Development of copper and nickel based oxide thin-films: design and fabrication of thin-film transistors

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Nanotecnologia e Nanociência

The design and use of annual budgets to cope with uncertainty

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Finance from the NOVA – School of Business and Economics

SPf66 vaccine trial in Brazil: conceptual framework study design and analytical approach

This paper describes the study population and the study design of the phase III field trial of the SPf66 vaccine in Brazil. Assessment of validity and precision principles necessary for the appropriate evaluation of the protective effect of the vaccine are discussed, as well as the results of the preliminary analyses of the gathered data. The analytical approach for the estimation of the protective effect of the vaccine is presented. This paper provides the conceptual framework for future publications.

Design and characterization of novel biopolymeric structure using biocompatible ionic liquids

The main objective of this thesis was the development of polymeric structures from the dissolution of FucoPol, a bacterial exopolysaccharide (EPS), in a biocompatible ionic liquid, choline acetate. The FucoPol was produced by the bacteria Enterobacter A47 using glycerol as carbon source at controlled temperature and pH (30ºC and 7, respectively). At the end of 3 days it was produced 7 g/L of FucoPol. The net yield of Fucopol in glycerol (YP/S) was 0.22 g/g and the maximum productivity 2.37 g/L.d This polymer was characterized about its composition in sugars and acyl groups (by High-Performance Liquid Chromatography - HPLC), containing fucose (35 % mol), galactose (21 % mol), glucose (29 % mol), rhamnose (3% mol) and glucuronic acid (12% mol) as well as acetate (14.28 % mol), pyruvate (2.15 % mol) and succinate (1.80 % mol). Its content of water and ash was 15% p/p and 2% p/p, respectively, and the chemical bonds (determined by Infrared Spectroscopy - FT-IR) are consistent to the literature reports. However, due to limitations in Differential Scanning Calorimetry (DSC) equipment it was not possible to determine the glass transition temperature. In turn, the ionic liquid showed the typical behavior of a Newtonian fluid, glass transition temperature (determined by DSC) -98.03ºC and density 1.1031 g/cm3. The study of chemical bonds by FT-IR showed that amount of water (8.80%) influenced the visualization of the bands predicted to in view of their chemical structure. After the dissolution of the FucoPol in the ionic liquid at different temperatures (50, 60, 80 and 100 ° C) it was promoted the removal of this by the phase inversion method using deionized water as a solvent, followed by drying in an oven at 70 ° C. The mixtures before and after the phase inversion method were characterized through the studies mentioned above. In order to explore possible application field’s biocompatibility assays and collage on balsa wood tests were performed. It was found that the process of washing with water by the phase inversion method was not totally effective in removing the biocompatible ionic liquid, since all FucoPol – IL mixtures still contained ionic liquid in their composition as can be seen by the DSC results and FT-IR. In addition, washing the mixtures with water significantly altered the composition of FucoPol. However, these mixtures, that developed a viscous behavior typical of a non-Newtonian fluid (shear-thinning), have the potential to be applied in the biomedical field as well as biological glues.

Optimal design and operation of compact simulated moving bed processes for enantioseparations

Simulated moving bed (SMB) chromatography is attracting more and more attention since it is a powerful technique for complex separation tasks. Nowadays, more than 60% of preparative SMB units are installed in the pharmaceutical and in the food in- dustry [SDI, Preparative and Process Liquid Chromatography: The Future of Process Separations, International Strategic Directions, Los Angeles, USA, 2002. http://www. strategicdirections.com]. Chromatography is the method of choice in these ¯elds, be- cause often pharmaceuticals and ¯ne-chemicals have physico-chemical properties which di®er little from those of the by-products, and they may be thermally instable. In these cases, standard separation techniques as distillation and extraction are not applicable. The noteworthiness of preparative chromatography, particulary SMB process, as a sep- aration and puri¯cation process in the above mentioned industries has been increasing, due to its °exibility, energy e±ciency and higher product purity performance. Consequently, a new SMB paradigm is requested by the large number of potential small- scale applications of the SMB technology, which exploits the °exibility and versatility of the technology. In this new SMB paradigm, a number of possibilities for improving SMB performance through variation of parameters during a switching interval, are pushing the trend toward the use of units with smaller number of columns because less stationary phase is used and the setup is more economical. This is especially important for the phar- maceutical industry, where SMBs are seen as multipurpose units that can be applied to di®erent separations in all stages of the drug-development cycle. In order to reduce the experimental e®ort and accordingly the coast associated with the development of separation processes, simulation models are intensively used. One impor- tant aspect in this context refers to the determination of the adsorption isotherms in SMB chromatography, where separations are usually carried out under strongly nonlinear conditions in order to achieve higher productivities. The accurate determination of the competitive adsorption equilibrium of the enantiomeric species is thus of fundamental importance to allow computer-assisted optimization or process scale-up. Two major SMB operating problems are apparent at production scale: the assessment of product quality and the maintenance of long-term stable and controlled operation. Constraints regarding product purity, dictated by pharmaceutical and food regulatory organizations, have drastically increased the demand for product quality control. The strict imposed regulations are increasing the need for developing optically pure drugs.(...)

Arboviral diseases in the Western Brazilian Amazon: a perspective and analysis from a tertiary health & research center in Manaus, State of Amazonas

The Fundação de Medicina Tropical Dr. Heitor Vieira Dourado (FMT-HVD), located in Manaus, the capital of the State of Amazonas (Western Brazilian Amazon), is a pioneering institution in this region regarding the syndromic surveillance of acute febrile illness, including arboviral infections. Based on the data from patients at the FMT-HVD, we have detected recurrent outbreaks in Manaus by the four dengue serotypes in the past 15 years, with increasing severity of the disease. This endemicity has culminated in the simultaneous circulation of all four serotypes in 2011, the first time this has been reported in Brazil. Between 1996 and 2009, 42 cases of yellow fever (YF) were registered in the State of Amazonas, and 71.4% (30/42) were fatal. Since 2010, no cases have been reported. Because the introduction of the yellow fever virus into a large city such as Manaus, which is widely infested by Aedes mosquitoes, may pose a real risk of a yellow fever outbreak, efforts to maintain an appropriate immunization policy for the populace are critical. Manaus has also suffered silent outbreaks of Mayaro and Oropouche fevers lately, most of which were misdiagnosed as dengue fever. The tropical conditions of the State of Amazonas favor the existence of other arboviruses capable of producing human disease. Under this real threat, represented by at least 4 arboviruses producing human infections in Manaus and in other neighboring countries, it is important to develop an efficient public health surveillance strategy, including laboratories that are able to make proper diagnoses of arboviruses.

The use of a modular titanium endoprosthesis in skeletal reconstructions after bone tumor resections: method presentation and analysis of 37 cases

We analyzed 37 patients who underwent segmental wide resection of bone tumors and reconstruction with a modular titanium endoprosthesis at the Orthopaedic Oncology Group, between 1992 and 1998. Twelve patients were male and 25 were female, with a mean age of 30 years (9 - 81). The mean follow-up was 14 months (2 - 48). The diagnoses were: osteosarcoma (14 cases), metastatic carcinoma (10), Ewing's sarcoma (4), giant cell tumor (4), malignant fibrous histiocytoma (3), chondrosarcoma (1), and aneurysmal bone cyst (1). Eleven articulated total knee, 8 partial proximal femur with bipolar acetabulum, 8 partial proximal humerus, 3 total femur, 2 partial proximal tibia, 2 diaphyseal femur, 2 diaphyseal humerus, and 1 total proximal femur with cementless acetabulum endoprosthesis implant procedures were done. The complications related to the procedure included: infection (5 cases), dislocation (3), module loosening (1), and ulnar nerve paresthesia (1). We used the following criteria for the clinical evaluation: presence of pain, range of motion, reconstruction stability, surgical and oncologic complications, and patient acceptance. The results were good in 56.8% of the cases, regular in 32.4% and poor in 10.8%.

Design and implementation of an assurance map at Sonae retail business

The present Working Project aims at studying the topic of assurance mapping in a specific organizational context of a Portuguese retail company. For this purpose, an assurance map framework was designed to support the decision making process of stakeholders, through the delivery of comfort concerning risks, operations and control. In the end, the framework was successfully implemented for the process sourcing of goods in two business units of the company. Although, further implementation of the framework proved not to be feasible during the project’s timespan, it is expected to occur in the near future.

Monitoring and analysis of queries in distributed databases

Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática

Design and optimization of an extrusion die for the production of wood–plastic composite profiles

In this work, the optimization of an extrusion die designed for the production of a wood–plastic composite (WPC) decking profile is investigated. The optimization was performed with the help of numerical tools, more precisely, by solving the continuity and momentum conservation equations that govern such flow, and aiming to balance properly the flow distribution at the extrusion die flow channel outlet. To capture the rheological behavior of the material, we used a Bird-Carreau model with parameters obtained from a fit to the (shear viscosity versus shearrate) experimental data, collected from rheological tests. To yield a balanced output flow, several numerical runs were performed by adjusting the flow restriction at different regions of the flow-channel parallel zone crosssection. The simulations were compared with the experimental results and an excellent qualitative agreement was obtained, allowing, in this way, to attain a good balancing of the output flow and emphasizing the advantages of using numerical tools to aid the design of profile extrusion dies.

Design and validation of a biomechanical bioreactor for cartilage tissue culture

Specific tissues, such as cartilage undergo mechanical solicitation under their normal performance in human body. In this sense, it seems necessary that proper tissue engineering strategies of these tissues should incorporate mechanical solicitations during cell culture, in order to properly evaluate the influence of the mechanical stimulus. This work reports on a user-friendly bioreactor suitable for applying controlled mechanical stimulation - amplitude and frequency - to three dimensional scaffolds. Its design and main components are described, as well as its operation characteristics. The modular design allows easy cleaning and operating under laminar hood. Different protocols for the sterilization of the hermetic enclosure are tested and ensure lack of observable contaminations, complying with the requirements to be used for cell culture. The cell viability study was performed with KUM5 cells.

Towards the design and implementation of aspect-oriented programming for spreadsheets

A spreadsheet usually starts as a simple and singleuser software artifact, but, as frequent as in other software systems, quickly evolves into a complex system developed by many actors. Often, different users work on different aspects of the same spreadsheet: while a secretary may be only involved in adding plain data to the spreadsheet, an accountant may define new business rules, while an engineer may need to adapt the spreadsheet content so it can be used by other software systems.Unfortunately,spreadsheetsystemsdonotoffermodular mechanisms, and as a consequence, some of the previous tasks may be defined by adding intrusive “code” to the spreadsheet. In this paper we go through the design and implementation of an aspect-oriented language for spreadsheets so that users can work on different aspects of a spreadsheet in a modular way. For example, aspects can be defined in order to introduce new business rules to an existing spreadsheet, or to manipulate the spreadsheet data to be ported to another system. Aspects are defined as aspect-oriented program specifications that are dynamically woven into the underlying spreadsheet by an aspect weaver. In this aspect-oriented style of spreadsheet development, differentusers develop,orreuse,aspects withoutaddingintrusive code to the original spreadsheet. Such code is added/executed by the spreadsheet weaving mechanism proposed in this paper.

Diseño y Desarrollo de Nuevas Entidades Químicas de Interés Farmacéutico. Design and Development of New Chemical Entities of Pharmaceutical Interest.

Este proyecto de investigación se basa fundamentalmente en diversas actividades concernientes a la investigación y desarrollo de nuevos fármacos. Estos estudios se llevan a cabo sobre nuevos derivados de las siguientes drogas líderes utilizadas en el tratamiento del SIDA: zidovudina (AZT), lamivudina (3TC), didanosina (ddI) y un tipo particular de Inhibidores No Nucleosídicos de la Transcriptasa Reversa (INNTR) conocidos como "diarilpirimidinas" (DAPYs). Se plantean para el presente proyecto los siguientes objetivos específicos:1. Diseño racional y síntesis de nuevos compuestos,2. Evaluación de actividades biológicas y citotoxicidad,3. Estudio de las propiedades fisicoquímicas de interés biológico y farmacéutico,4. Estudios farmacocinéticos y biofarmacéuticos.De esta manera, se ha considerado un estudio integrador, tendiente a conocer y entender el posible comportamiento en el organismo de nuevas entidades químicas de interés farmacéutico (NEQF). Así, nuestra hipótesis de trabajo se sustenta en que la variación de las propiedades fisicoquímicas y farmacocinéticas de las drogas actualmente en uso o en etapas de experimentación, podrá incidir favorablemente en la farmacoterapia del SIDA.Cabe destacar que la aplicación de diversos métodos computacionales, constituye una herramienta muy importante que se utilizada para cada uno de los objetivos planteados ya que brinda información complementaria y una ayuda invalorable para el diseño racional de drogas.Así, se diseñarán, prepararán y caracterizarán NEQF, estudiando en detalle sus propiedades moleculares. Se espera que la información generada represente una contribución para el desarrollo de nuevas opciones terapéuticas efectivas frente al agente causativo del SIDA, enfermedad para la cuál la opción de una terapia efectiva está lejos de ser la ideal.Como el proyecto se desarrolla dentro de un ámbito académico, las actividades previstas permitirán a los becarios y tesistas: 1) ampliar y profundizar los conocimientos teóricos relacionados con los temas de estudio; 2) desarrollar su capacidad creativa; 3) posibilitar el trabajo multidisciplinario. Es decir, se formarán recursos humanos altamente capacitados en el diseño y desarrollo de NEQF, finalizando las tesis doctorales en ejecución e incorporando nuevos jóvenes farmacéuticos.A partir de los resultados que se logren en el campo científico y académico, se espera contribuir a la promoción del conocimiento en el área del diseño y del desarrollo de Compuestos Farmacéuticos Activos. Es de nuestro especial interés que los resultados lleven a un posicionamiento del grupo en el área de la Química Medicinal, de la Bioorgánica y de la Biofarmacia.Con relación a la importancia del proyecto, cabe destacar que la Química Medicinal es una disciplina poco desarrollada en nuestro país, por lo tanto contribuirá no sólo a la generación de conocimiento en el área, sino también a la formación de recursos humanos. Cabe destacar la participación de jóvenes farmacéuticos que son los beneficiarios de dicho proceso de formación. Por otra parte, el desarrollo de NEQF conlleva en sí mismo un impacto social y económico importante, y redunda en beneficio de la salud de la población. Teniendo en cuenta la realidad actual, y considerando que la solución final para el tratamiento del SIDA aún no se ha alcanzado, optimizar la actividad/efectividad de fármacos conocidos y estudiar nuevas moléculas que actúen sobre diversas dianas biológicas constituye una esperanza para el tratamiento eficaz de esta enfermedad. Finalmente, teniendo en cuenta que la finalidad del proyecto es desarrollar nuevos agentes anti VIH con potencial aplicación clínica, es de esperar poder interaccionar con la industria farmacéutica y transferir los resultados a la misma.

Diseño y desarrollo de superficies modificadas. Aplicaciones ambientales, biomédicas y farmacéuticas. Design and development of modified surfaces. Environmental, biomedical and pharmaceutical applications.

El objetivo general de este proyecto de investigación es diseñar, desarrollar y optimizar superficies con propiedades especificas para ser utilizadas como sensores y biosensores, materiales biocompatibles, columnas para separaciones por electroforesis capilar, matrices para la liberación controlada de fármacos y sorbentes para remediación ambiental. Para concretar este objetivo, se propone específicamente modificar superficies o particulas apuntando a optimizar un sistema concreto relevante en aplicaciones farmaceuticas, ambientales o biomedicas: 1. Modificacion de arcillas naturales o sinteticas para desarrollar matrices portadoras de farmacos o sorbentes para remediacion ambiental:1.1 Estudiar ilitas modificadas con Fe(III) para maximizar las propiedades adsortivas frente a aniones contaminantes como arsenico. 1.2 Sintetizar LDH de Al y Mg modificados con compuestos de interés farmacéutico para diseñar sistemas de liberación controlada.2. Modificación de canales de chips y electrodos para optimizar la separación, detección y cuantificación de compuestos farmacéutico: 2.1 Diseñar y construir microchips para la separación por EC de compuestos de base fenólica.2.2 Evaluar polímeros que mejoren la respuesta y/o estabilidad de electrodos de Carbono para ser usados como detectores amperométrico de compuestos de base fenólica en sistemas FIA y miniaturizados de análisis integrados.3. Modificación de superficies sólidas con biomoléculas para el desarrollo y optimización de superficies de bio-reconocimiento:3.1 Evaluar el comportamiento de superficies de titanio modificadas con TiO2 y depósitos inorgánicos frente a la interacción con proteínas plasmáticas (PP) para el análisis de la biocompatibilidad superficial.3.2 Diseñar y desarrollar superficies biofuncionales para el reconocimiento especifico de D-aminoácidos, anticuerpos en pacientes chagásicos y simple hebra de ADN. Las técnicas que se emplearán para llevar a cabo el proyecto dependen del tipo de sistema de estudio. En particular los estudios correspondientes al objetivo 1 se realizarán mediante análisis químicos, térmico, DXR, SEM, IR, BET así como mediante titulaciones ácido-base potenciométricas, movilidades electroforéticas, cinética e isotermas de adsorción.En general para desarrollar el objetivo 2 se utilizarán técnicas electroquímicas clásicas para la caracterización de los electrodos, los que luego se utilizarán como detectores en un sistema FIA amperométrico, mientras que los microchips se emplearán en electroforesis capilar para la separación de diferentes compuestos de interés farmacéutico.Finalmente, el objetivo 3 se llevará a cabo por un lado modificando electrodos de titanio con distintos depósitos (electroquímicas, sol-gel, térmicas) de TiO2 e hidroxiapatita y evaluando la interacción con proteínas plasmáticas para analizar la biocompatibilidad de los materiales preparados. Por otro lado, se estudiará el proceso de adsorción-desorción de D-aminoácido oxidasa, antígenos del T. Cruzi y ADN de simple hebra para optmizar la capacidad de bio-reconocimiento superficial de D-aminoácidos, anticuerpos de chagásicos y de cadena complementaria de ADN. Para concretar este objetivo se utilizarán técnicas electroquímicas, espectroscópicas y microscopias.Debido al carácter multidisciplinario del presente proyecto de investigación, su ejecución se llevara a cabo a través de la colaboración de investigadores pertenecientes a distintas áreas de la Química y permitirá continuar con la formación de recursos humanos mediante la realización de tesis doctorales y estadías postdoctorales.

Diseño y caracterización de plataformas de biorreconocimiento basadas en el uso de nanoestructuras, biomoléculas y polímeros. Aplicaciones para el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos. Design and characterization of biorecognition platforms based on the use of nanostructures, biomolecules and polymers. Applications for the development of electrochemical (bio)sensors.

Los requerimientos de métodos analíticos que permitan realizar determinaciones más eficientes en diversas ramas de la Química, así como el gran desarrollo logrado por la Nanobiotecnología, impulsaron la investigación de nuevas alternativas de análisis. Hoy, el campo de los Biosensores concita gran atención en el primer mundo, sin embargo, en nuestro país es todavía un área de vacancia, como lo es también la de la Nanotecnología. El objetivo de este proyecto es diseñar y caracterizar nuevos electrodos especialmente basados en el uso de nanoestructuras y estudiar aspectos básicos de la inmovilización de enzimas, ADN, aptámeros, polisacáridos y otros polímeros sobre dichos electrodos a fin de crear nuevas plataformas de biorreconocimiento para la construcción de (bio)sensores electroquímicos dirigidos a la cuantificación de analitos de interés clínico, farmaco-toxicológico y ambiental.Se estudiarán las propiedades de electrodos de C vítreo, Au, "screen printed" y compósitos de C modificados con nanotubos de C (CNT) y/o nanopartículas (NP) de oro y/o nanoalambres empleando diversas estrategias. Se investigarán nuevas alternativas de inmovilización de las biomoléculas antes mencionadas sobre dichos electrodos, se caracterizarán las plataformas resultantes y se evaluarán sus posibles aplicaciones analíticas al desarrollo de biosensores con enzimas y ADNs como elementos de biorreconocimiento. Se funcionalizarán CNT con polímeros comerciales y sintetizados en nuestro laboratorio modificados con moléculas bioactivas. Se diseñarán y caracterizarán nuevas arquitecturas supramoleculares basadas en el autoensamblado de policationes, enzimas y ADNs sobre Au. Se evaluarán las propiedades catalíticas de NP de magnetita y de perovskitas de Mn y su aplicación al desarrollo de biosensores enzimáticos. Se diseñarán biosensores que permitan la detección altamente sensible y selectiva de secuencias específicas de ADNs de interés clínico. Se estudiará la interacción de genotóxicos con ADN (en solución e inmovilizado) y se desarrollarán biosensores que permitan su cuantificación. Se construirán biosensores enzimáticos para la cuantificación de bioanalitos, especialmente glucosa, fenoles y catecoles, y sensores electroquímicos para la determinación de neurotransmisores, ácido úrico y ácido ascórbico. Se diseñarán nuevos aptasensores electroquímicos para la cuantificación de biomarcadores, comenzando por lisozima y trombina y continuando con otros de interés regional/nacional.Se emplearán las siguientes técnicas: voltamperometrías cíclica (CV), de pulso diferencial (DPV) y de onda cuadrada (SWV); "stripping" potenciométrico a corriente constante (PSA); elipsometría; microbalanza de cristal de cuarzo con cálculo de pérdida de energía por disipación (QCM-D); resonancia de plasmón superficial con detección dual (E-SPR); espectroscopía de impedancia electroquímica (EIE); microscopías de barrido electroquímico (SECM), de barrido electrónico (SEM), de transmisión (TEM) y de fuerzas atómicas (AFM); espectrofotometría UV-visible; espectroscopías IR, Raman, de masas, RMN.Se espera que la inclusión de los CNT y/o de las NP metálicas y/o de los nanoalambres en los diferentes electrodos permita una mejor transferencia de carga de diversos analitos y por ende una detección más sensible y selectiva de bioanalitos empleando enzimas, ADN y aptámeros como elementos de biorreconocimiento. Se espera una mayor eficiencia en los aptasensores respecto de los inmunosensores, lo que permitirá la determinacion selectiva de diversos biomarcadores. La modificación de electrodos con nanoestructuras posibilitará la detección altamente sensible y selectiva del evento de hibridación. La respuesta obtenida luego de la interacción de genotóxicos con ADN permitirá un mejor conocimiento de la asociación establecida, de la cinética y de las constantes termodinámicas. Los neurotransmisores podrán ser determinados a niveles nanomolares aún en muestras complejas.