An ecotoxicological approach to assessing the impact of tanning industry effluent on river health

A study was conducted to investigate the sediment health and water quality of the River Sagana, Kenya, as impacted by the local tanning industry. Chemical analysis identified the main chemical pollutants (pentachlorophenols and chromium) while a bioassay addressed pollutant bioavailability. The bioassay, exploiting the luminescence response of a lux marked bacterial biosensor, was coupled to a dehydrogenase and Dapnia magna test to determine toxicity effects on sediments. Results highlighted the toxicity of the tannery effluent to the sediments at the point of discharge (64% of control bioluminescence) with gradual improvement downstream. There was a significant increase in dehydrogenase downstream, with the enzyme activity attaining a peak at 600 m, also indicating a gradual reduction of toxicity. Biological oxygen demand (19.56 mg L(-1)) dissolved oxygen (3.97 mg L(-1)) and high lethal dose value (85%) of D. magna also confirmed an initial stress at the point of discharge and recovery downstream. Optical density of surface water demonstrated an increase in suspended particulates and colour after the discharge point, eventually decreasing beyond 400 m. In conclusion, the study highlighted the importance of understanding the biogeochemistry of river systems impacted by industries discharging effluent into them and the invaluable role of a biosensor-based ecotoxicological approach to address effluent hazards, particularly in relation to river sediments.

Assessment of bioavailable arsenic and copper in soils and sediments from the Antofagasta region of northern Chile

Copper levels of nearly 500 mg l(-1) were measured in aqueous extracts of soil and sediment samples from the lowlands of Antofagasta. Arsenic levels of up to 183 mg l(-1) were found in river sediments, and 27.5 mg l(-1) arsenic was found at the location of a dam where potable water is extracted. This indicates that the arsenic contamination of water supplies reported recently for the pre-Andes may be a widespread problem throughout the region. Copper contamination from smelting activities also provides cause for concern as elevated levels were found in aqueous extracts of soil up to 20 km away from a smelter. This study went beyond traditional chemical analysis by assessing the potential benefits of using microbial biosensors as an alternative to determination of chemical speciation, to provide an environmentally relevant interpretation of soil/sediment residue levels. This approach is simple to use and enables a rapid, low cost assessment of pollutant bioavailability. It may, therefore, be of use for further investigations in the region and beyond.

Reactions of nitrogen and oxygen surface groups in nanoporous carbons under inert and reducing atmospheres

The reactions of surface functional groups have an important role in controlling conversion of char nitrogen to NOx during coal combustion. This study involved an investigation of the thermal stability and reactions of nitrogen surface functional groups in nanoporous carbons. Four suites of carbons, which were used as models for coal chars, were prepared with a wide range of nitrogen and oxygen contents and types of functional groups. The porous structures of the carbons were characterized by gas adsorption methods while chemical analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, and X-ray near edge structure spectroscopy were used to characterize the surface functional groups. Temperature programmed desorption and temperature programmed reduction methods were used to study the reactivity of the surface functional groups during heat treatment under inert and reducing conditions. Heat treatment studies show that the order of stability of the functional groups is quaternary nitrogen > pyridinic > pyrrolic > pyridine N-oxide. Pyridine N-oxide surface groups desorb NO and form N-2 via surface reactions at low temperature. Pyrrolic and pyridinic functional groups decompose and react with surface species to give NH3, HCN, and N-2 as desorption products, but most pyrrolic groups are preferentially converted to pyridinic and quaternary nitrogen. The main desorption product is N-2. Approximately 15-40 wt % of the original nitrogen was retained in the carbons mainly as quaternary nitrogen after heat treatment to 1673 K. The results are discussed in terms of decomposition ranges for surface functional groups and reaction mechanisms of surface species.

Biosensing 2,4-dichlorophenol toxicity during biodegradation by Burkholderia sp. RASC c2 in soil

Biodegradation of the model pollutant, 2,4-dichlorophenol (2,4-DCP) by Burkholderia sp. RASC c2, in contaminated soil was assessed by combining chemical analysis with a toxicity test using Escherichia coli HB101 pUCD607. E. coli HB101 pUCD607 was previously marked with luxCDABE genes, encoding bacterial bioluminescence and was used as an alternative to Microtox. Mineralization of ¹⁴C-2,4-DCP (196.2 μg g^-1 dry wt) in soil occurred rapidly after a 24 h lag. Correspondingly, 2,4-DCP concentrations in soil and soil water extracts decreased with time and concentrations in the latter were at background levels (<0.12 μg mL^-1) after day 2. Toxicity of soil water extracts to the lux-based biosensor also decreased with time. Mean light output of E. coli was stimulated by ~1.5 X control values in soil water extracts when concentrations of 2,4-DCP were approaching the limit of detection by HPLC but returned to values equivalent to those of controls when soil water 2,4-DCP concentrations were below the detection limit. No mineralization or microbial growth was detected in noninoculated microcosms. 2,4-DCP concentration in sterile controls decreased significantly with time as did toxicity to E. coli Lux-based E. coli was a sensitive biosensor of 2,4-DCP toxicity during biodegradation and results complemented chemical analysis.

A differential protein solubility approach for the depletion of highly abundant proteins in plasma using ammonium sulfate

Depletion of highly abundant proteins is an approved step in blood plasma analysis by mass spectrometry (MS). In this study, we explored a precipitation and differential protein solubility approach as a fractionation strategy for abundant protein removal from plasma. Total proteins from plasma were precipitated with 90% saturated ammonium sulfate, followed by differential solubilization in 55% and 35% saturated ammonium sulfate solutions. Using a four hour liquid chromatography (LC) gradient and an LTQ-Orbitrap XL mass spectrometer, a total of 167 and 224 proteins were identified from the 55% and 35% ammonium sulfate fractions, whereas 235 proteins were found in the remaining protein fractions with at least two unique peptides. SDS-PAGE and exclusive total spectrum counts from LC-MS/MS analyses clearly showed that majority of the abundant plasma proteins were solubilized in 55% and 35% ammonium sulfate solutions, indicating that the remaining protein fraction is of potential interest for identification of less abundant plasma proteins. Serum albumin, serotransferrin, alpha-1-antitrypsin and transthyretin were the abundant proteins that were highly enriched in 55% ammonium sulfate fractions. Immunoglobulins, complement system proteins, and apolipoproteins were among other abundant plasma proteins that were enriched in 35% ammonium sulfate fractions. In the remaining protein fractions a total of 40 unique proteins were identified of which, 32 proteins were identified with at least 10 exclusive spectrum counts. According to PeptideAtlas, 9 of these 32 proteins were estimated to be present at low μg ml(-1) (0.12-1.9 μg ml(-1)) concentrations in the plasma, and 17 at low ng ml(-1) (0.1-55 ng ml(-1)) range.

Matérias-primas da plataforma do Mondego para cerâmica

O presente trabalho divulga os resultados dos estudos levados a efeito nas matérias-primas argilosas que se integram tipologicamente na argila comum, ocorrentes na designada Plataforma do Mondego, Centro de Portugal, na região entre Miranda do Corvo, a SW, e Tábua, a NE. Para tal realizou-se a cartografia superficial dos sedimentos continentais do Cretácico e do Terciário, aí preservados, estabeleceram-se as colunas sedimentares, a nível regional e a nível local, nas áreas de maior potencial reconhecido e, caracterizaram-se as matérias-primas argilosas amostradas, em termos de composição, textura e aptidão cerâmica, objectivando a definição das zonas das jazidas com maior interesse industrial. A informação obtida e compilada, relativa ao caulino e ao feldspato é também apresentada, com vista a uma percepção da potencialidade destas matériasprimas cerâmicas ocorrentes na área. O estudo de caracterização dos materiais argilosos investigados teve como base 53 amostras obtidas em seis regiões da Plataforma do Mondego aqui definidas por motivo de organização do trabalho, segundo os critérios geográfico e geotectónico. As formações de Côja e de Campelo, do Terciário, constituem as unidades onde ocorrem litótipos produtivos, em termos de matéria-prima para a Cerâmica de Barro Vermelho ou Cerâmica de Construção. Relativamente às características texturais e composicionais, em síntese, apresentam-se os factos relevantes seguintes: A matéria-prima argilosa existente na área estudada materializa, granulometricamente, na maioria das amostras, silte, caindo os níveis amostrados com maior percentagem de argila, no domínio do silte argiloso. O défice em fracção argila implica limitações quanto à possibilidade de diversificação de produtos cerâmicos fabricados com estas matérias-primas tal-qual. Os diferentes métodos analíticos utilizados na caracterização mineralógica dos materiais amostrados confirmaram uma composição em termos dos minerais argilosos, consistindo de ilite/mica (em geral, o mais abundante), caulinite e esmectite, interestratificados e clorite. Os minerais não argilosos são quartzo (predominante), feldspato (sobretudo potássico) e hematite, com uma representação baixa. A mineralogia da fracção inferior a 2μm das amostras, não difere das amostras totais, salvo no teor mais elevado dos minerais argilosos e acentuada redução dos minerais não argilosos. Os resultados da análise química por fluorescência de raios X das amostras integrais correlacionam-se com as características mineralógicas observadas através das técnicas analíticas utilizadas. No respeitante às propriedades e comportamento cerâmico verifica-se: Os parâmetros relacionados com a plasticidade indicam que parte das pastas elaboradas com estes materiais argilosos têm uma trabalhabilidade aceitável, mas existem problemas de conformação e acentuada retracção num número significativo de amostras, devido à elevada plasticidade da maioria das amostras. A extrusão é satisfatória a óptima. A RMF e a retracção em seco assumem valores, respectivamente, moderados a baixos e moderados, embora seja necessário ter em conta o procedimento de extrusão dos provetes, sem dispositivo de vácuo. Todas as amostras foram sujeitas a cozedura a 900ºC, e um conjunto seleccionado foi cozido a 1000ºC e a 1100ºC. As fases mineralógicas ocorrentes após cozeduras a 900ºC e 1100ºC foram identificadas num conjunto de amostras, tendo-se evidenciado a coerência dessas fases, com a mineralogia das amostras em seco. Após cozedura a 900ºC, os valores de RMF das amostras satisfazem geralmente os valores mínimos, exigidos para o fabrico de tijolo, abobadilha e, com alguma frequência, de telha, como já se verificava com os valores daquela propriedade em seco. Os valores de retracção seco-cozido são em geral, modestos. A capacidade de absorção de água é maioritariamente elevada. A formação de vidro, sobretudo, condiciona o comportamento destas propriedades por cozedura dos provetes a 1000ºC e a 1100ºC. A coloração predominante em cru das matérias-primas argilosas amostradas é amarelo acastanhado a castanho avermelhado. Após cozedura a 900ºC, há um acentuado escurecimento e incremento no grau de vermelho. As cozeduras a 1000ºC e 1100ºC promovem escurecimento gradual, com ligeira influência na cor. O comportamento dos provetes após as cozeduras cerâmicas revelou-se homogéneo a cada uma das respectivas temperaturas, não se registando também defeitos significativos, nem eflorescências. A análise das amostras em termos composicionais e tecnológicos permitiu destacar as principais características e aspectos distintivos das matériasprimas, nas diferentes regiões definidas objectivando as diferentes potencialidades cerâmicas. Nesta abordagem comparativa foram consideradas só as amostras dos campos silte e silte arenoso, por serem aquelas com maior interesse para a Cerâmica de Construção. Nas colunas sedimentares das regiões de Tábua e Santa Quitéria constata-se a ocorrência de dois ritmos de sedimentação, que embora assumam características específicas em cada região, têm aspectos composicionais e tecnológicos em comum, traduzindo melhor aptidão cerâmica os ritmos inferiores. A conjugação da cartografia realizada com os estudos laboratoriais permite concluir que as regiões de Tábua e de Santa Quitéria serão as que têm maior potencial por explorar, em matéria-prima para Cerâmica de Construção, apesar da primeira já ser intensamente explorada. Na região de Tábua, as amostras têm como fases mineralógicas principais ilite e quartzo na mesma proporção média (35%) e caulinite (média=19%) que regista enriquecimento significativo na fracção argila (média=38%). As argilas desta região registam a cor em cru mais vermelha e pH mais ácido observados. O ritmo de sedimentação inferior, com esmectite e interestratificados e ligeiramente menos quartzoso, apresenta melhores propriedades cerâmicas. A composição mineralógica média das amostras da região de Santa Quitéria é próxima daquela da região de Tábua, mas menos caulinítica, em especial na sequência inferior, na qual o teor médio de caulinite na fracção argila (7%) é o mais baixo observado. Na região de Côja – Arganil, a actividade extractiva é significativa na bacia de Côja. Aqui, a exploração de novas áreas potenciais é condicionada pela cobertura conglomerática e por estruturas tectónicas e não tectónicas relacionadas com comportamento plástico. Na restante área desta região, os recursos argilosos são penalizados por material areno-conglomerático. As amostras desta região distinguem-se das restantes a nível textural pela maior fracção areia e mineralogicamente pela presença de clorite, teor reduzido de caulinite e elevado de feldspato. As potencialidades em barro vermelho na região de Sanguinheda não serão significativas, pois a Formação de Côja é predominantemente arcósica e a Formação de Campelo pouco espessa e conglomerática. As argilas com melhor aptidão cerâmica foram amostradas na região de Miranda do Corvo – Lousã. Na composição, estas amostras são as que contêm maior fracção de argila, maior teor de ilite e caulinite e menor de argilas expansivas. Registam os melhores valores nas características tecnológicas, nomeadamente a RMF e absorção de água. A consistência dos grupos amostrais e ritmos definidos em termos composicionais e tecnológicos é corroborada pelas técnicas de análise estatística multivariada aplicadas, que os identificam. As condições de amostragem na região de Tábua, permitiram a elaboração de uma coluna tipológica, na qual, a partir de uma caracterização expedita de amostras é possível identificar a sua afinidade com os ritmos argilosos definidos e, consequentemente, a sua situação na coluna sedimentar regional e aptidão cerâmica. A cartografia dos recursos argilosos potenciais, elaborada à escala 1:25.000, constitui um dos objectivos principais deste trabalho e nela constam unidades litológicas, nas quais são diferenciadas unidades argilosas tendo também em consideração a tipologia e guias mineralógicos resultantes da caracterização das amostras. As características composicionais destas unidades denotam diferente aptidão cerâmica e, portanto, permitem salientar as zonas com maior interesse económico.

Tributyltin (TBT) resistance in Aeromonas molluscorum Av27

O tributilestanho (TBT) é considerado um dos xenobióticos mais tóxicos, produzidos e deliberadamente introduzidos no meio ambiente pelo Homem. Tem sido usado numa variedade de processos industriais e subsequentemente descarregado no meio ambiente. O tempo de meia-vida do TBT em águas marinhas é de várias semanas, mas em condições de anóxia nos sedimentos, pode ser de vários anos, devido à sua degradação mais lenta. Embora o TBT tenha sido descrito como sendo tóxico para eucariotas e procariotas, muitas bactérias podem ser resistentes a este composto. O presente trabalho teve como objetivo principal elucidar o mecanismo de resistência ao TBT em bactérias. Para além disso, pretendeu-se desenvolver um biorepórter para detectar TBT no ambiente. Para atingir estes objetivos foram delineadas várias tarefas cujos principais resultados obtidos se apresentam a seguir. Várias bactérias resistentes ao TBT foram isoladas de sedimento e água do Porto de Pesca Longínqua (PPL) na Ria de Aveiro, Portugal. Entre estas, Aeromonas molluscorum Av27 foi selecionada devido à sua elevada resistência a este composto (concentrações até 3 mM), à sua capacidade de degradar o TBT em compostos menos tóxicos (dibutilestanho, DBT e monobutilestanho, MBT) e também por usar o TBT como fonte de carbono. A. molluscorum Av27 foi caracterizada genotipica e fenotipicamente. Os fatores de virulência estudados mostraram que esta estirpe i) possui atividade lipolítica; ii) não é citotóxica para células de mamíferos, nomeadamente para células Vero; iii) não possui integrões de classe I e II e iv) possui cinco plasmídeos com aproximadamente 4 kb, 7 kb, 10 kb, 100 kb e mais de 100 kb. Estes resultados mostraram que a estirpe Av27 não é tóxica, aumentando assim o interesse nesta bactéria para futuras aplicações, nomeadamente na bioremediação. Os testes de toxicidade ao TBT mostraram que este composto tem um impacto negativo no crescimento desta estirpe, bem como, na densidade, no tamanho e na atividade metabólica das células e é responsável pela formação de agregados celulares. Assim, o TBT mostrou ser bastante tóxico para as bactérias interferindo com a atividade celular geral. O gene Av27-sugE, que codifica a proteína SugE pertencente à família das “small multidrug resistance proteins” (SMR), foi identificado como estando envolvido na resistência ao TBT nesta estirpe. Este gene mostrou ser sobreexpresso quando as células crescem na presença de TBT. O promotor do gene Av27-sugE foi utilizado para construir um bioreporter para detetar TBT, contendo o gene da luciferase do pirilampo como gene repórter. O biorepórter obtido reúne as características mais importantes de um bom biorepórter: sensibilidade (intervalo de limite de detecção de 1-1000 nM), rapidez (3 h são suficientes para a deteção de sinal) e, possivelmente, não é invasivo (pois foi construído numa bactéria ambiental). Usando sedimento recolhido no Porto de Pesca Longínqua da Ria de Aveiro, foi preparada uma experiência de microcosmos com o intuito de avaliar a capacidade de Av27 para bioremediar o TBT, isoladamente ou em associação com a comunidade bacteriana indígena. A análise das amostras de microcosmos por PCR-DGGE e de bibliotecas de 16S rDNA revelaram que a comunidade bacteriana é relativamente estável ao longo do tempo, mesmo quando Av27 é inoculada no sedimento. Para além disso, o sedimento estuarino demonstrou ser dominado por bactérias pertencentes ao filo Proteobacteria (sendo mais abundante as Delta e Gammaproteobacteria) e Bacteroidetes. Ainda, cerca de 13% dos clones bacterianos não revelaram nenhuma semelhança com qualquer dos filos já definidos e quase 100% afiliou com bactérias não cultiváveis do sedimento. No momento da conclusão desta tese, os resultados da análise química de compostos organoestânicos não estavam disponíveis, e por essa razão não foi possível tirar quaisquer conclusões sobre a capacidade desta bactéria remediar o TBT em sedimentos. Esses resultados irão ajudar a esclarecer o papel de A. molluscorum Av27 na remediação de TBT. Recentemente, a capacidade da estirpe Av27 remediar solo contaminado com TBT foi confirmada em bioensaios realizados com plantas, Brassica rapa e Triticum aestivum (Silva 2011a), e também com invertebrados Porcellionides pruinosus (Silva 2011B). Assim, poder-se-á esperar que a bioremediação do sedimento na experiência de microcosmos também tenha ocorrido. No entanto, só a análise química dos compostos organostânicos deverá ser conclusiva. Devido à dificuldade em realizar a análise analítica de organoestânicos, um método de bioensaio fácil, rápido e barato foi adaptado para avaliar a toxicidade do TBT em laboratório, antes de se proceder à análise química das amostras. O método provou a sua utilidade, embora tenha mostrado pouca sensibilidade quando se usam concentrações de TBT baixas. Em geral, os resultados obtidos contribuíram para um melhor entendimento do mecanismo de resistência ao TBT em bactérias e mostraram o potencial biotecnológico de A. molluscorum Av27, nomeadamente, no que refere à sua possível aplicação na descontaminação de TBT no ambiente e também no desenvolvimento de biorepórteres.

Nanocomposites for SERS : synthesis, optical and analytical studies

Esta tese descreve diversas estratégias preparativas assim como estudos de caracterização de nanocompósitos e outras nanoestruturas, para a análise em espectroscopia de Raman com intensificação por superfície (SERS). Em particular foi estudada a incorporação de nanopartículas (NPs) metálicas de Ag e Au em matrizes poliméricas visando avaliar o potencial destes materiais como novos substratos para SERS na deteção de moléculas. O primeiro capítulo consiste numa revisão bibliográfica, onde é destacado o desenvolvimento de novos substratos para SERS utilizando nomeadamente nanopartículas de Ag, Au e Cu. Numa primeira fase, esta secção apresenta uma breve descrição sobre as propriedades plasmónicas dos metais utilizados e alguns conceitos básicos de espectroscopia de difusão de Raman. Posteriormente, descreve-se em mais detalhe o efeito de SERS, revendo-se sobretudo a química de materiais descrita em trabalhos recentes tendo em conta a sua utilização como novas plataformas para análise química por SERS. O capítulo 2 descreve a síntese e caracterização de nanocompósitos de poli(acrilato de butilo) obtidos através de polimerização in situ por miniemulsão na presença de nanopartículas de Ag. Os nanocompósitos Ag/PtBA foram investigados como novos substratos de SERS visando o desenvolvimento de novas plataformas versáteis para deteção molecular. Estudos como o efeito da temperatura, pH e pressão foram investigados, visando a compreensão do efeito da matriz polimérica na difusão/adsorção do analito (ácido tiossalicílico) na superfície metálica. No capítulo 3, os nanocompósitos de Ag/PtBA descritos anteriormente foram investigados detalhadamente como substratos para bio-deteção em SERS, usando a adenina como analito modelo. Os nanocompósitos foram submetidos a vários tratamentos pré-analíticos para a bio-deteção da adenina. Foram realizadas experiências nos sistemas Ag/PtBA de modo a obter informação sobre o efeito do pH na deteção deste analito em soluções aquosas diluídas. Os nanocompósitos poliméricos obtidos apresentam a vantagem de poderem ser processados utilizando tecnologia disponível. Pelo que o estudo das suas propriedades térmicas é especialmente relevante. Assim, a influência da incorporação de NPs inorgânicas na temperatura de transição vítrea (Tg) do polímero PtBA foi investigada por meio de calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e os resultados são apresentados no capítulo 4. Estes estudos descrevem efeitos na Tg do PtBA quando analisado em nanocompósitos obtidos por diferentes métodos (métodos ex situ e in situ), contendo nanopartículas metálicas com diferentes distribuições de tamanho e presentes em quantidade variável na matriz polimérica. Estes estudos possibilitaram relacionar a influência das NPs metálicas na mobilidade das cadeias poliméricas com as propriedades térmicas observadas. O capítulo 5 descreve a preparação e caracterização de materiais compósitos de base polimérica (PtBA) e NPs de Au com morfologia de bastonetes (NRs). Estes materiais foram investigados como substratos para SERS tendo originado um bom sinal de SERS na análise de 2-2’-ditiodipiridina. Investigouse igualmente o efeito da variação da morfologia das NPs metálicas (esferas e bastonetes), a razão de aspecto (R.A.) dos bastonetes e o tipo de matriz polimérica (PtBA e PnBA) no sinal de SERS. No capítulo 6 é descrita a utilização da técnica de SERS como método alternativo para a monitorização de alterações morfológicas de coloides de NRs de Au. Os NRs de Au foram recolhidos em diferentes fases de oxidação promovida pela presença de K2S2O8 e a sua sensibilidade como substratos de SERS foi avaliada utilizando o anião dietilditiocarbamato (DTC) como analito modelo. Os estudos foram realizados utilizando as linhas de excitação a 1064 nm e 633 nm. Este estudo demonstrou que a sensibilidade dos NRs de Au como substratos de SERS diminui à medida que a sua R.A. diminui devido à competitividade do CTAB (estabilizante) e o DTC pela superfície dos NRs. É de salientar que este processo é acompanhado por um diferente comportamento em termos de adsorção dos dois tautómeros do DTC à superfície do metal. O capítulo 7 introduz um novo tipo de compósitos para SERS, utilizando matrizes biopoliméricas. Assim, descreve-se a preparação e caracterização de nanocompósitos de carragenano e NPs de Ag. Nesta secção é avaliada a utilização destes materiais como novos substratos para a análise em SERS, utilizando a 2-2’-ditiodipiridina como molécula modelo. Descrevem-se estudos pioneiros que procuram relacionar a dependência do sinal de SERS com a força do gel. Para tal, realizou-se um estudo sistemático aos nanobiocompósitos usados como substratos de SERS em diferentes condições analíticas e investigaram-se as suas propriedades reológicas. No capitulo 8 é descrita a investigação de nanocompósitos de Ag/Gelatina como substratos para SERS, utilizando o anião dietilditiocarbamato como analito modelo. Realizaram-se várias experiências para correlacionar a variação da força do gel com o aumento do sinal de SERS bem como a diferente adsorção dos dois tautómeros do DTC à superfície do metal. Ao longo desta dissertação são apresentados metodologias distintas para a preparação e obtenção de nanocompósitos com base em polímeros (sintéticos ou naturais) e NPs metálicas (Ag e Au). Esta investigação não só permitiu a síntese e estudo de novos substratos para SERS mas também a compreensão do efeito matriz/NPs metálicas no sinal de SERS e na formação de “hot spots”. Este trabalho contribui para o enriquecimento na área da Nanociência e Nanotecnologia demonstrando a eficácia e reprodutibilidade de nanocompósitos com base em polímeros como novos substratos para SERS. Embora as propriedades óticas apresentadas por estes materiais serem aqui direcionadas para a deteção molecular pela técnica de SERS, estes materiais podem ser investigados em outras área tecnológicas.

Laser assisted directional solidification of zirconia-based eutectics

Directionally solidified zirconia-based eutectic (DSE) fibres were obtained using the laser floating zone (LFZ) method. Two systems were investigated: zirconia-barium zirconate and zirconia-mullite. The purpose was to take advantage of zirconia properties, particularly as an ionic conductor and a mechanical rein-forcement phase. The influence of processing conditions in the structural and microstructural characteristics and their consequences on the electrical and mechanical behaviour were the focus of this thesis. The novel zirconia-barium zirconate eutectic materials were developed in order to combine oxygen ionic conduction through zirconia with protonic conduction from barium zirconate, promoting mixed ionic conduction behaviour. The mi-crostructure of the fibres comprises two alternated regions: bands having coarser zirconia-rich microstructure; and inter-band regions changing from a homogeneous coupled eutectic, at the lowest pulling rate, to columnar colony microstructure, for the faster grown fibres. The bands inter-distance increases with the growth rate and, at 300 mm/h, zirconia dendrites develop enclosed in a fine-interpenetrated network of 50 vol.% ZrO2-50 vol.% BaZrO3. Both phases display contiguity without interphase boundaries, according to impedance spec-troscopy data. Yttria-rich compositions were considered in order to promote the yttrium incorporation in both phases, as revealed by Raman spectroscopy and corroborated by the elemental chemical analysis in energy dispersive spectros-copy. This is a mandatory condition to attain simultaneous contribution to the mixed ionic conduction. Such results are supported by impedance spectrosco-py measurements, which clearly disclose an increase of total ionic conduction for lower temperatures in wet/reduction atmospheres (activation energies of 35 kJ/mol in N2+H2 and 48 kJ/mol in air, in the range of 320-500 ºC) compared to the dry/oxidizing conditions (attaining values close to 90 kJ/mol, above 500 ºC). At high temperatures, the proton incorporation into the barium zirconate is un-favourable, so oxygen ion conduction through zirconia prevails, in dry and oxi-dizing environments, reaching a maximum of 1.3x10-2 S/cm in dry air, at ~1000 ºC. The ionic conduction of zirconia was alternatively combined with another high temperature oxygen ion conductor, as mullite, in order to obtain a broad elec-trolytic domain. The growth rate has a huge influence in the amount of phases and microstructure of the directionally solidified zirconia-mullite fibres. Their microstructure changes from planar coupled eutectic to dendritic eutectic mor-phology, when the growth rate rises from 1 to 500 mm/h, along with an incre-ment of tetragonal zirconia content. Furthermore, high growth rates lead to the development of Al-Si-Y glassy phase, and thus less mullite amount, which is found to considerably reduce the total ionic conduction of as-grown fibres. The reduction of the glassy phase content after annealing (10h; 1400 ºC) promotes an increase of the total ionic conduction (≥0.01 S/cm at 1370 °C), raising the mullite and tetragonal zirconia contents and leading to microstructural differ-ences, namely the distribution and size of the zirconia constituent. This has important consequences in conductivity by improving the percolation pathways. A notable increase in hardness is observed from 11.3 GPa for the 10 mm/h pulled fibre to 21.2 GPa for the fibre grown at 500 mm/h. The ultra-fine eutectic morphology of the 500 mm/h fibres results in a maximum value of 534 MPa for room temperature bending strength, which decreases to about one-fourth of this value at high temperature testing (1400 ºC) due to the soft nature of the glassy-matrix.

Mouse alarm pheromone shares structural similarity with predator scents.

Sensing the chemical warnings present in the environment is essential for species survival. In mammals, this form of danger communication occurs via the release of natural predator scents that can involuntarily warn the prey or by the production of alarm pheromones by the stressed prey alerting its conspecifics. Although we previously identified the olfactory Grueneberg ganglion as the sensory organ through which mammalian alarm pheromones signal a threatening situation, the chemical nature of these cues remains elusive. We here identify, through chemical analysis in combination with a series of physiological and behavioral tests, the chemical structure of a mouse alarm pheromone. To successfully recognize the volatile cues that signal danger, we based our selection on their activation of the mouse olfactory Grueneberg ganglion and the concomitant display of innate fear reactions. Interestingly, we found that the chemical structure of the identified mouse alarm pheromone has similar features as the sulfur-containing volatiles that are released by predating carnivores. Our findings thus not only reveal a chemical Leitmotiv that underlies signaling of fear, but also point to a double role for the olfactory Grueneberg ganglion in intraspecies as well as interspecies communication of danger.

Postglacial paleoecology and effects of European settlement on the environment of Lake Hunger and Lake Lisgar, Southwestern Ontario /

This investigation has three purposes I to make a comparative chemical study on sediment cores collected for Lake Lisgar (man-made lake in an urban center) and Lake Hunger (natural basin in a rural community) encompassing the time since European settlement I to determine the postglacial chemical history of Lake Hunger, and to determine the vegetational history of the Lake Hunger area from postglacial time to the present. The minus 80 mesh fraction of 108 soil samples and 18 stream sediment samples collected in the vicinity of Lakes' Lisgar and Hunger were analyzed for cold hydrochloric acid soluble lead, zinc, nickel, cobalt, copper, aluminum, sodium, potassium, calcium, magnesium, iron and manganese. Lacustrine sediments from 5 boreholes in the Lake Lisgar basin were collected. Boreholes 1, 2, 3, and 4 were analyzed for palynological and chemical information and Borehole 5 was subjected to pollen and ostracode analysis. Lacustrine sediments from 6 boreholes in the Lake Hunger basin were collected. Palyno- -logical and chemical analysis were performed on Boreholes 1, 2, 3, 4, and 6 and Borehole 5 was analyzed for pollen. In addition, radiocarbon dates were obtained on sediment samples from Boreholes 4 and 5. A total of 8 surface samples were collected from the margins of the Lake Hunger basin and these were chemically analyzed in the laboratory. All of the lacustrine sediments were ashed and analyzed for cold hydrochloric acid soluble lead, zinc, nickel, cobalt, copper, aluminum, sodium, potassium, calcium, magnesium, iron and manganese using a Perkin Elmer 40) Atomic Absorption spectrophotometer. The results . obtained for the 12 elements were expressed as parts per million in dry sediments. It was found that man's influence on the element distribution patterns in the sediments of Lake Lisgar appeared to be related to his urbanizing developments within the lake vicinity, whereas, the rural developments in the vicinity of lake Hunger appeared to have had little effect on the element distribution patterns in the lake sediments. The distribution patterns of lead, zinc, nickel, cobalt, aluminum, magnesium, sodium and potassium are similar to the % ash curve throughout postglacial time indicating that the rate of erosion in the drainage basin is the main factor which controls the concentration of these elements in the sediments of Lake Hunger. The vegetational history, from palynological analysis, of Lake Hunger from postglacial time to the present includes the following stages: tundra, open spruce forest, closed boreal forest, deciduous forest and the trend towards the re-establishment of pine following the clearing of land and the subsequent settlement of the Lake Hunger area by European settlers. The concentrations of some elements (cobalt, nickel, iron, manganese, calcium, magnesium, sodium and potassium) in the sediments of Lake Hunger appears to be higher during pre-cultural compared to post-cultural times. At least one complete postglacial record of the chemical history within a lake basin is necessary in order to accurately assess man's effects on his environment.

Using GPS, GIS & remote sensing to understand Niagara Terroir : Pinot noir in the Four Mile Creek & St. David's Bench sub-appellations

The relationships between vine water status, soil texture, and vine size were observed in four Niagara, Ontario Pinot noir vineyards in 2008 and 2009. The vineyards were divided into water status zones using geographic information systems (GIS) software to map the seasonal mean midday leaf water potential (,P), and dormant pruning shoot weights following the 2008 season. Fruit was harvested from all sentinel vines, bulked by water status zones and made into wine. Sensory analysis included a multidimensional sorting (MDS) task and descriptive analysis (DA) of the 2008 wines. Airborne multispectral images, with a spatial resolution of 38 cm, were captured four times in 2008 and three times in 2009, with the final flights around veraison. A semi-automatic process was developed to extract NDVI from the images, and a masking procedure was identified to create a vine-only NDVI image. 2008 and 2009 were cooler and wetter than mean years, and the range of water status zones was narrow. Yield per vine, vine size, anthocyanins and phenols were the least consistent variables. Divided by water status or vine size, there were no variables with differences between zones in all four vineyards in either year. Wines were not different between water status zones in any chemical analysis, and HPLC revealed that there were no differences in individual anthocyanins or phenolic compounds between water status zones within the vineyard sites. There were some notable correlations between vineyard and grape composition variables, and spatial trends were observed to be qualitatively related for many of the variables. The MDS task revealed that wines from each vineyard were more affected by random fermentation effects than water status effects. This was confirmed by the DA; there were no differences between wines from the water status zones within vineyard sites for any attribute. Remotely sensed NDVI (normalized difference vegetation index) correlated reasonably well with a number of grape composition variables, as well as soil type. Resampling to a lower spatial resolution did not appreciably affect the strength of correlations, and corresponded to the information contained in the masked images, while maintaining the range of values of NDVI. This study showed that in cool climates, there is the potential for using precision viticulture techniques to understand the variability in vineyards, but the variable weather presents a challenge for understanding the driving forces of that variability.

Standardization of cytokine flow cytometry assays

Affiliation: Faculté de médecine, Université de Montréal & CANVAC

La désaturation cérébrale lors d’une chirurgie thoracique : son incidence et sa corrélation avec les complications post opératoires

La ventilation unipulmonaire (SLV; Single Lung Ventilation) pendant les chirurgies thoraciques entraîne des altérations cardio-pulmonaires et hémodynamiques importantes. L’objectif de ce projet de recherche consiste à étudier l’impact de la SLV sur l’oxymétrie cérébrale et sa relation avec les complications post opératoires. La première étude inclut vingt patients ayant subi une chirurgie thoracique nécessitant une SLV. L’oxymétrie a été mesurée à l’aide de l’oxymètre cérébral absolu FORESIGHTTM (CASMED, USA) afin d’étudier les changements de la saturation cérébrale absolue (SctO2) tout le long de la chirurgie. La SctO2 ainsi que les paramètres de monitorage standard (BIS, SpO2, pression sanguine, fréquence cardiaque) ont été notés à toutes les cinq minutes à partir de l’induction jusqu’au réveil. Une analyse sanguine (paO2, paCO2, Hb) a été effectuée à toutes les quinze minutes. La deuxième étude effectuée consistait d’étudier la relation entre la désaturation cérébrale en oxygène et les complications post opératoires. Pour cette fin, les scores Clavien et SOFA mesurant l’amplitude des complications, ont été établis pour chaque patient. Les données sont présentées sous forme de moyenne et de la médiane [1er quartile, 3ème quartile; min – max]. Les vingt patients de la première étude ont montré une valeur moyenne absolue de saturation cérébrale absolue (SctO2) de 80% avant l’induction. Durant la SLV, cette valeur a chuté jusqu’à 63% et est remontée à 71% directement après extubation. Tous ces patients ont subi une désaturation durant SLV de plus que 15% comparativement à la valeur de base et 70% ont eu une désaturation de plus de 20%. La désaturation n’a pas été corrélée avec aucun des paramètres de monitorage clinique standard comme la pression artérielle, les analyses des gaz artériels, la saturation périphérique ou la PaO2. La deuxième étude incluant trente autres patients aux vingt premiers, est venue confirmer les résultats de la première étude. De plus, une analyse de corrélation entre les valeurs minimales de SctO2 obtenues durant SLV et les complications post opératoires a été effectuée. Les patients avaient une SctO2 de base de 80%, qui a chuté jusqu’à 64% pendant la SLV pour récupérer à 71% avant la fin de la chirurgie. 82% des patients ont subi des désaturations de plus de 15% des valeurs initiales et 10% ont atteint des valeurs de SctO2 entre 45 et 55%. Les valeurs minimales de SctO2 observées durant la SLV corrélaient avec le score SOFA non respiratoire (R2=0,090, p=0,0287) ainsi qu’avec le score Clavien (R2=0,098, p=0,0201), mais ne corrélait avec aucun des paramètres cliniques standards (ex : SpO¬2, PaO2, PaCO2, Hb). En définissant une valeur seuil de SctO2=65%, le «Odds ratio» d’avoir une défaillance d’organe non respiratoire est de 2.37 (IC 95%=1,18 – 4,39, p=0,043) et d’avoir une complication classifiée supérieure à un score Clavien de 0 est de 3,19 (IC 95%=1,6 – 6,34, p=0,0272). Les chirurgies thoraciques avec une SLV sont associées à des chutes significatives de SctO2, et les valeurs minimales de SctO2 semblent avoir une corrélation positive avec les complications post opératoires.

La caractérisation chimique de cherts du Bas-Saint-Laurent et de la Gaspésie : vers le développement d’une méthode d’analyse non destructrice

En raison de la grande résolution des photographies des échantillons, celles-ci se trouvent dans un fichier complémentaire, puisque les conditions de forme imposées ne permettaient pas l'affichage intégral de ces images au sein du mémoire.