Métodos "verdes" de produção de nanomateriais que promovem nanotecnologias sustentáveis

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Química

Estudo sobre a qualidade da autorregulação do bebé na situação face-to-face-still-face com o pai

Dissertação apresentada à Escola Superior de Educação de Lisboa para obtenção do grau de Mestre em Ciências da Educação Especialidade Intervenção Precoce

ECO: argamassas de cal hidráulica para reabilitação de edifícios

Dissertação de Natureza Científica para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil na Área de Especialização de Edificações

Projeto de uma unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico pela via supercrítica

A concretização deste estágio na INCBIO teve como principal objetivo o projeto e dimensionamento de uma unidade de produção de biodiesel por transesterificação nãocatalítica num reator ultrassónico com condições supercríticas de pressão e temperatura. Com vista à concretização do trabalho, iniciou-se a realização do estudo do estado da arte relativo à produção de biodiesel, com particular enfoque na produção de biodiesel por via catalítica e por via supercrítica e na produção de biodiesel com uso de tecnologia ultrassónica. Conclui-se que nenhum estudo contempla a combinação simultânea da produção de biodiesel por via supercrítica através da tecnologia ultrassónica. Este estudo do estado da arte permitiu ainda definir as condições de temperatura, pressão e rácio mássico (250 °C, 95 bar e 1:1 respetivamente) a considerar no projeto da unidade de produção de biodiesel deste trabalho. Com base no estudo do estado da arte efetuado e com base nas características da matéria procedeu-se à definição do processo de produção de biodiesel. Para a definição do processo começou-se por elaborar o diagrama de blocos do processo (BFD) e o diagrama de fluxo do processo (PFD). Com base nos diagramas e na composição da matéria-prima, procedeu-se à quantificação dos reagentes (metanol) com base na estequiometria das reações envolvidas e ao cálculo do balanço de massa. O balanço de massa foi calculado com base na estequiometria das reações envolvidas e foi também calculado através do software de simulação ASPEN PLUS. Após o cálculo do balanço de massa elaborou-se o diagrama de tubulação e instrumentação (P&ID), que contém todos os equipamentos, válvulas, instrumentação e tubagens existentes na unidade. Após a definição do processo e cálculo do balanço de massa procedeu-se ao dimensionamento mecânico e cálculo hidráulico dos tanques, tubagem, bombas, permutador de calor, reator ultrassónico, válvulas de controlo e instrumentação de acordo com as normas ASME. Nesta fase do trabalho foram consultados diversos fornecedores possíveis para a compra de todo o material necessário. O dimensionamento mecânico e cálculo hidráulico efetuados permitiram, entre outras informações relevantes, obter as dimensões necessárias à construção do layout e à elaboração do desenho 3D. Com os resultados obtidos e desenhos elaborados, é possível avançar com a construção da unidade, pelo que pode-se inferir que o objetivo de projetar uma unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas foi alcançado. Por fim, efetuou-se uma análise económica detalhada que possibilita a comparação de uma unidade de produção de biodiesel por via catalítica (unidade de produção da INCBIO) com a unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas (unidade projetada neste trabalho). Por questões de confidencialidade, não foram revelados maior parte dos resultados da análise económica efetuada. No entanto, conclui-se que os custos de construção da unidade de produção de biodiesel num reator ultrassónico com condições supercríticas são mais baixos cerca de 35 a 40%, quando comparados com os custos de construção da unidade de produção de biodiesel por via catalítica, evidenciando assim que a combinação em simultâneo das condições supercríticas com a tecnologia ultrassónica possibilita a diminuição dos custos de produção.

Physicochemical aspects and efficiency of albuterol nebulization: comparison of three aerosol types in an in vitro pediatric model.

BACKGROUND: Advances in nebulizer design have produced both ultrasonic nebulizers and devices based on a vibrating mesh (vibrating mesh nebulizers), which are expected to enhance the efficiency of aerosol drug therapy. The aim of this study was to compare 4 different nebulizers, of 3 different types, in an in vitro model using albuterol delivery and physical characteristics as benchmarks. METHODS: The following nebulizers were tested: Sidestream Disposable jet nebulizer, Multisonic Infra Control ultrasonic nebulizer, and the Aerogen Pro and Aerogen Solo vibrating mesh nebulizers. Aerosol duration, temperature, and drug solution osmolality were measured during nebulization. Albuterol delivery was measured by a high-performance liquid chromatography system with fluorometric detection. The droplet size distribution was analyzed with a laser granulometer. RESULTS: The ultrasonic nebulizer was the fastest device based on the duration of nebulization; the jet nebulizer was the slowest. Solution temperature decreased during nebulization when the jet nebulizer and vibrating mesh nebulizers were used, but it increased with the ultrasonic nebulizer. Osmolality was stable during nebulization with the vibrating mesh nebulizers, but increased with the jet nebulizer and ultrasonic nebulizer, indicating solvent evaporation. Albuterol delivery was 1.6 and 2.3 times higher with the ultrasonic nebulizer and vibrating mesh nebulizers devices, respectively, than with the jet nebulizer. Particle size was significantly higher with the ultrasonic nebulizer. CONCLUSIONS: The in vitro model was effective for comparing nebulizer types, demonstrating important differences between nebulizer types. The new devices, both the ultrasonic nebulizers and vibrating mesh nebulizers, delivered more aerosolized drug than traditional jet nebulizers.

Neurophysiological origin of human brain asymmetry for speech and language.

The physiological basis of human cerebral asymmetry for language remains mysterious. We have used simultaneous physiological and anatomical measurements to investigate the issue. Concentrating on neural oscillatory activity in speech-specific frequency bands and exploring interactions between gestural (motor) and auditory-evoked activity, we find, in the absence of language-related processing, that left auditory, somatosensory, articulatory motor, and inferior parietal cortices show specific, lateralized, speech-related physiological properties. With the addition of ecologically valid audiovisual stimulation, activity in auditory cortex synchronizes with left-dominant input from the motor cortex at frequencies corresponding to syllabic, but not phonemic, speech rhythms. Our results support theories of language lateralization that posit a major role for intrinsic, hardwired perceptuomotor processing in syllabic parsing and are compatible both with the evolutionary view that speech arose from a combination of syllable-sized vocalizations and meaningful hand gestures and with developmental observations suggesting phonemic analysis is a developmentally acquired process.

A temporal hierarchy for conspecific vocalization discrimination in humans.

The ability to discriminate conspecific vocalizations is observed across species and early during development. However, its neurophysiologic mechanism remains controversial, particularly regarding whether it involves specialized processes with dedicated neural machinery. We identified spatiotemporal brain mechanisms for conspecific vocalization discrimination in humans by applying electrical neuroimaging analyses to auditory evoked potentials (AEPs) in response to acoustically and psychophysically controlled nonverbal human and animal vocalizations as well as sounds of man-made objects. AEP strength modulations in the absence of topographic modulations are suggestive of statistically indistinguishable brain networks. First, responses were significantly stronger, but topographically indistinguishable to human versus animal vocalizations starting at 169-219 ms after stimulus onset and within regions of the right superior temporal sulcus and superior temporal gyrus. This effect correlated with another AEP strength modulation occurring at 291-357 ms that was localized within the left inferior prefrontal and precentral gyri. Temporally segregated and spatially distributed stages of vocalization discrimination are thus functionally coupled and demonstrate how conventional views of functional specialization must incorporate network dynamics. Second, vocalization discrimination is not subject to facilitated processing in time, but instead lags more general categorization by approximately 100 ms, indicative of hierarchical processing during object discrimination. Third, although differences between human and animal vocalizations persisted when analyses were performed at a single-object level or extended to include additional (man-made) sound categories, at no latency were responses to human vocalizations stronger than those to all other categories. Vocalization discrimination transpires at times synchronous with that of face discrimination but is not functionally specialized.

Immersioultraäänitutkimuksen kehittäminen

Teräksenvalmistajilta edellytetään jatkuvasti panostusta laadun ja laadunvarmistuksen kehittämiseen. Teräksen laatu ja puhtaus korostuvat varsinkin silloin, kun terästä käytetään vaativiin käyttökohteisiin, kuten autoteollisuuden tarpeisiin. Ultraäänitarkastusmenetelmää käytetään laadun-varmistuksessa teräksen sisävikojen etsimiseen. Ultraäänitarkastuksessa lähetetään suuritaajuuksista ääntä kappaleeseen. Ääni etenee materiaalissa ja heijastuu erilaisista epäjatkuvuuskohdista. Luotaimeen palaavaa ääntä analysoimalla saadaan tietoa teräksestä ja sen sisävioista. Ultraäänitarkastuksen ongelmana on vian tyypin määrittäminen hankaluus sekä herkkyys tutkittavan materiaalin aineominaisuuksille. Työn tavoitteena oli immersioultraäänitarkastuksen kehittäminen sovellettuna teräksenvalmistajan tarpeisiin. Materiaalin aineominaisuuksista tutkittiin seostuksen vaikutusta. Teräslajit tarkastettiin valssitilaisena, karkaistuna ja normalisoituna. Lisäksi tutkittiin kappaleen pinnankarheuden ja -muodon vaikutusta tarkastukseen. Vikatyyppien tunnistamisen mahdollisuuksia ultra-äänitarkastuksessa selvitettiin käyttäen FFT- taajuusanalyysiä. Erilailla lämpökäsitellyillä teräslajeilla näytti eniten tuloksiin vaikuttavan terästen raekoko. Valssitilaisilla teräksillä raekoko on suuri, jolloin ultraääni vaimenee voimakkaasti teräksessä. Huomattavaa kuitenkin oli, että mikäli lämpö-käsittelyillä ei teräksen raekokoa saada juuri pienennettyä, ei myöskään vaimeneminen vähene. Tämän vuoksi lämpökäsittely ei välttämättä ole aina tarpeellinen valmisteltaessa ultraääninäytteitä. Fourier’n taajuusanalyysissä huomattiin olevan eroavaisuuksia verrattaessa huokosista ja sulkeumista palaavien kaikujen taajuusspektrejä. Näiden tulosten perusteella näyttäisi olevan mahdollista käyttää FFT- menetelmää ultraääni-tarkastuksessa vikojen luokitteluun.

The effects of quinpirole in eliciting 50 kHz calls from the rat nucleus accumbens /

Fifty kHz rat vocalizations are theorized to reflect a positive affective state, and index the reward value of stimuli (Knutson, Burgdorf & Panksepp, 2002; Panksepp & Burgdorf, 2003; Brudzynski,2005). Previous studies have identified the neurochemical substrate of this behaviour to be dependent on dopaminergic activity at the nucleus accumbens shell (Burgdorf, Knutson, Panksepp & Ikemoto, 2001; Thompson, Leonard & Brudzynski, 2006). The utilization of d-amphetamine (a non-selective dopamine agonist) in these studies does not address the specific dopamine receptor types involved. The present study aims to identify the role of the D2- like family of receptors in the nucleus accumbens shell in the production of 50 kHz vocalizations in adult rats. Single injections of quinpirole in a saline vehicle were administered to the nucleus accumbens shell of 57 rats, and the number of 50 kHz vocalizations were recorded. An inverted V-shaped relationship was found between quinpirole dose (0.5 ~g, 3 ~g, 6 ~g, 1 0 ~g and 20 ~g, all in 0.2~1 saline) and the mean number of 50 kHz calls produced. Quinpirole successfully elicited significantly more 50 kHz calls than did a saline control at the 6 ~g dose, as did 7 ~g/0.2 ~l of d-amphetamine injections into the same brain site. To test whether a selective D2 antagonist could reverse elicited 50 kHz calling, double injections were given that used either saline or raclopride as a pretreatment before quinpirole injections. Saline followed by 6 ~g/0.2 ~l of quinpirole elicited significantly more 50 kHz vocalizations than did a double injection of saline, while pretreatment with an equimolar dose of raclopride reduced elicited calls to control levels. Raclopride was also used as a pretreatment of 7 ~g/0.2 ~l d-amphetamine, which elicited significantly fewer 50 kHz vocalizations than saline followed by amphetamine, replicating the finding of Thompson, Leonard & Brudzynski (2006).Subcutaneous injections of 0.5 mg/kg and 1.5 mg/kg of quinpirole produced a similar number of 50 kHz vocalizations as subcutaneous injection of saline. Wider dose ranges may be explored in fiiture research. Thus, direct activation of the Da-like receptors in the nucleus accumbens shell was sufficient to elicit 50 kHz vocalizations in adult rats, an effect which was reversed with selective local antagonism of Da-like receptors. The Da-like receptor family also appears necessary for pharmacological activation of 50 kHz calling, as d-amphetamine was no longer able to effectively elicit these vocalizations from the nucleus accumbens shell when the Da-receptor family was antagonized with raclopride. The acoustic parameters of elicited vocalizations remained typical of rat 50 kHz calls. Detailed analyses of the acoustic characteristics of elicited calls indicated significant increases in call duration and peak frequency across drug injection groups, particularly among quinpirole dose groups. The implications of these findings are not yet clear, but may represent an important direction for future research into the coding of semiotic content into affective signals in rats.

Immunohistochemical study of laterodorsal tegmental neurons active during 22kHz vocalization /

An ascending cholinergic projection, which originates in the laterodorsal tegmental nucleus (LDT), was implicated in the initiation of ultrasonic vocalization. The goal of this study was to histochemically examine the activity the LDT following ultrasonic calls induced by two methods. It was hypothesized that cholinergic LDT cells would be more active during air puffinduced vocalization than carbachol-induced one. Choline acetyltransferase (ChAT), and cFos protein were visualized histochemically as markers of cholinergic calls and cellular activity, respectively. Results indicated that animals vocalizing after carbachol, but not after air puff, had a significantly higher number of Fos labeled nuclei within the LDT than non vocalizing controls. A significantly higher number of doublelabeled neurons were discovered in the LDT of vocalizing animals (in both groups) as compared to control conditions. Thus, there were significantly more active cholinergic cells in the LDT of vocalizing than non-vocalizing rats for both methods of call induction.

Brillouin spectroscopy : measurement of elastic and photoelastic constants of some alkali holide crystals

The assembly and testing of apparatus for the measurement of elastic and photoelastic constants by Brillouin scattering, using a Fabry-Perot interferometer and with argon ion laser excitation is described. Such measurements are performed on NaCI, KBr and LiF using the A = 488.0 nm laser line. The elastic constants obtained here are in very good agreement with the ultrasonic data for all three materials. The discrepancy between ultrasonic and hypersonic sound velocities which was reported by some authors for KBr and LiF is not confirmed, and the elastic constants obtained for LiF are the most accurate to date. Also, the present photoelastic constants are in good agreement with the data obtained by ultrasonic techniques for all three crystals. The results for the KBr and LiF crystals constitute the first set of photoelastic constants obtained for these materials by Brillouin spectroscopy. Our results for LiF are the best available to date.

Functional analysis and treatment of OCD-related behaviour in a child with Autism Spectrum Disorder

Research indicates that Obsessive-Compulsive Disorder (OCD; DSM-IV-TR, American Psychiatric Association, 2000) is the second most frequent disorder to coincide with Autism Spectrum Disorder (ASD; Leyfer et aI., 2006). Excessive collecting and hoarding are also frequently reported in children with ASD (Berjerot, 2007). Although functional analysis (Iwata, Dorsey, Slifer, Bauman, & Richman, 1982/1994) has successfully identified maintaining variables for repetitive behaviours such as of bizarre vocalizations (e.g., Wilder, Masuda, O'Connor, & Baham, 2001), tics (e.g., Scotti, Schulman, & Hojnacki, 1994), and habit disorders (e.g., Woods & Miltenberger, 1996), extant literature ofOCD and functional analysis methodology is scarce (May et aI., 2008). The current studies utilized functional analysis methodology to identify the types of operant functions associated with the OCD-related hoarding behaviour of a child with ASD and examined the efficacy of function-based intervention. Results supported hypotheses of automatic and socially mediated positive reinforcement. A corresponding function-based treatment plan incorporated antecedent strategies and differential reinforcement (Deitz, 1977; Lindberg, Iwata, Kahng, and DeLeon, 1999; Reynolds, 1961). Reductions in problem behaviour were evidenced through use of a multiple baseline across behaviours design and maintained during two-month follow-up. Decreases in symptom severity were also discerned through subjective measures of treatment effectiveness.

Segmentation d’images intravasculaires ultrasonores

L'imagerie intravasculaire ultrasonore (IVUS) est une technologie médicale par cathéter qui produit des images de coupe des vaisseaux sanguins. Elle permet de quantifier et d'étudier la morphologie de plaques d'athérosclérose en plus de visualiser la structure des vaisseaux sanguins (lumière, intima, plaque, média et adventice) en trois dimensions. Depuis quelques années, cette méthode d'imagerie est devenue un outil de choix en recherche aussi bien qu'en clinique pour l'étude de la maladie athérosclérotique. L'imagerie IVUS est par contre affectée par des artéfacts associés aux caractéristiques des capteurs ultrasonores, par la présence de cônes d'ombre causés par les calcifications ou des artères collatérales, par des plaques dont le rendu est hétérogène ou par le chatoiement ultrasonore (speckle) sanguin. L'analyse automatisée de séquences IVUS de grande taille représente donc un défi important. Une méthode de segmentation en trois dimensions (3D) basée sur l'algorithme du fast-marching à interfaces multiples est présentée. La segmentation utilise des attributs des régions et contours des images IVUS. En effet, une nouvelle fonction de vitesse de propagation des interfaces combinant les fonctions de densité de probabilité des tons de gris des composants de la paroi vasculaire et le gradient des intensités est proposée. La segmentation est grandement automatisée puisque la lumière du vaisseau est détectée de façon entièrement automatique. Dans une procédure d'initialisation originale, un minimum d'interactions est nécessaire lorsque les contours initiaux de la paroi externe du vaisseau calculés automatiquement sont proposés à l'utilisateur pour acceptation ou correction sur un nombre limité d'images de coupe longitudinale. La segmentation a été validée à l'aide de séquences IVUS in vivo provenant d'artères fémorales provenant de différents sous-groupes d'acquisitions, c'est-à-dire pré-angioplastie par ballon, post-intervention et à un examen de contrôle 1 an suivant l'intervention. Les résultats ont été comparés avec des contours étalons tracés manuellement par différents experts en analyse d'images IVUS. Les contours de la lumière et de la paroi externe du vaisseau détectés selon la méthode du fast-marching sont en accord avec les tracés manuels des experts puisque les mesures d'aire sont similaires et les différences point-à-point entre les contours sont faibles. De plus, la segmentation par fast-marching 3D s'est effectuée en un temps grandement réduit comparativement à l'analyse manuelle. Il s'agit de la première étude rapportée dans la littérature qui évalue la performance de la segmentation sur différents types d'acquisition IVUS. En conclusion, la segmentation par fast-marching combinant les informations des distributions de tons de gris et du gradient des intensités des images est précise et efficace pour l'analyse de séquences IVUS de grandes tailles. Un outil de segmentation robuste pourrait devenir largement répandu pour la tâche ardue et fastidieuse qu'est l'analyse de ce type d'images.

Encapsulation de Dehalococcoides: avantage pour la déhalogénation des solvants chlorés en sites contaminés

Le tétrachloroéthène (PCE) et les éthènes chlorés qui lui sont apparentés ont été abondamment utilisés pour plusieurs applications en industrie dès le début du 20e siècle. Ils sont cependant comptés parmi les polluants les plus communs des sols et de l’eau et beaucoup d’efforts sont déployés afin de les éliminer. Nous croyons que la conversion des éthènes chlorés en éthènes par des microorganismes est une solution prometteuse. Le premier aspect du projet visait donc à établir les conditions pour lesquelles un consortium enrichi en Dehalococcoides ethenogenes permettrait la conversion complète de PCE en éthène. Les expériences réalisées nous ont permis de souligner le rôle de l’acide lactique ajouté aux cultures comme source de carbone et source indirecte d’électrons pour la déhalorespiration. Nous avons également pu établir l’effet de la concentration initiale de biomasse dans les cultures sur le profil de déhalogénation du PCE. Le deuxième aspect du projet visait à développer un protocole d’encapsulation du consortium dans une matrice polymérique afin de profiter des nombreux avantages potentiels de l’encapsulation. Nous avons testé trois montages d’encapsulation différents : atomisation avec jet d’air, atomisation avec vibrations ultrasoniques et « drop-wise ». Le dernier montage prévoyait l’encapsulation des cultures dans des billes d’alginate enrobées de chitosane gélifié par du lignosulfonate. C’est le seul montage qui nous a permis d’encapsuler le consortium de façon efficace sans effet significatifs négatifs sur son activité de déchlorination. Aussi, la comparaison des profils de déhalogénation du PCE de cellules encapsulées et cellules libres a montré une plus faible accumulation de TCE, 1,2-DCE et VC dans les échantillons de cellules encapsulée et, par conséquent, une conversion plus rapide et plus complète du PCE en éthène. Finalement, nous avons observé une tendance favorable à l’idée que les microorganismes encapsulés bénéficient d’un effet de protection contre de faibles concentrations d’oxygène.

Conditionnement de l’endothélium de l’artère pulmonaire par thérapie d’inhalation avant la circulation extracorporelle

La circulation extracorporelle (CEC) déclenche une réaction inflammatoire systémique, un dommage d’ischémie-reperfusion (I-R) et une dysfonction de l’endothélium dans la circulation pulmonaire. L’hypertension pulmonaire (HTP) est la conséquence de cette cascade de réactions. Cette HTP augmente le travail du ventricule droit et peut causer sa dysfonction, un sevrage difficile de la CEC et une augmentation des besoins de vasopresseurs après la chirurgie cardiaque. L’administration de milrinone et d’époprosténol inhalés a démontré une réduction de la dysfonction endothéliale dans l’artère pulmonaire. Le but de ce travail est d’évaluer différents types de nébulisateur pour l’administration de la milrinone et d’évaluer l’effet du traitement préventif de la combinaison de milrinone et époprosténol inhalés sur les résultats postopératoires en chirurgie cardiaque. Deux études ont été conduites. Dans la première, trois groupes de porcelets ont été comparés : (1) groupe milrinone avec nébulisateur ultrasonique ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée, (2) goupe milrinone avec nébulisateur à simple jet ; CEC et reperfusion précédées par 2,5 mg de milrinone inhalée et (3) groupe contrôle ; CEC et reperfusion sans traitement. Durant la procédure, les paramètres hémodynamiques, biochimiques et hématologiques ont été mesurés. Après sacrifice, la relaxation endothélium dépendante de l’artère pulmonaire à l’acétylcholine et à la bradykinine a été étudiée en chambres d’organe. Nous avons noté une amélioration de la relaxation de l’endothélium à la bradykinine et à l’acétylcholine dans le groupe avec inhalation de milrinone avec le nébulisateur ultrasonique. Dans la deuxième étude, une analyse rétrospective de 60 patients à haut risque chirurgical atteints d’HTP et opérés à l’Institut de Cardiologie de Montréal à été effectuée. Deux groupes ont été comparés : (1) 40 patients ayant reçu la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC (groupe traitement) et (2) 20 patients avec des caractéristiques préopératoires n’ayant reçu aucun traitement inhalé avant la CEC (groupe contrôle). Nous avons observé que les besoins en support pharmacologique vasoactif était réduit à 12 heures et à 24 heures postopératoires dans le groupe traitement. L’utilisation de la nébulisation ultrasonique a un impact favorable sur l’endothélium de l’artère pulmonaire après la CEC lorsque comparée à la nébulisation standard à simple jet. Le traitement préventif des patients atteints d’HTP avec la combinaison de milrinone et d’époprosténol inhalés avant la CEC est associé avec une diminution importante des besoins de support vasoactif aux soins intensifs dans les 24 premières heures après la chirurgie.