cada tipo de cimento mais utilizado em Portugal. Ao efetuar-se a análise estatística de dados obtiveram-se modelos de primeira ordem para cada tipo de cimento. O processo de otimização consistiu em otimizar uma função custo associada à formulação, garantindo sempre uma resposta superior à observada pelo produto considerado padrão. Os resultados foram animadores uma vez que se obteve para os 3 tipos de cimentocustos abaixo do requerido e espalhamento acima do observado pelo padrão.

BIiossensor Enzimático para avaliação da Capacidade Antioxidente

Os radicais livres formam-se naturalmente nos organismos vivos, pois a sua produção/geração está interligada com o processo de produção de energia (respiração), processos inflamatórios (fagocitose), regulação do crescimento celular, sinalização intercelular e síntese de substâncias biológicas relevantes. Estes também podem ser introduzidos por vias exógenas (poluição, radiação, tabaco, alimentação, etc). Os radicais livres têm capacidade de reagir com o material nucleico (ADN e ARN), proteínas e substâncias oxidáveis, causando danos oxidativos responsáveis pelo envelhecimento e originar doenças degenerativas, tais como, o cancro, arteriosclerose, artrite reumatoide, entre outras. De forma a combater os efeitos pejorativos provocados pelos radicais, os organismos vivos desenvolveram complexos sistemas de defesa antioxidante. Estes sistemas são constituídos por antioxidantes endógenos, produzidos pelos seres vivos, tais como enzimas ou por antioxidantes exógenos obtidos por via da alimentação (por exemplo o ácido ascórbico). Neste sentido, um antioxidante tem capacidade de eliminar ou reduzir a propagação da cadeia de geração de radicais livres. Neste trabalho foi desenvolvido um biossensor enzimático para a quantificação da capacidade antioxidante total de matrizes alimentares. A construção deste biossensor consistiu na eletroimobilização da adenina no elétrodo de pasta de carbono (EPC) ou na adsorção física da dA20 na superfície do EPC. O dano oxidativo foi induzido pelo radical hidroxilo gerado pela reação de Fenton. Nesta dissertação, foi estudada a capacidade de alguns antioxidantes em eliminar o efeito pejorativo dos radicais livres e combater a integridade das bases de adenina ou do dA20.Os antioxidantes estudados foram o ácido ascórbico e alguns ácidos fenólicos como o ácido hidroxibenzoico (ácido gálico) e ácidos hidroxicinâmicos (ácido cafeico e ácido cumárico). Estes antioxidantes têm a capacidade de neutralizar o radical hidroxilo e proteger a adenina/dA20 imobilizado na superfície do EPC. O comportamento da Lacase foi estudado na presença do ácido gálico e do ácido ascórbico. Os estudos eletroquímicos foram realizados através da voltametria de onda quadrada (VOQ), sendo que a interação entre a adenina/ou o dA20 imobilizada na superfície do EPC e os radicais livres na ausência e presença de antioxidantes foi avaliada por meio de mudanças no pico anódico produzido pela oxidação da adenina /dA20. Os resultados demonstraram que estes biossensores permitem a avaliação da capacidade antioxidante total em águas aromatizadas.

On the unknown ecological niche of Paracoccidioides brasiliensis: our hypothesis of 1989: present status and perspectives

In 1989, CONTI DÍAZ & RILLA published a hypothesis concerning the as yet unknown ecological niche of Paracoccidioides brasiliensis. The hypothesis proposed a highly efficient paracoccidioidal ecological strategy based on an important natural reservoir of the parasite, probably in heterothermic animals from fresh water environments. Further, the hypothesis proposed, a transient and variable residence in the soil with a wide aleuriospore dispersion throughout the environment together with an elevated capability of infecting humans, and domestic and wild animals. This paper analyzes scientific publications from the IX International Meeting on Paracoccidioidomycosis held in Águas de Lindoia, São Paulo, Brazil from 2-5 October 2005, providing a comparative study among this articles and with other recently published papers and the hypothesis' postulates. Since various findings and observations appear to agree with the postulates, the pursuit of novel, specific research projects in the supposed reservoirs is recommended partially or fully to confirm the hypothesis using classical laboratorial methods and modern molecular biology techniques.