Convex Total Variation Denoising of Poisson Fluorescence Confocal Images With Anisotropic Filtering

Fluorescence confocal microscopy (FCM) is now one of the most important tools in biomedicine research. In fact, it makes it possible to accurately study the dynamic processes occurring inside the cell and its nucleus by following the motion of fluorescent molecules over time. Due to the small amount of acquired radiation and the huge optical and electronics amplification, the FCM images are usually corrupted by a severe type of Poisson noise. This noise may be even more damaging when very low intensity incident radiation is used to avoid phototoxicity. In this paper, a Bayesian algorithm is proposed to remove the Poisson intensity dependent noise corrupting the FCM image sequences. The observations are organized in a 3-D tensor where each plane is one of the images acquired along the time of a cell nucleus using the fluorescence loss in photobleaching (FLIP) technique. The method removes simultaneously the noise by considering different spatial and temporal correlations. This is accomplished by using an anisotropic 3-D filter that may be separately tuned in space and in time dimensions. Tests using synthetic and real data are described and presented to illustrate the application of the algorithm. A comparison with several state-of-the-art algorithms is also presented.

Multilayer Architectures Based on a-SiC:H Material: Tunable Wavelength Filters in Optical Processing Devices

The characteristics of tunable wavelength filters based on a-SiC:H multilayered stacked pin cells are studied both theoretically and experimentally. The optical transducers were produced by PECVD and tested for a proper fine tuning of the cyan and yellow fluorescent proteins emission. The active device consists of a p-i'(a-SiC:H)-n/p-i(a-Si:H)-n heterostructures sandwiched between two transparent contacts. Experimental data on spectral response analysis, current-voltage characteristics and color and transmission rate discrimination are reported. Cyan and yellow fluorescent input channels were transmitted together, each one with a specific transmission rate and different intensities. The multiplexed optical signal was analyzed by reading out, under positive and negative applied voltages, the generated photocurrents. Results show that the optimized optical transducer has the capability of combining the transient fluorescent signals onto a single output signal without losing any specificity (color and intensity). It acts as a voltage controlled optical filter: when the applied voltages are chosen appropriately the transducer can select separately the cyan and yellow channel emissions (wavelength and frequency) and also to quantify their relative intensities. A theoretical analysis supported by a numerical simulation is presented.

A novel flow cytometric protocol for assessment of yeast cell adhesion

Microbial adhesion is a field of recognized relevance and, as such, an impressive array of tools has been developed to understand its molecular mechanisms and ultimately for its quantification. Some of the major limitations found within these methodologies concern the incubation time, the small number of cells analyzed, and the operator's subjectivity. To overcome these aspects, we have developed a quantitative method to measure yeast cells' adhesion through flow cytometry. In this methodology, a suspension of yeast cells is mixed with green fluorescent polystyrene microspheres (uncoated or coated with host proteins). Within 2 h, an adhesion profile is obtained based on two parameters: percentage and cells-microsphere population's distribution pattern. This flow cytometry protocol represents a useful tool to quantify yeast adhesion to different substrata in a large scale, providing manifold data in a speedy and informative manner.

Use of a-SiC:H Semiconductor-Based Transducer for Glucose Sensing through FRET Analysis

Glucose sensing is an issue with great interest in medical and biological applications. One possible approach to glucose detection takes advantage of measuring changes in fluorescence resonance energy transfer (FRET) between a fluorescent donor and an acceptor within a protein which undergoes glucose-induced changes in conformation. This demands the detection of fluorescent signals in the visible spectrum. In this paper we analyzed the emission spectrum obtained from fluorescent labels attached to a protein which changes its conformation in the presence of glucose using a commercial spectrofluorometer. Different glucose nanosensors were used to measure the output spectra with fluorescent signals located at the cyan and yellow bands of the spectrum. A new device is presented based on multilayered a-SiC:H heterostructures to detect identical transient visible signals. The transducer consists of a p-i'(a-SiC:H)-n/p-i(a-Si:H)-n heterostructure optimized for the detection of the fluorescence resonance energy transfer between fluorophores with excitation in the violet (400 nm) and emissions in the cyan (470 nm) and yellow (588 nm) range of the spectrum. Results show that the device photocurrent signal measured under reverse bias and using appropriate steady state optical bias, allows the separate detection of the cyan and yellow fluorescence signals presented.

Detection of FRET signals with a wavelength sensitive device based on a-SiC:H

Glucose sensing is an issue with great interest in medical and biological applications. One possible approach to glucose detection takes advantage of measuring changes in fluorescence resonance energy transfer (FRET) between a fluorescent donor and an acceptor within a protein which undergoes glucose-induced changes in conformation. This demands the detection of fluorescent signals in the visible spectrum. In this paper we analyzed the emission spectrum obtained from fluorescent labels attached to a protein which changes its conformation in the presence of glucose using a commercial spectrofluorometer. Different glucose nanosensors were used to measure the output spectra with fluorescent signals located at the cyan and yellow bands of the spectrum. A new device is presented based on multilayered a-SiC:H heterostructures to detect identical transient visible signals. The transducer consists of a p-i'(a-SiC:H)-n/p-i(a-Si:H)-n heterostructure optimized for the detection of the fluorescence resonance energy transfer between fluorophores with excitation in the violet (400 nm) and emissions in the cyan (470 nm) and yellow (588 nm) range of the spectrum. Results show that the device photocurrent signal measured under reverse bias and using appropriate steady state optical bias, allows the separate detection of the cyan and yellow fluorescence signals. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Bat rabies in the north-northwestern regions of the state of São Paulo, Brazil: 1997-2002

OBJECTIVE: Reports on bat rabies in Brazil are sporadic and isolated. This study aimed at describing the detection of rabies virus in bats in the state of São Paulo. METHODS: A total of 7,393 bats from 235 municipalities of the north and northwestern areas of the state of São Paulo, Southeastern Brazil, were assessed according to their morphological and morphometric characteristics from 1997 to 2002. Fluorescent antibody test and mice inoculation were used for viral identification. RESULTS: Of all samples examined, 1.3% was rabies virus positive, ranging from 0.2% in 1997 to 1.6% in 2001. There were found 98 bats infected, 87 in the urban area. Fluorescent antibody test was detected in 77 positive samples, whereas 92 produced rabies signs in mice; incubation period ranging from 4 to 23 days. In 43 cities at least one rabid bat was observed. The highest proportion (33.7%) of rabies virus was found in Artibeus lituratus. Eptesicus and Myotis were the most frequent positive species (24.5%) of the Vespertilionidae family. The species Molossus molossus and Molossus rufus showed 14.3% positive bats. There were no differences in the distribution of positive rabies between females (33; 48.5%) and males (35; 51.5%). CONCLUSIONS: Rabies-infected bats were found in environments that pose a risk to both human and domestic animal population and there is a need for actions aiming at the control of these species and public education.

Optical processing devices based on a-SiCH multilayer architectures

Red, green and blue optical signals were directed to an a-SiC:H multilayered device, each one with a specific transmission rate. The combined optical signal was analyzed by reading out, under different applied voltages, the generated photocurrent. Results show that when a chromatic time dependent wavelength combination with different transmission rates irradiates the multilayered structure, the device operates as a tunable wavelength filter and can be used in wavelength division multiplexing systems for short range communications. An application to fluorescent proteins detection is presented. (C) 2010 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

Concepção e instalação de tabelas multifunções para recintos desportivos cobertos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica – Sistemas Eléctricos de Energia

Subunits of the chaperonin CCT are associated with Tetrahymena microtubule structures and are involved in cilia biogenesis

The cytosolic chaperonin CCT is a heterooligomeric complex of about 900 kDa that mediates the folding of cytoskeletal proteins. We observed by indirect immunofluorescence that the Tetrahymena TpCCTalpha, TpCCTdelta, TpCCTepsilon, and TpCCTeta-subunits colocalize with tubulin in cilia, basal bodies, oral apparatus, and contractile vacuole pores. TpCCT-subunits localization was affected during reciliation. These findings combined with atomic force microscopy measurements in reciliating cells indicate that these proteins play a role during cilia biogenesis related to microtubule nucleation, tubulin transport, and/or axoneme assembly. The TpCCT-subunits were also found to be associated with cortex and cytoplasmic microtubules suggesting that they can act as microtubule-associated proteins. The TpCCTdelta being the only subunit found associated with the macronuclear envelope indicates that it has functions outside of the 900 kDa complex. Tetrahymena cytoplasm contains granular/globular-structures of TpCCT-subunits in close association with microtubule arrays. Studies of reciliation and with cycloheximide suggest that these structures may be sites of translation and folding. Combined biochemical techniques revealed that reciliation affects the oligomeric state of TpCCT-subunits being tubulin preferentially associated with smaller CCT oligomeric species in early stages of reciliation. Collectively, these findings indicate that the oligomeric state of CCT-subunits reflects the translation capacity of the cell and microtubules integrity.

Análise e optimização dos consumos de utilidades (vapor e energia eléctrica) na Petibol – Embalagens de Plásticos, S.A.

Mestrado em Engenharia Química. Ramo optimização energética na indústria química.

Efeito das condições ambientais na produtividade lipídica da Dunaliella tertiolecta

Este trabalho teve como objectivo a optimização das condições de crescimento de biomassa algal tendo em vista a sua utilização como fonte de lípidos para biocombustíveis. Assim, procedeu-se à inoculação de duas estirpes, a Dunaliella tertiolecta (água salgada) e a Tetraselmis subcordiformis (água salobra), seleccionando-se a Dunaliella tertiolecta uma vez que esta apresentou um crescimento mais rápido. Escolhida a estirpe a usar, avaliou-se a influência da composição do meio de cultura da espécie, variando-se a concentração de macronutrientes (Magnésio, Potássio, Azoto, Fósforo) e de micronutrientes (Manganês, Zinco, Ferro, Cobalto) presentes no meio em 10 e 20 vezes, comparativamente à do meio de cultura padrão, o meio Artificial Seawater Medium with Vitamins. Avaliou-se o crescimento algal, a uma temperatura de 25 ºC ± 2 ºC, com uma intensidade de iluminação de 5000 lux (lâmpadas luz dia) e fotoperíodos 12:12 h, controlando possíveis contaminações nas culturas em estudo. Para os ensaios realizados com a Dunaliella tertiolecta, os melhores resultados para a produtividade média e máxima de biomassa, 63,06 mgbiomassa seca/L.dia e 141,79 mgbiomassa seca/L.dia, respectivamente, foram obtidos no ensaio em que se fez variar 10 vezes a concentração de azoto (sob a forma de nitrato). Os resultados mais satisfatórios para o teor lípidico e para a produtividade lipídica máxima, 33,45% e 47,43 mgóleo/L.dia respectivamente, também foram obtidos no ensaio em que se fez variar 10 vezes a concentração de azoto (sob a forma de nitrato), (com extracção dos lípidos usando o método de Bligh e Dyer). Foram testados dois solventes para a extracção de lipídos, o clorofórmio e o hexano, tendose obtido resultados superiores com o clorofórmio, comparativamente aos obtidos quando se usou hexano, com excepção do ensaio em que se aumentou 20 vezes a concentração de fósforo no meio de cultura das microalgas. Verificou-se que, em todos os ensaios foi atingido o estado estacionário sensivelmente na mesma altura, isto é, decorridos cerca de 25 dias após o início do estudo, excepto os ensaios em que se fez variar a concentração de cobalto, para os quais as culturas não se adaptaram às alterações do meio, acabando por morrer passados 15 dias. A adição dos macronutrientes e micronutrientes usados nos ensaios, nas quantidades testadas, não influenciou significativamente a produtividade lipídica, com excepção do azoto e ferro. Conclui-se que o aumento da concentração de azoto para 10x o valor padrão potencia o aumento da produtividade lipídica máxima para mais do dobro (3,6 vezes – Padrão: 13,25 mgóleo/L.dia; 10x N: 47,43 mgóleo/L.dia) e que o aumento da concentração de ferro para 10x o valor padrão potencia o aumento da produtividade lipídica máxima para aproximadamente o dobro (1,9 vezes - Padrão: 14,61 mgóleo/L.dia; 10x Fe: 28,04 mgóleo/L.dia). Nos ensaios realizados com adição de azoto ou ferro, os resultados obtidos para a concentração, teor lípidico e produtividade lipídica máxima, foram sempre superiores aos do padrão correspondente, pelo que se pode concluir que estes ensaios se apresentam como os mais promissores deste estudo, embora o ensaio mais satisfatório tenha sido aquele em que se promoveu a alteração da concentração de azoto para 10 vezes o valor padrão.

Modelação do transporte e dispersão de um marcador corado no Rio Febros

O rio Febros é um pequeno curso de água, situado no concelho de Vila Nova de Gaia, com cerca de 15 km de extensão, cuja bacia hidrográfica ocupa uma área de aproximadamente 35,4 km2. Nasce em Seixezelo e desagua na margem esquerda do Rio Douro no Cais do Esteiro, em Avintes. Em Maio de 2008, um acidente de viação teve como consequência o derrame de cerca de quatro toneladas de ácido clorídrico que rapidamente convergiu às águas do rio. Apenas um dia depois, o pH desceu para três e muitos foram os peixes que morreram. A solução adoptada para evitar o desaire foi introduzir milhares de litros de água de modo a diluir o ácido presente, ao longo de todo o curso de água. Tal facto não evitou a destruição de parte de um ecossistema, que ainda nos dias de hoje se encontra em recuperação. De forma a avaliar-se o impacto destas possíveis perturbações sejam estas de origem antropogénica ou natural é necessário possuir conhecimentos dos processos químicos tais como a advecção, a mistura devida à dispersão e a transferência de massa ar/água. Estes processos irão determinar o movimento e destino das substâncias que poderão ser descarregadas no rio. Para tal, recorrer-se-á ao estudo hidrogeométrico do curso de água assim como ao estudo do comportamento de um marcador, simulando uma possível descarga. A rodamina WT será o marcador a ser utilizado devido à panóplia de características ambientalmente favoráveis. Os estudos de campo com este corante, realizados em sequência de descarga previamente estudada, fornecem uma das melhores fontes de informação para verificação e validação de modelos hidráulicos utilizados em estudos de qualidade de águas e protecção ambiental. Escolheram-se dois pontos de descarga no Febros, um em Casal Drijo e outro no Parque Biológico de Gaia, possuindo cada um deles, a jusante, duas estações de monitorização. Pelo modelo ADE os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,3622; 0,5468; 1,6832 e 1,7504 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0633; 0,0684; 0,1548 e 0,1645 m/s. Quanto ao modelo TS, os valores obtidos para o coeficiente de dispersão longitudinal para as estações Pontão d’ Alheira, Pinheiral, Menesas e Giestas foram, respectivamente, 0,2339; 0,1618; 0,5057e 1,1320 m2/s. Para a mesma sequência de estações, os valores da velocidade de escoamento obtidos neste trabalho experimental foram de 0,0652; 0,0775; 0,1891 e 0,1676 m/s. Os resultados foram ajustados por um método directo, o método dos momentos, e por dois métodos indirectos, os modelos ADE e TS. O melhor ajuste corresponde ao modelo TS onde os valores do coeficiente de dispersão longitudinal e da velocidade de escoamento são aqueles que melhor se aproximam da realidade. Quanto ao método dos momentos, o valor estimado para a velocidade é de 0,162 m/s e para o coeficiente de dispersão longitudinal de 9,769 m2/s. Não obstante, a compreensão da hidrodinâmica do rio e das suas características, bem como a adequação de modelos matemáticos no tratamento de resultados formam uma estratégia de protecção ambiental inerente a futuros impactos que possam suceder.

“Papel dos recetores purinérgicos no crescimento e temodelação do tecido cavernoso”

A adenosina é um nucleósido ubíquo envolvido na regulação de controlo do tónus vascular do tecido cavernoso, desempenhando um papel importante na fisiopatologia da Disfunção Erétil (DE) resistente aos fármacos relaxantes musculares clássicos. Apesar da importância comprovada dos recetores da adenosina na fisiopatologia da DE no homem, pouca informação é conhecida no que diz respeito à expressão e localização dos recetores purinérgicos no Tecido Cavernoso de Ratazana (TCR). Neste trabalho avaliou-se o fenótipo dos recetores purinérgicos responsáveis pela regulação do tónus do tecido erétil de ratazana por imunofluorescência indireta aplicada à microscopia confocal em co-culturas de células endoteliais e musculares lisas do TCR. Para além da caracterização imunofenotípica, desenvolveu-se uma técnica que permite diferenciar funcionalmente em tempo real (por microscopia confocal funcional) células musculares lisas e células endoteliais isoladas de TCR em co-cultura marcadas com a sonda fluorescente Fluo-4NW. Esta técnica permite distinguir cada um dos subtipos celulares mediante o padrão e a magnitude das oscilações dos níveis intracelulares de Ca2+ ([Ca2+]i) em resposta ao ATP (agonista P2) e à fenilefrina (PE, agonista α-adrenérgico). Nas células musculares lisas, observou-se uma resposta mais acentuada ao agonista α-adrenérgico, PE, e uma resposta menos significativa ao ATP. O contrário foi observado relativamente às células endoteliais. A incubação das células musculares lisas e endoteliais com ATP (300 μM) causou um aumento dos níveis de [Ca2+]i. O efeito do ATP (300 μM) parece envolver a ativação de recetores dos subtipos P2X1 e P2X3 sensíveis ao bloqueio com NF023 (3μM) e A317491 (100 nM), respetivamente. Já o aumento dos níveis [Ca2+]i produzido pelo ADP (300 μM) parece envolver a ativação de recetores P2Y1, P2Y12 e P2Y13 mediante o antagonismo produzido pelos antagonistas MRS 2179 (0,3μM), AR-C66096 (0,1 μM) e MRS 2211 (10μM), respetivamente. Os dois tipos celulares expressam imunorreatividade contra recetores A2A, A2B, P2X1, P2X3, P2Y1, P2Y12 e P2Y13.

Viability of the use of thin-film A-SiC:H photodiodes for protein identification

In this paper, we present a multilayer device based on a-Si:H/a-SiC:H that operates as photodetector and optical filter. The use of such device in protein detection applications is relevant in Fluorescence Resonance Energy Transfer (FRET) measurements. This method demands the detection of fluorescent signals located at specific wavelengths bands in the visible part of the electromagnetic spectrum. The device operates in the visible range with a selective sensitivity dependent on electrical and optical bias. Several nanosensors were tested with a commercial spectrophotometer to assess the performance of FRET signals using glucose solutions of different concentrations. The proposed device was used to demonstrate the possibility of FRET signals detection, using visible signals of similar wavelength and intensity. The device sensitivity was tuned to enhance the wavelength band of interest using steady state optical bias at 400 nm. Results show the ability of the device to detect signals in this range. © 2014 WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

Cooperative effects in the detection of a nitroaliphatic liquid explosive and na explosive taggant in the vapor phase by calix[4]arene-based carbazole-containing conjugated polymers

Two fluorescent molecular receptor based conjugated polymers were used in the detection of a nitroaliphatic liquid explosive (nitromethane) and an explosive taggant (2,3-dimethyl-2,3-dinitrobutane) in the vapor phase. Results have shown that thin films of both polymers display remarkably high sensitivity and selectivity toward these analytes. Very fast, reproducible, and reversible responses were found. The unique behavior of these supramolecular host systems is ascribed to cooperativity effects developed between the calix[4] arene hosts and the phenylene ethynylene-carbazolylene main chains. The calix[4]-arene hosts create a plethora of host-guest binding sites along the polymer backbone, either in their bowl-shaped cavities or between the outer walls of the cavity, to direct guests to the area of the transduction centers (main chain) at which favorable photoinduced electron transfer to the guest molecules occurs and leads to the observed fluorescence quenching. The high tridimensional porous nature of the polymers imparted by the bis-calixarene moieties concomitantly allows fast diffusion of guest molecules into the polymer thin films.