Gene delivery using dendrimer/pDNA complexes immobilized in electrospun fibers using the layer-by-layer technique

Tissue engineering is an important branch of regenerative medicine that uses cells, materials (scaffolds), and suitable biochemical and physicochemical factors to improve or replace specific biological functions. In particular, the control of cell behavior (namely, of cell adhesion, proliferation and differentiation) is a key aspect for the design of successful therapeutical approaches. In this study, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) fiber mats were prepared using the electrospinning technology (the fiber diameters were in the micrometer range). Furthermore, the electrospun fiber mats thus formed were functionalized using the layer-by- layer (LbL) technique with chitosan and alginate (natural and biodegradable polyelectrolytes having opposite charges) as a mean for the immobilization of pDNA/dendrimer complexes. The polyelectrolyte multilayer deposition was confirmed by fluorescence spectroscopy using fluorescent-labeled polyelectrolytes. The electrospun fiber mats coated with chitosan and alginate were successfully loaded with complexes of pDNA and poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers (generation 5) and were able of releasing them in a controlled manner along time. In addition, these mats supported the adhesion and proliferation of NIH 3T3 cells and of human mesenchymal stem cells (hMSCs) in their surface. Transfection experiments using a pDNA encoding for luciferase showed the ability of the electrospun fiber mats to efficiently serve as gene delivery systems. When a pDNA encoding for bone morphogenetic protein-2 (BMP-2) was used, the osteoblastic differentiation of hMSCs cultured on the surface of the mats was promoted. Taken together, the results revealed that merging the electrospinning technique with the LbL technique, can be a suitable methodology for the creation of biological active matrices for bone tissue engineering.

Implementação de sistemas eólicos para redes de sensores sem fios

O trabalho tem por objetivo principal estudar a utilização de aerogeradores para microprodução de energia (menor que 1 W) de forma a poderem alimentar os nós das redes de sensores sem fios. Para tal, analisaram-se dois tipos de aerogeradores, os de eixo vertical e os de eixo horizontal, tendo-se efetuado simulações de CFD (Computational Fluid Dynamics) para verificar o desempenho das turbinas, de forma a determinar qual é o mais adequado. Foi realizado o projeto dos dois sistemas e analisou-se em particular as turbinas, os geradores e os conversores de potência de forma a avaliar o desempenho. Efetuaram-se simulações para determinar o comportamento esperado e posteriormente realizaram-se as medições experimentais num túnel de vento, tendo-se concluído que, para a dimensão dos aerogeradores desenvolvidos, o sistema vertical produz mais potência que o de eixo horizontal para velocidades de vento inferiores a 4,5 m/s e tem a grande vantagem de não ser significativamente afetado pela turbulência do vento. No entanto, o sistema de eixo horizontal é sempre mais eficiente para qualquer velocidade de vento, devido ao seu coeficiente de potência ser sempre superior ao do sistema vertical. Também se comparou o desempenho do conversor DC-DC redutor-elevador inversor com o elevador tendo-se determinado que o segundo apresenta melhor desempenho, na gama de valores de tensão utilizados no trabalho. Por fim implementaram-se os sistemas em ambiente real de forma a verificar como se comportam quando estão expostos aos elementos com a velocidade e a direção do vento a variar. Concluiu-se que mesmo com ventos fracos a potência produzida é suficiente para carregar uma bateria de 3,6 V (tensão nominal) e alimentar a carga, pelo que o uso de energia eólica é uma boa alternativa à energia fotovoltaica.

Gestão de alarmes para a web e dispositivos móveis, utilizando o software Connexall

A adoção de software de gestão de alarmes revela-se essencial nas organizações, sobretudo no contexto hospitalar e de segurança, devido à celeridade com que os alarmes têm de ser processados nos ambientes críticos em que são gerados. Nos últimos anos, tem-se verificado uma enorme promoção de diretivas que recomendam a utilização de software de gestão de alarmes, de forma a que as organizações estejam preparadas para lidar com situações problemáticas e para prestar um serviço de qualidade. O fenómeno da ubiquidade computacional promovido pela utilização massiva da Web e de dispositivos móveis revolucionou de forma significativa o modo como as pessoas comunicam e partilham informação entre si. Deste modo, tem havido uma consciencialização por parte das organizações que desenvolvem sistemas de gestão de alarmes em investir recursos na migração das suas aplicações de desktop para a Web e para dispositivos móveis. O Connexall é uma das soluções de gestão de alarmes com maior adoção no mercado, no entanto, carece de aplicações de software focalizadas na Web e nos dispositivos móveis. Neste sentido, o objetivo deste projeto de mestrado consiste em desenvolver duas aplicações de gestão de alarmes, o Active Alarm Client Plus para Android e o Device Assignment Client para a Web, integradas com o Connexall, através da utilização de um Web service para o efeito. Com o desenvolvimento deste projeto, pretende-se expandir os horizontes de aplicação do Connexall no que diz respeito à diversidade de equipamentos computacionais presentes no mercado, de modo a promover a ubiquidade cada vez mais assente no acesso e partilha de informação no contexto de gestão de alarmes.

Novo sistema hidropónico aplicado à produção do tomate cereja (Lycopersicum esculentum Mill. var Moscatel RZ)

A hidroponia é uma técnica poderosa na utilização eficiente dos recursos agrícolas, pois permite um ganho quer na produtividade, quer na qualidade do fruto. Atualmente os sistemas hidropónicos utilizados em plantas de médio porte não são os mais adequados, sendo esta uma área a explorar. Neste trabalho criou-se um novo sistema hidropónico (Deep Large Flow Technique- DLFT) para aplicação a plantas de médio porte e avaliou-se o seu impacto no crescimento, produtividade, biomassa e qualidade do tomate cereja (Solanum lycopersicum var. Moscatel RZ). O sistema de cultivo tradicional (solo) e semi-hidropónico (suporte com fibra de coco) serviram como base de comparação. Observou-se que após 31 dias as plantas cultivadas no novo sistema hidropónico obtiveram um crescimento acentuado, apresentando 3x mais frutos. Em termos de produtividade, os sistemas hidropónicos foram iguais, sendo o sistema tradicional 4x inferior. O total de biomassa foi significativamente maior no novo sistema hidropónico, com mais 20% e 88% que o sistema semi-hidropónico e tradicional, respetivamente. As plantas produzidas no sistema DLFT apresentaram frutos com qualidade superior, com um rácio de monossacarídeos/acidez de 6,6 mg/g. O conteúdo total de ácidos gordos nos frutos cultivados com este sistema foi 39% e 44% superior aos do semihidropónico e do tradicional. Contrariamente, o conteúdo de flavonóides foi inferior nos frutos cultivados com o novo sistema hidropónico, tendo os frutos do sistema tradicional e do sistema semi-hidropónico 40% e 10% maior teor desta família de compostos. Os resultados obtidos neste estudo demonstram que a utilização do novo sistema hidropónico na produção de plantas de médio porte, aumenta o crescimento, a acumulação de biomassa e a qualidade do fruto. Assim, permite ao produtor reduzir os custos, rentabilizar a produção (menor tempo de produção), valorizar a biomassa da planta e aumentar a qualidade do produto. Também, através dos teores de carotenóides, ácidos gordos e polifenóis poderá inferir-se que ocorreu um menor impato dos stressses abióticos subjacentes aos sistemas nas plantas produzidas pelo sistema DLFT.

Análise da qualidade das águas, Funchal

No âmbito do conceito de sustentabilidade dos recursos hídricos, foi realizado um estudo para avaliar o estado qualitativo das águas superficiais e subterrâneas de uma área em particular, mais concretamente o concelho do Funchal. Inicialmente, fez-se uma caracterização da região hidrográfica em estudo onde se incluem aspetos geográficos, climáticos, hidrológicos, geomorfológicos e socioecónomicos. Posteriormente, realizou-se uma apresentação gráfica de análises temporais efetuadas a parâmetros biológicos, físico-químicos e microbiológicos às águas superficiais e subterrâneas da região em estudo. Por fim, apresenta-se e propõe-se uma vasta lista de objetivos a manter ou alcançar nos próximos anos, onde se incluem ações prioritárias e recomendações visando, não só a melhoria qualitativa e quantitativa global dos recursos hídricos no concelho mas também a proteção contra poluição e riscos naturais.

Os robots na aprendizagem da trignometria

Este trabalho foi elaborado no âmbito do Mestrado de Ensino de Matemática do 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário da Universidade da Madeira, no ano letivo de 2012/2013. Os grandes objetivos deste estudo são os de analisar qualitativamente uma atividade, para compreender como é que os alunos aprendem trigonometria, utilizando os robots NXT da Lego. De igual modo, se procede também, de forma sucinta, à apresentação do trabalho desenvolvido pelo grupo de estágio, ao longo da Prática de Ensino Supervisionado. Para a realização da investigação, foram recolhidos dados pelo investigador, através de registos audiovisuais do trabalho dos alunos, com câmara e vídeo. Com o fim de melhor estudar o problema aqui apresentado, o mesmo foi dissecado em três questões de investigação: (a) Que aprendizagens os alunos realizam com a montagem, programação e interação com os robots? (b) De que forma é que os alunos aprendem trigonometria, quando utilizam os Robots? (c) Quais as dificuldades manifestadas pelos alunos na resolução de problemas? As questões de investigação iluminaram a análise dos dados. Das conclusões que advêm deste estudo destaca-se o papel essencial da robótica e dos materiais manipuláveis, na construção e concetualização do conhecimento dos alunos.

Aprender a ser crítico com a matemática num curso de educação e formação

Em Portugal, de acordo com os princípios gerais da Lei de Bases do Sistema Educativo, um dos objetivos da educação é responder às necessidades resultantes da realidade social, fomentando a evolução plena e harmoniosa de cada indivíduo, no sentido de este se tornar um cidadão livre, responsável, solidário e autónomo, capaz de julgar com espírito crítico e criativo o meio social em que está inserido e de se empenhar na sua progressiva mudança. Para educar matematicamente os alunos é necessário contribuir para o desenvolvimento das suas competências e saberes, ajudando-os a se tornarem cidadãos críticos e conscientes, para que participem criticamente na comunidade e percebam como a matemática é utilizada. O presente estudo visou compreender como é que a Educação Matemática Crítica contribui para o desenvolvimento de competências matemáticas e na formação de cidadãos críticos e conscientes. Para a realização desta investigação foi selecionada uma turma de um Curso de Educação e Formação (CEF), na qual quase todos os alunos, que tinham idades compreendidas entre os 15 e os 17 anos, revelavam um percurso de insucesso em Matemática. O estudo foi do tipo qualitativo e tomou como método a observação participante. Recorreu-se a um conjunto de informações sobre vários temas, retirada da internet, para que os alunos as analisassem criticamente. Este estudo defende a ideia de que a Educação Matemática Crítica contribui para a realização de aprendizagens mais significativas e na formação de cidadãos mais críticos e conscientes, permitindo-lhes participar criticamente na sociedade onde estão inseridos.

Aprendizagem cooperativa e colaborativa em matemática no espaço facebook

O programa de matemática do ensino básico revela que a escola exige uma formação sólida em Matemática para que os alunos, ao longo do seu percurso escolar, possam compreendê-la e utilizá-la, mas o façam igualmente depois da escolaridade, na sua vida pessoal, profissional e social. A investigação feita visa compreender como é que a Educação Matemática Crítica e a rede social Facebook potenciam a aprendizagem crítica da Matemática. A utilização mais frequente desta rede social, possibilita chegar a um maior fluxo de informação/publicidade. Sob a égide da Educação Matemática Crítica, com o objetivo de observar que alterações ocorriam na forma como os alunos aprendiam determinados conceitos matemáticos em situações rotineiras da nossa sociedade. Esta aprendizagem pode ocorrer cooperativamente e/ou colaborativamente conforme as atividades e os alunos que realizam o estudo. O estudo realizado foi de natureza qualitativa de caráter interpretativo. Os alunos realizaram três atividades. A primeira denominada “Atmosfera Terrestre” para introduzir o capítulo de intervalos de números reais e para os discentes se familiarizarem com as ferramentas do Facebook. As outras duas foram uma publicidade de uma empresa e uma notícia sobre as tabelas de IRS para o ano de 2013. Depois de concluído esse estudo, verificou-se que os alunos não tiveram qualquer problema ao nível do manuseamento das ferramentas proporcionadas pelo Facebook. Na atividade introdutória para o capítulo de intervalo de números reais, os alunos conseguiram transpor o que tinha sido discutido em espaço Facebook para a sala de aula, apresentando exemplos da referida atividade. Conseguiram retirar, através da matemática, conclusões e resultados muito pertinentes para uma melhor perceção do que estava implicitamente presente em cada uma das atividades. As conclusões evidenciadas pelos alunos aludem que após várias discussões, argumentos e mesmo algum cálculo matemático conseguiram observar e justificar criticamente que algumas informações estavam camufladas nas distintas atividades. Os alunos constaram que após estas atividades estão mais alertas para situações similares, o que constitui uma conquista do papel da Matemática na sua vida.

GRAFOS coloração, planaridade e "Matching"

A matemÆtica discreta Ø um dos ramos mais antigos da matemÆtica. Nos tempos mais recentes sofreu grandes avanos em especial na teoria dos grafos, a qual tornou-se numa poderosa ferramenta de anÆlise para entender e dar soluªo a vÆrios tipos de problemas complexos. O objectivo deste trabalho Ø contribuir para a obtenªo de possveis relaıes entre assuntos que partida poderamos pensar que sªo dspares (quando na realidade nªo o sªo), como coloraªo, planaridade e a existŒncia de matching em grafos. Esta dissertaªo Ø um trabalho de natureza reexiva, sobre a teoria dos grafos onde a ideia principal passa por questionarmos e discutirmos alguns temas pertinentes, deniıes e teoremas relacionando sempre com a planaridade dos grafos. DesenvolveremosumraciocnioecriaremosargumentosquefundamentemaexistŒncia de uma relaªo entre este tema e a coloraªo de grafos e a existŒncia de matching em grafos, utilizando exemplos e estabelecendo relaıes de causa e consequŒncia, deduzindo assim as respetivas conclusıes. Por vezes, os grafos nªo planares podem conter um aspeto visual um pouco complexo, devido aos vÆrios cruzamentos entre as suas arestas, originando assim um certo desencorajamento em utilizÆ-los como ferramenta para a soluªo de vÆrios problemas, quer sejam bÆsicos do quotidiano, ou mais complexos das mais vastas Æreas ligadas investigaªo. Um dos propsitos deste trabalho passa por desmisticar esta ideia e provar que existem muitas deniıes, propriedades, teoremas e algoritmos que podem ser aplicados em qualquer tipo de grafos, independentement da sua planaridade.

A motivação dos alunos face à utilização de materiais manipuláveis na aula de matemática: um estudo realizado no 8º ano

O presente trabalho foi elaborado no âmbito do Mestrado em Ensino da Matemática no 3º Ciclo do Ensino Básico e Secundário, da Universidade da Madeira, no ano letivo de 2012/2013. Tem como objetivo analisar e refletir sobre o trabalho implementado nas duas turmas do 8º ano que me foram atribuídas, incidindo sobre a motivação dos alunos face à presença de outros materiais além do típico caderno de exercícios e do manual na aula de matemática. Deste modo, relatarei algumas aulas onde foram propostas atividades com recurso a materiais manipuláveis, jogos e computadores. Esta pesquisa foi realizada com base numa avaliação qualitativa que incidiu sobre a observação direta do trabalho desenvolvido pelos alunos, através dos registos escritos e de gravações de vídeo e áudio de algumas aulas, de forma a poder transmitir com maior exatidão a postura e o empenho dos alunos no decurso destas atividades.

Use of novel biomarkers (Homocysteine, vitamin B6, B9 and B12) on the assessing the progression of cardiovascular disease

A large number of evidences correlate elevated levels of homocysteine (Hcys) with a higher cardiovascular diseases (CVDs) risk, especially, atherosclerosis. Similarly, abnormal low levels of the vitamins B6, B9 and B12 are associated to an instability in the methionine cycle with an over production of Hcys. Thus, biomedical sciences are looking forward for a cheaper, faster, precise and accurate analytical methodology to quantify these compounds in a suitable format for the clinical environment. Therefore the objective of this study was the development of a simple, inexpensive and appropriate methodology to use at the clinical level. To achieve this goal, a procedure integrating a digitally controlled (eVol®) microextraction by packed sorbent (MEPS) and an ultra performance liquid chromatography (UPLC) coupled to a photodiode array detector (PDA) was developed to identify and quantify Hcys vitamins B6, B9 and B12. Although different conditions were assayed, we were not able to combine Hcys with the vitamins in the same analytical procedure, and so we proceeded to the optimization of two methods differing only in the composition of the gradient of the mobile phase and the injected volume. It was found that MEPS did not bring any benefit to the quantification of the Hcys in the plasma. Therefore, we developed and validate an alternative method that uses the direct injection of treated plasma (reduced and precipitated). This same method was evaluated in terms of selectivity, linearity, limit of detection (LOD), limit of quantification (LOQ), matrix effect and precision (intra-and inter-day) and applied to the determination of Hcys in a group composed by patients presenting augmented CVD risk. Good results in terms of selectivity and linearity (R2> 0.9968) were obtained, being the values of LOD and LOQ 0.007 and 0.21 mol / L, respectively. The intra-day precision (1.23-3.32%), inter-day precision (5.43-6.99%) and the recovery rate (82.5 to 93.1%) of this method were satisfactory. The matrix effect (>120%) was, however, higher than we were waiting for. Using this methodology it was possible to determine the amount of Hcys in real plasma samples from individuals presenting augmented CVD risk. Regarding the methodology developed for vitamins, despite the optimization of the extraction technique and the chromatographic conditions, it was found that the levels usually present in plasma are far below the sensitivity we obtained. Therefore, further optimizations of the methodology developed are needed. As conclusion, part of the objectives of this study was achieved with the development of a quick, simple and cheaper method for the quantification of Hcys.

Quantifying epistemic actions in human-computer interaction

As digital systems move away from traditional desktop setups, new interaction paradigms are emerging that better integrate with users’ realworld surroundings, and better support users’ individual needs. While promising, these modern interaction paradigms also present new challenges, such as a lack of paradigm-specific tools to systematically evaluate and fully understand their use. This dissertation tackles this issue by framing empirical studies of three novel digital systems in embodied cognition – an exciting new perspective in cognitive science where the body and its interactions with the physical world take a central role in human cognition. This is achieved by first, focusing the design of all these systems on a contemporary interaction paradigm that emphasizes physical interaction on tangible interaction, a contemporary interaction paradigm; and second, by comprehensively studying user performance in these systems through a set of novel performance metrics grounded on epistemic actions, a relatively well established and studied construct in the literature on embodied cognition. The first system presented in this dissertation is an augmented Four-in-a-row board game. Three different versions of the game were developed, based on three different interaction paradigms (tangible, touch and mouse), and a repeated measures study involving 36 participants measured the occurrence of three simple epistemic actions across these three interfaces. The results highlight the relevance of epistemic actions in such a task and suggest that the different interaction paradigms afford instantiation of these actions in different ways. Additionally, the tangible version of the system supports the most rapid execution of these actions, providing novel quantitative insights into the real benefits of tangible systems. The second system presented in this dissertation is a tangible tabletop scheduling application. Two studies with single and paired users provide several insights into the impact of epistemic actions on the user experience when these are performed outside of a system’s sensing boundaries. These insights are clustered by the form, size and location of ideal interface areas for such offline epistemic actions to occur, as well as how can physical tokens be designed to better support them. Finally, and based on the results obtained to this point, the last study presented in this dissertation directly addresses the lack of empirical tools to formally evaluate tangible interaction. It presents a video-coding framework grounded on a systematic literature review of 78 papers, and evaluates its value as metric through a 60 participant study performed across three different research laboratories. The results highlight the usefulness and power of epistemic actions as a performance metric for tangible systems. In sum, through the use of such novel metrics in each of the three studies presented, this dissertation provides a better understanding of the real impact and benefits of designing and developing systems that feature tangible interaction.

Os efeitos do plasma não térmico à pressão atmosférica no desenvolvimento larval e anomalias morfológicas de Drosophila Melanogaster

O plasma não térmico nos cuidados de saúde é um campo emergente que tem as suas raízes na ciência de plasmas. Este tipo de investigação tem crescido rapidamente e é agora objeto de um amplo esforço de pesquisa interdisciplinar envolvendo a medicina, a biologia, a física, a química e a engenharia. Têm sido feitos vários trabalhos de modo a elucidar quais as interações das espécies produzidas pelo plasma com os sistemas vivos. É evidente que o mecanismo da interação do plasma com os sistemas vivos é complexo, em parte devido à complexidade do plasma mas principalmente devido à enorme complexidade da biologia. O principal objetivo desta dissertação foi observar os efeitos do plasma não térmico à pressão atmosférica (PNTPAs) no desenvolvimento larval e anomalias morfológicas de Drosophila melanogaster. Para o efeito, foram expostas e analisadas fenotipicamente 2.566 larvas após exposição, dos diferentes estádios (1.º, 2.º e 3.º) de desenvolvimento. Os testes foram realizados com aplicações de plasma com e sem ultra violeta, em duas linhas diferentes de Drosophila; uma linha selvagem preparada por nós e uma linha laboratorial. A análise fenotípica revelou que após exposição as larvas apresentavam alterações no fenótipo e no comportamento que não foram observadas no controlo, nomeadamente anomalias nas mudas, traqueias partidas, formação de massas melanóticas que podiam persistir até à fase adulta, excesso de gotículas lipídicas, atraso no desenvolvimento, comportamento de não alimentação e formação de pupa imatura que levava à formação de pupa precoce e morte pupal. Na fase pupal, as anomalias mais comuns estavam relacionadas com a forma do pupário (causadas pela pipação prematura), apresentando um desenvolvimento aberrante. Entre os vários fenótipos observados, o mais significativo foi o criptocefálico (alterações na eversão dos discos imaginais) levando à morte pupal. Nos adultos, as principais anomalias morfológicas foram registadas na formação e segmentação das patas, na forma e padrão das nervuras das asas e na formação do tórax. A similaridade destes resultados com trabalhos publicados relacionados com a hormona esteróide ecdisona indicam que provavelmente o PNTPA poderá ter influenciado a biossíntese e/ou a regulação da ecdisona, a principal hormona que regula o desenvolvimento e a metamorfose em Drosophila.

Estudo do perfil bioquímico da população hemodialisada diabética da Região da Madeira

A Diabetes Mellitus, em especial a do tipo 2, é uma das causas mais frequentes na insuficiência  renal crónica, e uma das diversas complicações que podem ocorrer num individuo diabético é a  nefropatia diabética. A nefropatia diabética é uma doença que se caracteriza pela falência renal  e leva a que alguns dos pacientes com esta doença tenham de realizar o tratamento de  hemodiálise. O objectivo principal deste estudo foi a caracterização do perfil bioquímico da  população hemodialisada diabética e não diabética. Realizou‐se um estudo retrospectivo a  doentes que realizaram hemodiálise, no período de Novembro de 2004 a Julho de 2005, na  Unidade de Hemodiálise do Hospital dos Marmeleiros do Centro Hospitalar do Funchal e na  Nefromar, Unidade de Hemodiálise da Clínica de Santa Catarina.  Este estudo envolveu uma amostragem de 267, em que 115 eram hemodialisados com os  níveis da glicose inferiores a 150 mg/dl, constituindo o GTND, 60 eram hemodialisados com  níveis  de  glicose  iguais  ou  superiores  a  150  mg/dl,  constituindo  o  GTD  e,  finalmente,  os  restantes  92  indivíduos  saudáveis  e  que  não  realizam  hemodiálise,  o  GC.  Os  parâmetros  analisados foram a creatinina, a ureia, a glicose, as proteínas totais, a albumina, o colesterol, o  HDL‐c, LDL‐c e triglicerídeos, o sódio, o potássio e o cloro.  A análise dos parâmetros bioquímicos revelou uma maior frequência de hemodialisados no  sexo masculino, com idades superiores aos sessenta anos, o que está de acordo com estudos  efectuados anteriormente.  Os resultados mostraram que os parâmetros creatinina e ureia, são os que apresentam mais  alterações  nos  doentes  hemodialisados,  devido  terem  sido  determinados  em  pré‐diálise.  Verificou‐se que os níveis colesterol total, de LDL‐c e os triglicerídeos são mais elevados nos  grupos teste, em especial no GTD.   Das análises de correlações verificou‐se haver uma relação entre a glicose e os níveis elevados  de colesterol, LDL‐c e triglicerídeos e também com os níveis baixos de HDL‐c.Os restantes  parâmetros analisados com a excepção da glicose, não mostraram diferenças significativas  entre os grupos em estudo