Nuclear disasters and health: lessons learned, challenges, and proposals

Past nuclear disasters, such as the atomic bombings in 1945 and major accidents at nuclear power plants, have highlighted similarities in potential public health effects of radiation in both circumstances, including health issues unrelated to radiation exposure. Although the rarity of nuclear disasters limits opportunities to undertake rigorous research of evidence-based interventions and strategies, identification of lessons learned and development of an effective plan to protect the public, minimise negative effects, and protect emergency workers from exposure to high-dose radiation is important. Additionally, research is needed to help decision makers to avoid premature deaths among patients already in hospitals and other vulnerable groups during evacuation. Since nuclear disasters can affect hundreds of thousands of people, a substantial number of people are at risk of physical and mental harm in each disaster. During the recovery period after a nuclear disaster, physicians might need to screen for psychological burdens and provide general physical and mental health care for many affected residents who might experience long-term displacement. Reliable communication of personalised risks has emerged as a challenge for health-care professionals beyond the need to explain radiation protection. To overcome difficulties of risk communication and provide decision aids to protect workers, vulnerable people, and residents after a nuclear disaster, physicians should receive training in nuclear disaster response. This training should include evidence-based interventions, support decisions to balance potential harms and benefits, and take account of scientific uncertainty in provision of community health care. An open and joint learning process is essential to prepare for, and minimise the effects of, future nuclear disasters.

Awareness and attitudes towards the emerging use of nanotechnology in the agri-food sector

Nanotechnology has relevance to applications in all areas of agri-food including agriculture, aquaculture, production, processing, packaging, safety and nutrition. Scientific literature indicates uncertainties in food safety aspects about using nanomaterials due to potential health risks. To date the agri-food industry's awareness and attitude towards nanotechnology have not been addressed. We surveyed the awareness and attitudes of agri-food organisations on the island of Ireland (IoI) with regards to nanotechnology. A total of 14 agri-food stakeholders were interviewed and 88 agri-food stakeholders responded to an on-line questionnaire. The findings indicate that the current awareness of nanotechnology applications in the agri-food sector on the IoI is low and respondents are neither positive nor negative towards agri-food applications of nanotechnology. Safer food, reduced waste and increased product shelf life were considered to be the most important benefits to the agri-food industry. Knowledge of practical examples of agri-food applications is limited however opportunities were identified in precision farming techniques, innovative packaging, functional ingredients and nutrition of foods, processing equipment, and safety testing. Perceived impediments to nanotechnology adoption were potential unknown human health and environmental impacts, consumer acceptance and media framing. The need for a risk assessment framework, research into long term health and environmental effects, and better engagement between scientists, government bodies, the agri-food industry and the public were identified as important.

Meta-analysis of Positive and Negative Symptoms Reveals Schizophrenia Modifier Genes

BACKGROUND: Evidence suggests that genetic factors may influence both schizophrenia (Scz) and its clinical presentation. In recent years, genome-wide association studies (GWAS) have demonstrated considerable success in identifying risk loci. Detection of "modifier loci" has the potential to further elucidate underlying disease processes.

METHODS: We performed GWAS of empirically derived positive and negative symptom scales in Irish cases from multiply affected pedigrees and a larger, independent case-control sample, subsequently combining these into a large Irish meta-analysis. In addition to single-SNP associations, we considered gene-based and pathway analyses to better capture convergent genetic effects, and to facilitate biological interpretation of these findings. Replication and testing of aggregate genetic effects was conducted using an independent European-American sample.

RESULTS: Though no single marker met the genome-wide significance threshold, genes and ontologies/pathways were significantly associated with negative and positive symptoms; notably, NKAIN2 and NRG1, respectively. We observed limited overlap in ontologies/pathways associated with different symptom profiles, with immune-related categories over-represented for negative symptoms, and addiction-related categories for positive symptoms. Replication analyses suggested that genes associated with clinical presentation are generalizable to non-Irish samples.

CONCLUSIONS: These findings strongly support the hypothesis that modifier loci contribute to the etiology of distinct Scz symptom profiles. The finding that previously implicated "risk loci" actually influence particular symptom dimensions has the potential to better delineate the roles of these genes in Scz etiology. Furthermore, the over-representation of distinct gene ontologies/pathways across symptom profiles suggests that the clinical heterogeneity of Scz is due in part to complex and diverse genetic factors.

The relationship between poverty, child abuse and neglect: an evidence review.

The review aimed to investigate two central issues.
1.To what extent is there evidence that poverty increases the amount of child abuse and neglect (CAN), and/or affects the nature of child abuse and neglect? How does this occur, how large are these effects and to whom do they apply?
2.To what extent is there evidence that CAN increases poverty later in life, how large are these effects and to whom do they apply?
Within these two issues evidence about equality and diversity, and cost were considered throughout.

Assessment of Intervention Fidelity and Recommendations for Researchers Conducting Studies on the Diagnosis and Treatment of Chronic Cough in the Adult: CHEST Guideline and Expert Panel Report

BACKGROUND: Successful management of chronic cough has varied in the primary research studies in the reported literature. One of the potential reasons relates to a lack of intervention fidelity to the core elements of the diagnostic and/or therapeutic interventions that were meant to be used by the investigators.

METHODS: We conducted a systematic review to summarize the evidence supporting intervention fidelity as an important methodologic consideration in assessing the effectiveness of clinical practice guidelines used for the diagnosis and management of chronic cough. We developed and used a tool to assess for five areas of intervention fidelity. Medline (PubMed), Scopus, and the Cochrane Database of Systematic Reviews were searched from January 1998 to May 2014. Guideline recommendations and suggestions for those conducting research using guidelines or protocols to diagnose and manage chronic cough in the adult were developed and voted upon using CHEST Organization methodology.

RESULTS: A total of 23 studies (17 uncontrolled prospective observational, two randomized controlled, and four retrospective observational) met our inclusion criteria. These articles included 3,636 patients. Data could not be pooled for meta-analysis because of heterogeneity. Findings related to the five areas of intervention fidelity included three areas primarily related to the provider and two primarily related to the patients. In the area of study design, 11 of 23 studies appeared to be underpinned by a single guideline/protocol; for training of providers, two of 23 studies reported training, and zero of 23 reported the use of an intervention manual; and for the area of delivery of treatment, when assessing the treatment of gastroesophageal reflux disease, three of 23 studies appeared consistent with the most recent guideline/protocol referenced by the authors. For receipt of treatment, zero of 23 studies mentioned measuring concordance of patient-interventionist understanding of the treatment recommended, and zero of 23 mentioned measuring enactment of treatment, with three of 23 measuring side effects and two of 23 measuring adherence. The overall average intervention fidelity score for all 23 studies was poor (20.74 out of 48).

CONCLUSIONS: Only low-quality evidence supports that intervention fidelity strategies were used when conducting primary research in diagnosing and managing chronic cough in adults. This supports the contention that some of the variability in the reporting of patients with unexplained or unresolved chronic cough may be due to lack of intervention fidelity. By following the recommendations and suggestions in this article, researchers will likely be better able to incorporate strategies to address intervention fidelity, thereby strengthening the validity and generalizability of their results that provide the basis for the development of trustworthy guidelines.

Peer Effects in Adolescent Cannabis Use: It's the Friends, Stupid

This paper examines peer effects in adolescent cannabis use from several different reference groups, exploiting survey data that have many desirable properties and have not previously been used for this purpose. Treating the school grade as the reference group, and using both neighbourhood fixed effects and IV for identification, we find evidence of large, positive, and statistically significant peer effects. Treating nominated friends as the reference group, and using both school fixed effects and IV for identification, we again find evidence of large, positive, and generally statistically significant peer effects. Our preferred IV approach exploits information about friends of friends – ‘friends once removed’, who are not themselves friends – to instrument for friends’ cannabis use. Finally, we examine whether the cannabis use of schoolmates who are not nominated as friends – ‘non-friends’ – influences
own cannabis use. Once again using neighbourhood fixed effects and IV for identification, the evidence suggests zero impact. In our data, schoolmates who are not also friends have no influence on adolescent cannabis use.

Two-year changes in refractive error and related biometric factors in an adult Chinese population

Importance: This article provides, to our knowledge, the first longitudinal population-based data on refractive error (RE) in Chinese persons.

Objective: To study cohort effects and changes associated with aging in REs among Chinese adults.

Design, Setting, and Participants: A 2-year, longitudinal population-based cohort study was conducted in southern China. Participants, identified using cluster random sampling, included residents of Yuexiu District, Guangzhou, China, aged 35 years or older who had undergone no previous eye surgery.

Methods: Participants underwent noncycloplegic automated refraction and keratometry in December 2008 and December 2010; in a random 50% sample of the participants, anterior segment ocular coherence tomography measurement of lens thickness, as well as measurement of axial length and anterior chamber depth by partial coherence laser interferometry, were performed.

Main Outcomes and Measures: Two-year change in spherical equivalent refraction (RE), lens thickness, axial length, and anterior chamber depth in the right eye.

Results: A total of 745 individuals underwent biometric testing in both 2008 and 2010 (2008 mean [SD] age, 52.2 [11.5] years; 53.7% women). Mean RE showed a 2-year hyperopic shift from −0.44 (2.21) to −0.31 (2.26) diopters (D) (difference, +0.13; 95% CI, 0.11 to 0.16). A consistent 2-year hyperopic shift of 0.09 to 0.22 D was observed among participants aged 35 to 64 years when stratifying by decade, suggesting that a substantial change in RE with aging may occur during this 30-year period. Cross-sectionally, RE increased only in the cohort younger than 50 years (0.11 D/y; 95% CI, 0.06 to 0.16). In the cross-sectional data, axial length decreased at −0.06 mm/y (95% CI, −0.09 to −0.04), although the 2-year change in axial length was positive and thus could not explain the cross-sectional difference. These latter results suggest a cohort effect, with greater myopia developing among younger persons.

Conclusions and Relevance: This first Chinese population-based longitudinal study of RE provides evidence for both important longitudinal aging changes and cohort effects, most notably greater myopia prevalence among younger persons.

Gamma-ray Spectra and Enhancement Factors for Positron Annihilation with Core Electrons

Many-body theory is developed to calculate the γ spectra for positron annihilation in noble-gas atoms. Inclusion of electron-positron correlation effects and core annihilation gives spectra in excellent agreement with experiment [K. Iwata et al., Phys. Rev. Lett. 79, 39 (1997)]. The calculated correlation enhancement factors γnl for individual electron orbitals nl are found to scale with the ionization energy I_nl (in eV), as γnl=1+ √A/Inl+(B/I_nl)β, where A≈40  eV, B≈24  eV, and β≈2.3.

A validated UPLC–MS/MS method for the surveillance of ten aquatic biotoxins in European brackish and freshwater systems

Over the past few decades, there has been an increased frequency and duration of cyanobacterial Harmful Algal Blooms (HABs) in freshwater systems globally. These can produce secondary metabolites called cyanotoxins, many of which are hepatotoxins, raising concerns about repeated exposure through ingestion of contaminated drinking water or food or through recreational activities such as bathing/ swimming. An ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry (UPLC–MS/MS) multi-toxin method has been developed and validated for freshwater cyanotoxins; microcystins-LR, -YR, -RR, -LA, -LY and -LF, nodularin, cylindrospermopsin, anatoxin-a and the marine diatom toxin domoic acid. Separation was achieved in around 9 min and dual SPE was incorporated providing detection limits of between 0.3 and 5.6 ng/L of original sample. Intra- and inter-day precision analysis showed relative
standard deviations (RSD) of 1.2–9.6% and 1.3–12.0% respectively. The method was applied to the analysis of aquatic samples (n = 206) from six European countries. The main class detected were the hepatotoxins; microcystin-YR (n = 22), cylindrospermopsin (n = 25), microcystin-RR (n = 17), microcystin-LR (n = 12), microcystin-LY (n = 1), microcystin-LF (n = 1) and nodularin (n = 5). For microcystins, the levels detected ranged from 0.001 to 1.51 mg/L, with two samples showing combined levels above the guideline set by the WHO of 1 mg/L for microcystin-LR. Several samples presented with multiple toxins indicating the potential for synergistic effects and possibly enhanced toxicity. This is the first published pan European survey of freshwater bodies for multiple biotoxins, including two identified for the first time; cylindrospermopsin in Ireland and nodularin in Germany, presenting further incentives for improved monitoring and development of strategies to mitigate human exposure.

Ghosts and Television

This chapter explores the ghost story on television, and particularly the tensions between the medium and the genre. Television has long been seen as a nearly-supernatural medium, an association that the very term 'medium' enhances. In particular, the very intimacy of television, and its domestic presence, have led to it being considered to be a suitable and effective venue for the ghost story, while at the same time concerns have risen over it being too effective at conveying horror into the home. The ghost story is thus one of the genres where the tensions between the medium's aesthetic possibilities and desire for censorship can be most clearly seen. As such, there is a recurring use of the ghost story in relation to different techniques of special effects and narrative on television, some more effective than others, and the presence of the ghost story on television waxes and wanes as different styles become more or less popular, and different narrative forms, such as single play or serial or series, become more or less dominant. Drawing on examples primarily from a British and US context, this chapter outlines the history of the ghost story on television and demonstrates how the tensions in presentation, narrative and considerations of the viewer have influenced the many changes that have taken place within the genre.

Cadmium phytotoxicity and trophic transfer to isopods

O cádmio (Cd) é um metal não essencial e é considerado um poluente prioritário pela comunidade europeia. Este metal atinge o ambiente no decurso de várias actividades antropogénicas e tende a concentrar-se nos solos e sedimentos, onde está potencialmente disponível para as plantas, sendo posteriormente transferido através da cadeia trófica. Neste contexto, o principal objectivo da presente dissertação foi o estudo dos efeitos da assimilação e da acumulação de Cd em plantas e as suas consequências para animais consumidores. Numa primeira fase, foram estudados os principais efeitos fisiológicos e genotóxicos do Cd em plantas. As plantas de alface (Lactuca sativa L.) expostas a Cd apresentaram um decréscimo na eficiência fotossintética, aumento de peroxidação lipídica e alterações significativas na actividade de enzimas de stress oxidativo. Estas alterações culminaram num decréscimo do crescimento da parte aérea no final da exposição. As respostas obtidas pelos parâmetros bioquímicos sugerem que estes poderão ser utilizados como eventuais biomarcadores em testes ecotoxicológicos com Cd em abordagens integrantes em conjunto com parâmetros clássicos. Os efeitos mutagénicos de Cd foram avaliados através da determinação da instabilidade de microsatélites (IM). Não foi observada IM, nem nas folhas nem nas raízes de plantas de alface com 5 semanas de idade expostas a 100 μM Cd durante 14 dias, no entanto observou-se IM em raízes de alface exposta a 10 μM Cd durante 28 dias desde a germinação. A idade da planta e a maior acumulação de Cd nas raízes poderão explicar os resultados obtidos. A clastogenicidade de Cd foi analisada em três espécies vegetais com diferentes capacidades de destoxificação e acumulação de metais através de citometria de fluxo. Foram detectadas alterações significativas nos parâmetros analisados em raízes alface, mas não nas espécies Thlaspi caerulescens J & C Presl e Thlaspi arvense L. Estes resultados sugerem que o stress provocado pelo Cd originou clastogenicidade como consequência da perda de porções de cromossomas, uma vez que o conteúdo de ADN nuclear diminuiu. A transferência trófica através da cadeia alimentar permanece muito pouco estudada em termos ecotoxicológicos. A distribuição subcellular de metais num organismo pode ser utilizada para compreender a transferência trófica de um metal na cadeia alimentar. Como tal, numa última parte é estudado de que modo a distribuição subcellular do Cd em plantas com perfis de acumulação de Cd distintos afecta a biodisponibilidade e transferência trófica de Cd para isópodes. A distribuição de Cd entre as 4 fracções subcelulares obtidas através de centrifugação diferencial revelou a existência de diferenças significativas entre as espécies de plantas. Estes resultados em conjunto com a avaliação directa da eficiência de assimilação (EA) de Cd individual de cada uma das quatro fracções subcelulares das plantas em estudo, resultou em informação de grande relevância para a explicação das diferenças observadas na EA de Cd por parte de isópodes alimentados com folhas de diferentes espécies de plantas. Com base nos resultados obtidos, o Cd ligado a proteínas estáveis à temperatura (e.g. metaloteoninas e fitoquelatinas) é o menos biodisponível, sendo assim o que menos contribuiu para a transferência trófica, enquanto que o Cd ligado a proteínas desnaturadas pela temperatura foi a fracção mais disponível para transferência trófica de Cd ao isópode. Estes resultados realçam a relevância ecológica da distribuição subcelular de Cd em plantas que tem influência directa na tranferência trófica deste metal para os consumidores e ainda o facto de que alterações na distribuição subcelular de Cd em plantas devido a diferentes mecanismos de destoxificação poderá ter um impacto directo na transferência trófica de Cd para o animal consumidor.

Genotoxicity and cytotoxicity of Cr(VI) and Pb²+ in Pisum sativum

A toxicidade dos metais é uma problemática que envolve a saúde humana e o ambiente, sendo necessária uma vigilância constante e uma avaliação dos danos precisa e robusta. As plantas, como principal fonte alimentar e de produtos, são de vital importância à sociedade humana. Devido a serem seres sesseis, este grupo é um dos mais afectados por poluentes, tornandoos objectos de estudo extremamente interessantes. O objectivo desta tese foi avaliar os efeitos genotóxicos e citotóxicos do Cr(VI) e Pb2+ na espécie modelo Pisum sativum L. No capitulo I é introduzida a problemática da toxicidade de ambos os metais, com especial relevo nas plantas, bem como as abordagens mais actuais no estudo da geno e citotoxicidade. No capitulo II são apresentados os resultados dos estudos da genotoxicidade do Pb2+ (II-1) e Cr(VI) (II-2 e II-3), tendo sido realizados analises de dano ao DNA a vários níveis e alterações do ciclo celular (II-1 e II-2), bem como a detecção de instabilidade de microssatelites (II-1 e II-3), que é um indicador do estado funcional do mecanismo de reparação do DNA. O capítulo III aborda o efeito de stresses abióticos na capacidade fotossintética da espécie modelo. No capítulo III-1, realizou-se um estudo pioneiro de avaliação da aplicabilidade da citometria de fluxo no estudo da fotossíntese, mais concretamente no estado funcional e estrutural dos cloroplastos, quando expostos a um inibidor da fotossíntese (Paraquat). Os dados obtidos neste estudo encorajaram a aplicação da técnica nos capítulos III-2 e III-3, nos quais se analisaram os efeitos dos metais Pb2+ (III- 2) e Cr(VI) (III-3) na capacidade fotossintética de plantas expostas a este metal; em estudos que envolveram vários marcadores clássicos, para alem dos da citometria de fluxo. Finalmente, no capítulo IV são apresentadas as conclusões finais do trabalho, uma comparativa entre os efeitos e níveis de toxicidade dos dois metais em estudo e são apontadas algumas perspectivas para futuros estudos, levantadas pelos dados obtidos.

Synthesis and functionalization of hydroxyapatite nanoparticles

Graças aos desenvolvimentos na área da síntese de nanomaterais e às potentes técnicas de caracterização à nanoescala conseguimos hoje visualizar uma nanopartícula (NP) como um dispositivo de elevado potencial terapêutico. A melhoria da sua efectividade terapêutica requer no entanto o aprofundamento e sistematização de conhecimentos, ainda muito incipientes, sobre toxicidade, selectividade, efeitos colaterais e sua dependência das próprias características físico-químicas da NP em análise. O presente trabalho, elegendo como alvo de estudo uma substância considerada biocompatível e não tóxica, a hidroxiapatite (Hap), pretende dar um contributo para esta área do conhecimento. Definiram-se como metas orientadoras deste trabalho (i) estudar a síntese de nanoparticulas de Hap (Hap NP), e a modificação das características físico-químicas e morfológicas das mesmas através da manipulação das condições de síntese; (ii) estudar a funcionalização das Hap NP com nanoestruturas de ouro e com ácido fólico, para lhes conferir capacidades acrescidas de imagiologia e terapêuticas, particularmente interessantes em aplicações como o tratamento do cancro (iii) estudar a resposta celular a materiais nanométricos, com propriedades físico-químicas diversificadas. No que se refere à síntese de Hap NP, comparam-se dois métodos de síntese química distintos, a precipitação química a temperatura fisiológica (WCS) e a síntese hidrotérmica (HS), em meios aditivados com ião citrato. A síntese WCS originou partículas de tamanho nanométrico, com uma morfologia de agulha, pouco cristalinas e elevada área superficial especifica. A síntese HS à temperatura de 180ºC permitiu obter partículas de dimensões também nanométricas mas com área específica inferior, com morfologia de bastonete prismático com secção recta hexagonal e elevada cristalinidade. Com o objectivo de aprofundar o papel de algumas variáveis experimentais na definição das características finais das partículas de hidroxiapatite, designadamente o papel do ião citrato (Cit), variou-se a razão molar [Cit/Ca] da solução reagente e o tempo de síntese. Demonstrou-se que o ião citrato e outras espécies químicas resultantes da sua decomposição nas condições térmicas (180ºC) de síntese tem um papel preponderante na velocidade de nucleação e de crescimento dessas mesmas partículas e por conseguinte nas características físico-químicas das mesmas. Elevadas razões [Cit/Ca] originam partículas de dimensão micrométrica cuja morfologia é discutida no contexto do crescimento com agregação. Com o objectivo de avaliar a citotoxicidade in vitro das nanopartículas sintetizadas procedeu-se à esterilização das mesmas. O método de esterilização escolhido foi a autoclavagem a 121º C. Avaliou-se o impacto do processo de esterilização nas características das partículas, verificando-se contrariamente às partículas WCS, que as partículas HS não sofrem alterações significativas de morfologia, o que se coaduna com as condições de síntese das mesmas, que são mais severas do que as de esterilização. As partículas WCS sofrem processos de dissolução e recristalização que se reflectem em alterações significativas de morfologia. Este estudo demonstrou que a etapa de esterilização de nanopartículas para aplicações biomédicas, por autoclavagem, pode alterar substancialmente as propriedades das mesmas, sendo pois criticamente importante caracterizar os materiais após esterilização. Os estudos citotoxicológicos para dois tipos de partículas esterilizadas (HSster e WCSster) revelaram que ambas apresentam baixa toxicidade e possuem potencial para a modelação do comportamento de células osteoblásticas. Tendo em vista a funcionalização da superfície das Hap NP para multifunções de diagnóstico e terapia exploraram-se condições experimentais que viabilizassem o acoplamento de nanopartículas de ouro à superfície das nanopartículas de Hidroxiapatite (Hap-AuNP). Tirando partido da presença de grupos carboxílicos adsorvidos na superfície das nanopartículas de Hap foi possível precipitar partículas nanométricas de ouro (1,5 a 2,5 nm) na superfície das mesmas adaptando o método descrito por Turkevich. No presente trabalho as nanopartículas de Hap funcionaram assim como um template redutor do ouro iónico de solução, propiciando localmente, na superfície das próprias nanopartículas de Hap, a sua redução a ouro metálico. A nucleação do ouro é assim contextualizada pelo papel redutor das espécies químicas adsorvidas, designadamente os grupos carboxílicos derivados de grupos citratos que presidiram à síntese das próprias nanopartículas de Hap. Estudou-se também a funcionalização das Hap NP com ácido fólico (FA), uma molécula biologicamente interessante por ser de fácil reconhecimento pelos receptores existentes em células cancerígenas. Os resultados confirmaram a ligação do ácido fólico à superfície das diferentes partículas produzidas HS e Hap-AuNPs. Graças às propriedades ópticas do ouro nanométrico (efeito plasmão) avaliadas por espectroscopia vis-UV e às potencialidades de hipertermia local por conversão fototérmica, as nanoestruturas Hap-AuNPs produzidas apresentam-se com elevado interesse enquanto nanodispositivos capazes de integrar funções de quimio e terapia térmica do cancro e imagiologia. O estudo da resposta celular aos diversos materiais sintetizados no presente trabalho foi alvo de análise na tentativa de se caracterizar a toxicidade dos mesmos bem como avaliar o seu desempenho em aplicações terapêuticas. Demonstrou-se que as Hap NP não afectam a proliferação das células para concentrações até 500 g/ml, observando-se um aumento na expressão genética da BMP-2 e da fosfatase alcalina. Verificou-se também que as Hap NP são susceptíveis de internalização por células osteoblásticas MG63, apresentando uma velocidade de dissolução intracelular relativamente reduzida. A resposta celular às Hap-AuNP confirmou a não citotoxicidade destas partículas e revelou que a presença do ouro na superfície das Hap NP aumenta a taxa proliferação celular, bem como a expressão de parâmetros osteogénicos. No seu conjunto os resultados sugerem que os vários tipos de partículas sintetizadas no presente estudo apresentam também comportamentos interessantes para aplicações em engenharia de tecido ósseo.

Design and optimization next generation passive all-optical networks

Este trabalho investiga novas metodologias para as redes óticas de acesso de próxima geração (NG-OAN). O trabalho está dividido em quatro tópicos de investigação: projeto da rede, modelos numéricos para efeitos não lineares da fibra ótica, impacto dos efeitos não lineares da fibra ótica e otimização da rede. A rede ótica de acesso investigada nesse trabalho está projetado para suprir os requisitos de densidade de utilizadores e cobertura, isto é, suportar muitos utilizadores ( 1000) com altas velocidades de conexão dedicada ( 1 Gb/s) ocupando uma faixa estreita do espectro ( 25 nm) e comprimentos de fibra ótica até 100 km. Os cenários são baseados em redes óticas passivas com multiplexagem por divisão no comprimento de onda de alta densidade (UDWDM-PON) utilizando transmissores/receptores coerentes nos terminais da rede. A rede é avaliada para vários ritmos de transmissão usando formatos de modulação avançados, requisitos de largura de banda por utilizador e partilha de banda com tecnologias tradicionais de redes óticas passivas (PON). Modelos numéricos baseados em funções de transferência das séries de Volterra (VSTF) são demonstrados tanto para a análise dos efeitos não lineares da fibra ótica quanto para avaliação do desempenho total da rede. São apresentadas as faixas de potência e distância de transmissão nas quais as séries de Volterra apresentam resultados semelhantes ao modelo referência Split-Step Fourier (SSF) (validado experimentalmente) para o desempenho total da rede. Além disso, um algoritmo, que evita componentes espectrais com intensidade nulo, é proposto para realizar cálculos rápidos das séries. O modelo VSTF é estendido para identificar unicamente os efeitos não lineares da fibra ótica mais relevantes no cenário investigado: Self-Phase Modulation (SPM), Cross-Phase Modulation (XPM) e Four-Wave Mixing (FWM). Simulações numéricas são apresentadas para identificar o impacto isolado de cada efeito não linear da fibra ótica, SPM, XPM e FWM, no desempenho da rede com detecção coerente UDWDM-PON, transportando canais com modulação digital em fase (M-ária PSK) ou modulação digital em amplitude (M-ária QAM). A análise numérica é estendida para diferentes comprimentos de fibra ótica mono modo (SSMF), potência por canal e ritmo de transmissão por canal. Por conseguinte, expressões analíticas são extrapoladas para determinar a evolução do SPM, XPM e FWM em função da potência e distância de transmissão em cenários NG-OAN. O desempenho da rede é otimizada através da minimização parcial da interferência FWM (via espaçamento desigual dos canais), que nesse caso, é o efeito não linear da fibra ótica mais relevante. Direções para melhorias adicionas no desempenho da rede são apresentados para cenários em que o XPM é relevante, isto é, redes transportando formatos de modulação QAM. A solução, nesse caso, é baseada na utilização de técnicas de processamento digital do sinal.

Occurrence and fate of estrogens and antibiotics in the environment evaluated by low-cost analytical methodologies

Endocrine disruptors and pharmaceuticals are considered to be concerning environmental contaminants. During the last two decades, studies dealing with the occurrence and fate of these emerging contaminants in the aquatic environment have raised attention and its number is constantly increasing. The presence of these contaminants in the environment is particularly important since they are known to induce adverse effects in the ecosystems even at extremely low concentrations. Estrogens and antibiotics, in particular, are identified as capable of induce endocrine disruption and contribute for the appearance of multi-resistant bacteria, respectively. A better assessment and understanding of the real impact of these contaminants in the aquatic environment implies the evaluation of their occurrence and fate, which is the main aim of this Thesis. Two estrogens (17-estradiol and 17-ethinylestradiol) and an antibiotic (sulfamethoxazole) were the contaminants under study and their occurrence in surface and waste waters was assessed by the implementation of enzyme linked immunosorbent assays (ELISAs). The assays were optimized in order to accomplish two important aspects: to analyze complex water samples, giving special attention to matrix effects, and to increase the sensitivity. Since the levels of these contaminants in the environment are extremely low, a pre-concentration methodology was also object of study in this Thesis. Dispersive liquid-liquid microextraction (DLLME) was developed for the preconcentration of E2 and EE2, subsequently quantified by either highperformance liquid chromatography (HPLC) and the previously optimized ELISAs. Moreover, the use of anthropogenic markers, i.e. indicators of human presence or activity, has been discussed as a tool to track the origin and type of contamination. An ELISA for the quantification of caffeine, as an anthropogenic marker, was also developed in order to assess the occurrence of human domestic pollution in Portuguese surface waters. Finally, photodegradation is considered to be one of the most important pathways contributing for the mitigation of pollutants’ presence in the aquatic environment. Both direct and indirect photodegradation of E2 and EE2 were evaluated. Since the presence of humic substances (HS) is known to have a noticeable influence on the photodegradation of pollutants and in order to mimic the real aquatic environment, special attention was given to the influence of the presence and concentration of different fractions of HS on the photodegradation of both hormones.