Development of a novel immunobiosensor method for the rapid detection of okadaic acid contamination in shellfish extracts

The mouse bioassay is the methodology that is most widely used to detect okadaic acid (OA) in shellfish samples. This is one of the best-known toxins, and it belongs to the family of marine biotoxins referred to as the diarrhetic shellfish poisons (DSP). Due to animal welfare concerns, alternative methods of toxin detection are being sought. A rapid and specific biosensor immunoassay method was developed and validated for the detection of OA. An optical sensor instrument based on the surface plasmon resonance (SPR) phenomenon was utilised. A polyclonal antibody to OA was raised against OA-bovine thyroglobulin conjugate and OA-N-hydroxy succinimide ester was immobilised onto an amine sensor chip surface. The assay parameters selected for the analysis of the samples were: antibody dilution, 1/750; ratio of antibody to standard, 1:1; volume of sample injected, 25 mu l min(-1); flow rate, 25 mu l min(-1). An assay action limit of 126 ng g(-1) was established by analysing of 20 shellfish samples spiked with OA at the critical concentration of 160 ng g(-1), which is the action limit established by the European Union (EU). At this concentration of OA, the assay delivered coefficient of variations (CVs) of

Oxygen indicators and intelligent inks for packaging food

The detection of oxygen using optical sensors is of increasing interest, especially in modified atmosphere food packaging (MAP), in which the package, usually containing food, is flushed with a gas, such as carbon dioxide or nitrogen. This tutorial review examines the ideal properties of an oxygen optical sensor for MAP and compares them with those developed to date, including the most recent advances. The basic technologies underpinning the different indicator types are described, examples given and their potential for application in MAP assessed. This tutorial review should be of interest to the MAP industry and researchers in optical sensors and oxygen sensing.

Polymerisable squaramide receptors for anion binding and sensing

A novel series of polymerisable squaramides has been synthesised in high yields using simple chemical reactions, and evaluated in the binding of anionic species. These vinyl monomers can be used as functional building blocks in co-polymerisations with a plethora of co-monomers or cross-linkers, grace to their compatibility with free-radical polymerisation reactions. Aromatic substituted squaramides were found to be the strongest receptors, while binding of certain anions was accompanied by a strong colour change, attributed to the de-protonation of the squaramide. The best performing squaramide monomers were incorporated in molecularly imprinted polymers (MIPs) targeting a model anion and their capacities and selectivity were evaluated by rebinding experiments. Polymers prepared using the new squaramide monomers were compared to urea based co-polymers, and were found to contain up to 80% of the theoretical maximum number of binding sites, an exceptionally high value compared to previous reports. Strong polymer colour changes were observed upon rebinding of certain anions, equivalent to those witnessed in solution, paving the way for application of such materials in anion sensing devices.



Graphical abstract: Polymerisable squaramide receptors for anion binding and sensing

Sensores ópticos para monitorização dinâmica de estruturas

O presente trabalho centra-se no desenvolvimento e aplicação de sensores de aceleração ópticos, baseados em redes de Bragg gravadas em fibras ópticas, para monitorização da integridade estrutural de estruturas de engenharia civil. Foram implementados dois acelerómetros uniaxiais e um acelerómetro biaxial. Recorreu-se a uma ferramenta de simulação baseada no método dos elementos finitos que permitiu optimizar, sem custos de produção, as características dos sensores, nomeadamente a sua frequência de ressonância. A caracterização dos sensores foi realizada em ambiente laboratorial e a sua resposta comparada com os resultados de simulação, de modo a validar os modelos numéricos. A aplicabilidade e demonstração de conceito foram realizadas na monitorização de estruturas com testes de campo. Foi monitorizado um teste destrutivo de uma parede de adobe, construída à escala real no Departamento de Engenharia Civil da Universidade de Aveiro, onde foram utilizados sensores estáticos e dinâmicos baseados em redes de Bragg gravadas em fibra óptica. Foram realizadas medidas dinâmicas na ponte pedonal do Campus Universitário da Universidade de Aveiro, onde se compararam os resultados obtidos com os sensores ópticos com resultados de sensores electrónicos comerciais. O acelerómetro biaxial foi testado na monitorização de estruturas esbeltas, nomeadamente na monitorização de duas torres de telecomunicações móveis, onde se demonstrou a possibilidade da utilização de sensores ópticos na caracterização dinâmica deste tipo de estruturas. Outro tipo de estruturas de engenharia civil onde foi demonstrada a aplicabilidade dos sensores ópticos desenvolvidos na monitorização estrutural foram os reservatórios de água elevados. Foi realizada a monitorização dinâmica de um exemplo deste tipo de estruturas, localizado no Campus Universitário da Universidade de Aveiro. A monitorização foi realizada recorrendo ao sensor biaxial desenvolvido e a um sismógrafo, ficando o sensor óptico instalado na estrutura de modo a permitir futuras leituras e assim a monitorização periódica da estrutura. Foi ainda desenvolvido um sensor de humidade relativa do ar, com um material sol-gel, que permitiu registar o nível de humidade relativa no interior de blocos de betão, durante um ano. Este sensor pode ser incluído numa rede de sensores multiplexados, na caracterização e monitorização da integridade estrutural de certas estruturas de engenharia civil.

Sistema de reconhecimento de impressões digitais baseado em FPGA

Trabalho de Projeto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Telecomunicações

Development of chemical separation processes for the treatment and monitoring of metallic cations and oxoanions in polluted waters

The chemical contamination of natural waters is a global problem with a worldwide impact. Considering the relevance of this problem, this thesis is intended, on one hand, to develop different separation/preconcentration techniques based on membranes ability to permeate anions for the transport of toxic oxyanions of chromium(VI) and arsenic contained in aqueous matrices. In particular, we have investigated supported liquid membranes and polymer inclusion membranes, both of which contain the commercial quaternary ammonium salt Aliquat 336 as a carrier, as well as commercial anion exchange membranes. On the other hand, we have focused on the development of chemical sensors to facilitate the monitoring of several metals from different aqueous matrices. Thus, a selective optical sensor for Cr(VI) based on polymeric membranes containing Aliquat 336 as an ionophore has been designed. Additionally, mercury-based screen-printed electrodes have been evaluated for for cadmium, lead, copper and zinc detection.

Avaliação ambiental de manguezais adjacentes aos campos petrolíferos de Macau e Serra (RN), como subsídio às medidas mitigadoras ao processo erosivo

Among the various effects caused by the climate change and human intervention, the mangrove ecosystem changes through of the years has been worth mentioning, which hasn t known which are the pros and cons for the adjacent coastal and estuarine environments yet. It happens due to the present dynamism in these areas, besides of the difficult understanding of the processes associated with evolution. This study aimed to environmentally evaluate adjacent mangroves from the Macau and Serra oil fields, located on Rio Grande do Norte northern coast, to support the mitigating actions related to the containment of the erosive process, as well as, according to the principles of the Clean Development Mechanism (CDM), to assess the amount of atmospheric carbon sequestered by the studied ecosystem. An inventory was conducted through mangrouve mapping which has supplied this research, especially regarding to the structural characterization of mangrove areas. To understand the local mangrove behavior in a greater level detail, techniques of remote sensing, GIS and GPS were used to make an analogy between the current and past states of the mangrove studied, allowing to make anticipated projections for the future impacts or changes in that region. This study combined data from multispectral LANDSAT 5 TM, Landsat 7 ETM+ with radar microwave data from SAR RADARSAT-1, which increased the interpretation capacity of the data from optical sensor systems. The interpretations have been supported by the data field, representing a better and innovative methodology for the environmental and taxonomic characterization of mangrove forests considered. The results reveal that mangroves of the Ponta do Tubarão Sustainable Development Reserve are biologically representative areas and providing a variety of benefits, especially for local communities, constituting the priority sites for actions development aimed at conservation. They also have been showing the necessity to make mitigating measures in order to recover degraded areas through reforestation or creating new areas of mangrove, as currently 7.1% of the mangrove forests studied are dead or in an advanced state of decomposition. The amount of atmospheric carbon sequestered proved very significant when analyzed for the whole area, which is able to sequester atmospheric 4,294,458 Ton CO2 per year

Identificação do teor de nitrogênio foliar em cana-de-açúcar no estágio inicial de crescimento utilizando infravermelho próximo e sistemas inteligentes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Modelo teórico de sensores ópticos baseados em fibras com grade de Bragg

Ao se aplicar uma tração exterior a uma fibra óptica, seu índice de refração pode modificar devido ao efeito foto-elástico. Quando a fibra contém uma grade de Bragg inscrita em seu núcleo, além do índice de refração seu período espacial também modifica, permitindo sua aplicação como sensores ópticos de temperatura e/ou deformação de alta sensitvidade. Do ponto de vista teórico, até o presente a operação de sensores baseados em fibras ópticas com grade de Brag (FGB) é explicada pelo efeito foto-elástico, através de componentes adequadas do tensor foto-elástico de fibras de sílica dopadas com germânio (germano-silicatadas). Em praticamente toda a literatura previamente estudada, apenas este tipo de fibra óptica tem suas propriedades optomecânicas bem definidas, o que pode representar uma restrição. Nesta dissertação apresentamos uma formulação teórica alternativa para o estudo das propriedades de um sensor de deformação longitudinal baseado em fibra óptica com grade de Bragg (FGB) que não depende do conhecimento prévio das componentes do tensor foto-elástico, e que leva a resultados que dependem apenas da razão de Poisson da fibra, uma característica mecânica facilmente mensurável, e de seu índice de refração efetivo. Os resultados obtidos com este modelo apresentam ótima concordância com aqueles obtidos pelo modelo conhecido da literatura, além de permitir estimar o comportamento de outros parâmetros relacionados ao espectro de refletividade da FGB.

Proposta de gerenciamento de dados para monitoramento de saúde estrutural utilizando redes de sensores ópticos FBG

Devido às suas características únicas, redes de sensores ópticos têm encontrado aplicação em muitos campos, como em Engenharia Civil, Engenharia Geotécnica, Aeronáutica, Energia e Indústrias de Petróleo & Gás. Soluções de monitoramento baseadas nessa tecnologia têm se mostrado particularmente rentáveis e podem ser aplicadas às estruturas de grande porte, onde centenas de sensores devem ser implantados para medições a longo prazo de diferentes parâmetros mecânicos e físicos. Sensores baseados em Grades de Bragg em fibra (FBGs) são a solução mais comumente utilizada no Monitoramento de Saúde Estrutural (SHM) e as medições são realizadas por instrumentos especiais conhecidos como interrogadores ópticos. Taxas de aquisição cada vez mais elevadas têm sido possíveis utilizando interrogadores ópticos mais recentes, o que dá origem a um grande volume de dados cuja manipulação, armazenamento, gerenciamento e visualização podem demandar aplicações de software especiais. Este trabalho apresenta duas aplicações de software de tempo real desenvolvidas para esses fins: Interrogator Abstraction (InterAB) e Web-based System (WbS). As inovações neste trabalho incluem a integração, sincronização, independência, segurança, processamento e visualização em tempo real, e persistência de dados ou armazenamento proporcionados pelo trabalho conjunto das aplicações desenvolvidas. Os resultados obtidos durante testes em laboratório e ambiente real demonstraram a eficiência, robustez e flexibilidade desses softwares para diferentes tipos de sensores e interrogadores ópticos, garantindo atomicidade, consistência, isolamento e durabilidade dos dados persistidos pelo InterAB e apresentados pelo WbS.

Pressure distribution on the frontal disk for turbulent flows in a radial diffuser

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Mapeamento do índice de vegetação da diferença normalizada em lavoura de algodão

Os dados de sensoriamento remoto em campo podem fornecer informações detalhadas sobre a variabilidade de parâmetros biofísicos ligados à produtividade em grandes áreas e apresentam potencial para o monitoramento destes parâmetros, ao longo de todo o ciclo de desenvolvimento da cultura. Este trabalho objetivou mapear a variabilidade espacial do índice de vegetação da diferença normalizada (NDVI) e seus componentes, em duas lavouras comerciais de algodão (Gossipium hirsutum L.), utilizando sensor óptico ativo, em nível terrestre. Os dados foram coletados utilizando-se sensor instalado em um pulverizador autopropelido agrícola. Um receptor GPS foi acoplado ao sensor, para a obtenção das coordenadas dos pontos de amostragem. As leituras foram realizadas em faixas espaçadas em 21,0 m, aproveitando-se as passadas do veículo no momento da pulverização de agroquímicos, e os dados submetidos à análise estatística clássica e geoestatística. Mapas de distribuição espacial das variáveis foram elaborados pela interpolação por krigagem. Observou-se maior variabilidade espacial do NDVI e da reflectância espectral da vegetação na região do infravermelho próximo (IVP) (880 nm) e do visível (590 nm) na lavoura com maior estresse fisiológico, devido ao ataque do percevejo castanho [Scaptocoris castanea (Hem.: Cydnidae)], em relação à lavoura sadia.

Entwicklung, Aufbau und Messungen eines schnellen Eiskeimzählers

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neuer Eiskeimzähler FINCH (Fast Ice Nucleus CHamber) entwickelt und erste Messungen von verschiedenen Testaerosolen im Labor und atmosphärischem Aerosol durchgeführt. Die Aerosolpartikel bzw. Ice Nuclei IN werden bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und Übersättigungen in Bezug auf Eis zum Anwachsen zu Eiskristallen gebracht, um sie mittels optischer Detektion zu erfassen. In FINCH ist dies durch das Prinzip der Mischung realisiert, wodurch eine kontinuierliche Messung der IN-Anzahlkonzentration gewährleistet ist. Hierbei kann mit sehr hohen Sammelflussraten von bis zu 10 l/min gemessen werden. Ebenso ist ein schnelles Abfahren von verschiedenen Sättigungsverhältnissen in Bezug auf Eis in einem weiten Bereich von 0.9 - 1.7 bei konstanten Temperaturen bis zu −23 °C möglich. Die Detektion der Eiskristalle und damit der Bestimmung der IN-Anzahlkonzentration erfolgt über einen neu entwickelten optischen Sensor basierend auf der unterschiedlichen Depolarisation des zurückgestreuten Lichtes von Eiskristallen und unterkühlten Tropfen. In Labermessungen wurden Aktivierungstemperatur und -sättigungsverhältnis von Silberjodid AgI und Kaolinit vermessen. Die Resultate zeigten gute Übereinstimmungen mit Ergebnissen aus der Literatur sowie Parallelmessungen mit FRIDGE (FRankfurt Ice Deposition freezinG Experiment). FRIDGE ist eine statische Diffusionskammer zur Aktivierung und Auszählung von Eiskeimen, die auf einem Filter gesammelt wurden. Bei atmosphärischen Messungen auf dem Jungfraujoch(Schweiz) lagen die IN-Anzahlkonzentrationen mit bis zu 4 l−1 im Rahmen der aus der Literatur bekannten Werte. Messungen der Eiskristallresiduen von Mischwolken zeigten hingegen, dass nur jedes tausendste als Eiskeim im Depositionsmode aktiv ist. Hier scheinen andere Gefrierprozesse und sekundäre Eiskristallbildung von sehr großer Bedeutung für die Anzahlkonzentration der Eiskristallresiduen zu sein. Eine weitere Messung von atmosphärischem Aerosol in Frankfurt zeigte IN-Anzahlkonzentrationen bis zu 30 l−1 bei Aktivierungstemperaturen um −14 °C. Die parallele Probenahme auf Siliziumplättchen für die Messungen der IN-Anzahlkonzentration in FRIDGE ergaben Werte im gleichen Anzahlkonzentrationsbereich.

Evaluation of perpendicular reflection intensity for assessment of caries lesion activity/inactivity

The aim of this study was to evaluate, using visual assessment, an experimental optical sensor measuring perpendicular reflection intensity (PRI) as an indicator of enamel caries lesion activity/inactivity. Forty teeth with either an active or an inactive enamel lesion were selected from a pool of extracted teeth. Each tooth was cut into halves, with a clinically sound half and a half with a non-cavitated enamel lesion. After gentle plaque removal, the teeth were kept moistened. The lesions were then photographed and a defined measuring site per lesion was chosen and indicated with an arrow on a printout. Independently, the chosen site was visually assessed for lesion activity, and its glossiness was measured with PRI assessment. Surface roughness (SR) was assessed with optical profilometry using a confocal microscope. Visual assessment and PRI were repeated after several weeks and a reliability analysis was performed. For enamel lesions visually scored as active versus inactive, significantly different values were obtained with both PRI and SR. PRI values of the clinically sound control surfaces were significantly different only from active lesions. Generally, inactive lesions had the same glossiness and the same roughness as the sound control surfaces. The reliabilities for visual assessment (? = 0.89) and for PRI (ICC = 0.86) were high. It is concluded that, within the limits of this study, PRI can be regarded as a promising tool for quantitative enamel lesion activity assessment. There is scope and potential for the PRI device to be considerably improved for in vivo use.

Development of Optically Based pH Sensing Hydrogel and Controlled Nitric Oxide Release Polymer

Nitric oxide has the potential to greatly improve intravascular measurements by locally inhibiting thrombus formation and dilating blood vessels. pH, the partial pressure of oxygen, and the partial pressure of carbon dioxide are three arterial blood parameters that are of interest to clinicians in the intensive care unit that can benefit from an intravascular sensor. This work explores fabrication of absorbance and fluorescence based pH sensing chemistry, the sensing chemistries' compatibility with nitric oxide, and a controllable nitric oxide releasing polymer. The pH sensing chemistries utilized various substrates, dyes, and methods of immobilization. Absorbance sensing chemistries used sol-gels, fumed silica particles, mesoporous silicon oxide, bromocresol purple, phenol red, bromocresol green, physical entrapment, molecular interactions, and covalent linking. Covalently linking the dyes to fumed silica particles and mesoporous silicon oxide eliminated leaching in the absorbance sensing chemistries. The structures of the absorbance dyes investigated were similar and bromocresol green in a sol-gel was tested for compatibility with nitric oxide. Nitric oxide did not interfere with the use of bromocresol green in a pH sensor. Investigated fluorescence sensing chemistries utilized silica optical fibers, poly(allylamine) hydrogel, SNARF-1, molecular interactions, and covalent linking. SNARF-1 covalently linked to a modified poly(allylamine) hydrogel was tested in the presence of nitric oxide and showed no interference from the nitric oxide. Nitric oxide release was controlled through the modulation of a light source that cleaved the bond between the nitric oxide and a sulfur atom in the donor. The nitric oxide donor in this work is S-nitroso-N-acetyl-D-penicillamine which was covalently linked to a silicone rubber made from polydimethylsiloxane. It is shown that the surface flux of nitric oxide released from the polymer films can be increased and decreased by increasing and decreasing the output power of the LED light source. In summary, an optical pH sensing chemistry was developed that eliminated the chronic problem of leaching of the indicator dye and showed no reactivity to nitric oxide released, thereby facilitating the development of a functional, reliable intravascular sensor.