Engineering the transition from non-living to living matter

Re-creating and understanding the origin of life represents one of the major challenges facing the scientific community. We will never know exactly how life started on planet Earth, however, we can reconstruct the most likely chemical pathways that could have contributed to the formation of the first living systems. Traditionally, prebiotic chemistry has investigated the formation of modern life’s precursors and their self-organisation under very specific conditions thought to be ‘plausible’. So far, this approach has failed to produce a living system from the bottom-up. In the work presented herein, two different approaches are employed to explore the transition from inanimate to living matter. The development of microfluidic technology during the last decades has changed the way traditional chemical and biological experiments are performed. Microfluidics allows the handling of low volumes of reagents with very precise control. The use of micro-droplets generated within microfluidic devices is of particular interest to the field of Origins of Life and Artificial Life. Whilst many efforts have been made aiming to construct cell-like compartments from modern biological constituents, these are usually very difficult to handle. However, microdroplets can be easily generated and manipulated at kHz rates, making it suitable for high-throughput experimentation and analysis of compartmentalised chemical reactions. Therefore, we decided to develop a microfluidic device capable of manipulating microdroplets in such a way that they could be efficiently mixed, split and sorted within iterative cycles. Since no microfluidic technology had been developed before in the Cronin Group, the first chapter of this thesis describes the soft lithographic methods and techniques developed to fabricate microfluidic devices. Also, special attention is placed on the generation of water-in-oil microdroplets, and the subsequent modules required for the manipulation of the droplets such as: droplet fusers, splitters, sorters and single/multi-layer micromechanical valves. Whilst the first part of this thesis describes the development of a microfluidic platform to assist chemical evolution, finding a compatible set of chemical building blocks capable of reacting to form complex molecules with endowed replicating or catalytic activity was challenging. Abstract 10 Hence, the second part of this thesis focuses on potential chemistry that will ultimately possess the properties mentioned above. A special focus is placed on the formation of peptide bonds from unactivated amino acids, despite being one of the greatest challenges in prebiotic chemistry. As opposed to classic prebiotic experiments, in which a specific set of conditions is studied to fit a particular hypothesis, we took a different approach: we explored the effects of several parameters at once on a model polymerisation reaction, without constraints on hypotheses on the nature of optimum conditions or plausibility. This was facilitated by development of a new high-throughput automated platform, allowing the exploration of a much larger number of parameters. This led us to discover that peptide bond formation is less challenging than previously imagined. Having established the right set of conditions under which peptide bond formation was enhanced, we then explored the co-oligomerisation between different amino acids, aiming for the formation of heteropeptides with different structure or function. Finally, we studied the effect of various environmental conditions (rate of evaporation, presence of salts or minerals) in the final product distribution of our oligomeric products.

Development of an electrochemical biosensor for the detection of miRNA-155 in Breast Cancer

Breast cancer is one of the most prevalent forms of cancer in women. Despite all recent advances in early diagnosis and therapy, mortality data is not decreasing. This is an outcome of the inexistence of validated serum biomarkers allowing an early prognosis, out coming from the limited understanding of the natural history of the disease. In this context, miRNAs have been attracting a special interest throughout the scientific community as promising biomarkers in the early diagnosis of cancer. In breast cancer, several miRNAs and their levels of expression are significantly different between normal tissue and tissue with neoplasia, as well as between different molecular subtypes of breast cancer, also associated with prognosis. Thus, this these presents a meta-analysis that allows identifying a reliable miRNA biomarker for the early detection of breast cancer. In this, miRNA-155 was identified as the best one and an electrochemical biosensor was developed for its detection in serum samples. The biosensor was assembled by following three button-up stages: (1) the complementary miRNA sequence thiol terminated (anti-miRNA-155) was immobilized on a commercial gold screen-printed electrode (Au-SPE), followed by (2) blocking non-specific binding with mercaptosuccinic acid and by (3) miRNA hybridization. The biosensor was able to detect miRNA concentrations lying in the 10-18 mol/L (aM) range, displaying a linear response from 10 aM to 1nM. The device showed a limit of detection of 5.7 aM in human serum samples and good selectivity against other biomolecules in serum, such as cancer antigen CA-15.3 and bovine serum albumin (BSA). Overall, this simple and sensitive strategy is a promising approach for the quantitative and/or simultaneous analysis of multiple miRNA in physiological fluids, aiming at further biomedical research devoted to biomarker monitoring and point-of-care diagnosis.

Estudo da gasificação do glicerol em reator de leito fixo

As metas da União Europeia para 2020 em termos de biocombustíveis e biolíquidos traduziram-se, na última década, num destaque da indústria de biodiesel em Portugal. Inerente ao processo de produção biodiesel está um subproduto, o glicerol bruto, cujo estudo tem vindo a ser alvo de interesse na comunidade científica. O objetivo principal deste trabalho consistiu no estudo da gasificação do glicerol técnico e do glicerol bruto, usando vapor como agente oxidante. Pretendeu-se avaliar a composição do gás de produção obtido e os parâmetros de gasificação, como a percentagem de conversão de carbono e de hidrogénio, o rendimento de gás seco, a eficiência de gás frio e o poder calorífico do gás produzido. No estudo da gasificação do glicerol técnico avaliou-se o efeito da temperatura na performance do processo, entre 750 – 1000 ºC, e estudou-se ainda o efeito do caudal de alimentação ao reator (3,8 mL/min, 6,5 mL/min e 10,0 mL/min). Para o caudal mais baixo, estudou-se o efeito da razão de mistura glicerol/água (25/75, 40/60, 60/40 e 75/25) e para a razão de mistura 60/40 foi avaliada a influência da adição de ar como agente gasificante. O estudo da gasificação do glicerol bruto foi feito realizando ensaios de gasificação numa gama de temperaturas de 750 ºC a 1000 ºC, para uma razão de mistura glicerol/água (60/40) com o caudal de 3,8 mL/min e usando apenas vapor de água como agente de gasificação. Os ensaios foram realizados num reator de leito fixo de 500 mm de comprimento e 90 mm de diâmetro interno, composto por um leito de alumina com partículas de 5 mm de diâmetro. O aquecimento foi realizado com um forno elétrico de 4 kW. A amostra de gás de produção recolhida foi analisada por cromatografia gasosa com detector de termocondutividade. Os resultados obtidos na gasificação do glicerol técnico, revelaram que a temperatura é uma variável preponderante no desempenho do processo de gasificação. À exceção do poder calorífico superior, para o qual se obteve uma ligeira diminuição de valores com o aumento da temperatura, os valores mais elevados dos parâmetros de gasificação foram obtidos para temperaturas superiores a 900 ºC. Esta temperatura parece ser determinante no modelo cinético de gasificação do glicerol, condicionando a composição do gás de produção obtido. Concluiu-se ainda que, na gama de caudais testada, o caudal de alimentação ao reator não teve influência no processo de gasificação. Os ensaios realizados para avaliar o efeito da razão de mistura permitiram verificar que, o aumento da adição de água à alimentação se traduz na redução do teor de CO e de CH4 e no aumento do teor de H2 e CO2, no gás de produção. Para a razão de mistura 25/75 foram obtidos valores de 1,3 para o rácio H2/CO para temperaturas superiores a 900 ºC. A influência da adição de água tornou-se mais evidente nos ensaios de gasificação realizados a temperaturas superiores a 900 ºC. Verificou-se um aumento da conversão de carbono, do rendimento de gás seco e da eficiência do gás frio e uma ligeira diminuição do poder calorífico e da potência disponível, no gás de produção. Para as razões de misturas 60/40 e 40/60 obtiveram-se resultados, para os parâmetros de gasificação, da mesma ordem de grandeza e com valores intermédios entre os obtidos para as razões de mistura 25/75 e 75/25. Porém, quanto maior o teor de água alimentado maior o consumo de energia associado à vaporização da água. Assim, o aumento do teor de água na mistura só apresentará interesse industrial se o objetivo passar pela produção de hidrogénio. Quanto ao efeito da adição de ar como agente de gasificação, os resultados obtidos dão indicação que se poderão potenciar algumas reações exotérmicas que contribuirão para a redução do consumo energético global do processo. Por outro lado, o gás de produção apresentou um rácio H2/CO interessante do ponto de vista da sua aplicação industrial, superior em 35 % ao verificado para a gasificação efetuada apenas na presença de vapor. À exceção do decréscimo no valor do poder calorífico superior do gás de produção, os restantes parâmetros estudados apresentaram a mesma ordem de grandeza, dos obtidos para o estudo da mesma razão de mistura na ausência de ar. Relativamente ao estudo da gasificação do glicerol bruto, obtiveram-se valores de rácio H2/CO e eficiência de gás frio mais elevados que os valores obtidos para a mesma razão de mistura usando glicerol técnico. Os demais parâmetros de gasificação avaliados mostraram-se semelhantes entre as duas matérias-primas, verificando-se apenas uma ligeira diminuição no valor do poder calorífico superior do gás produzido com glicerol bruto. Os resultados obtidos demonstram a possibilidade de valorização energética do glicerol bruto resultante da produção de biodiesel.

Effects of gamma and electron-beam irradiation on the individual phenolics of Viola tricolor L. edible flowers.

Edible flowers are being used in culinary preparations to improve the sensorial and nutritional qualities of food, besides improving human health due to the profusion in bioactive compounds [1]. Nevertheless, edible flowers are highly perishable and must be free of insects, which is difficult because they are usually cultivated without using pesticides [2]. Food irradiation is an economically viable technology to extend shelf life of foods, improving their hygiene and quality, while disinfesting insects [3]. The efficiency and safety of radiation processing (using Co-60 or electronaccelerators) have been approved by legal authorities (FDA, USDA, WHO, FAO), as also by the scientific community, based on extensive research [4]. Viola tricolor L. (heartseases), from Violaceae family, is one of the most popular edible flowers. Apart from being used as food, it has also been applied for its medicinal properties, mainly due to their biological activity and phenolic composition [5]. Herein, the phenolic compounds were analyzed by HPLC-DAD-ESI/MS and linear discriminant analysis (LDA) was performed to compare the results from flowers submitted to different irradiation doses and technologies (Co-60 and electron-beam). Quercetin-3-O-(6-O-rhamnosylglucoside)-7-O-rhamnoside (Figure 1) was the most abundant compound, followed by quercetin-3-O-rutinoside and acetyl-quercetin-3-O (6-O-rhamnosylglucoside)-7-O-rhamnoside. In general, irradiated samples (mostly with 1 kGy) showed the highest phenolic compounds content. The LDA outcomes indicated that differences among phenolic compounds effectively discriminate the assayed doses and technologies, defining which variables contributed mostly to that separation. This information might be useful to define which dose and/or technology optimizes the content in a specific phenolic compound. Overall, irradiation did not negatively affect the levels of phenolic compounds, providing the possibility of its application to expand the shelf life of V. tricolor and highlighting new commercial solutions for this functional food.

Desenvolvimento e estudo em microcanais de fluidos inovadores análogos ao sangue baseados em vesículas unilamelares gigantes

O escoamento sanguíneo é um dos temas de grande interesse para a comunidade científica. Assim, a busca de fluidos que sejam análogos ao sangue bem como o estudo do seu escoamento em microcanais, tal como acontece com o sangue nos capilares, continua a ser alvo de investigação. Numa primeira fase deste trabalho, procedeu-se ao desenvolvimento de um modelo inovador para produzir glóbulos vermelhos artificiais, constituído por Vesículas Unilamelares Gigantes, vulgarmente designadas Giant Unilamellar Vesicles (GUVs), com três concentrações diferentes. Pretende-se que estas vesículas tenham um comportamento reológico idêntico ao escoamento dos glóbulos vermelhos (GVs) em microcanais, permitindo assim proceder a vários estudos hemodinâmicos. No desenvolvimento destas vesículas, foi verificado que as mais adequadas são constituídas por uma mistura natural de lípidos e lecitina de soja. Foi realizado um estudo relativamente à sua concentração, onde se verificou que, com o aumento da quantidade da lecitina de soja nas soluções, a concentração de GUVs tende a aumentar. Foi também realizado um estudo relativo aos diâmetros dos GUVs para verificar se estes se aproximavam em termos de tamanho dos GVs, onde foi verificado que a maioria dos GUVs possuem diâmetros com dimensões entre os 5 e 7 μm, tal como os GVs. Foi ainda verificado que a solução com a menor concentração de lecitina de soja possui uma maior quantidade de GUVs com diâmetros entre os 5 e 7 μm. Na segunda fase, foi estudado experimentalmente o escoamento das três soluções de GUVs em microcanais hiperbólicos, com três caudais diferentes, com o objetivo de visualizar a Camada Livre de Células (CLC), determinar a deformação e estudar as velocidades destes. Foi verificado que existe a formação de CLC em todas as concentrações e que aumenta com o aumento do caudal. Relativamente à deformação, esta é bastante mais evidente na contração do microcanal onde a taxa deformação é máxima. Para o caso da velocidade, foi observado um aumento bastante significativo e linear da velocidade na região da contração do microcanal hiperbólico e uma velocidade baixa e aproximadamente constante a montante e jusante da contração. vi Por fim, foi também realizado o estudo reológico dos GUVs, de forma a investigar se estes têm uma viscosidade próxima do sangue. Foi verificado que os GUVs apresentam uma viscosidade inferior à do sangue total e que existe um ligeiro aumento da viscosidade dos GUVs com o aumento da sua concentração. Por último, também foi efetuada uma comparação da viscosidade da solução de GUVs com uma solução de 5% de Hematócrito (Hct) em soro fisiológico, onde foi verificado que ambas as viscosidades são muito próximas.

Selected Reaction Monitoring (SRM) frente a Western Blot

We propose the SRM technology as a complementary method to the Western Blot for the detection and quantification of proteins in a sample. The technique Western Blot has its own limitations: i) only a protein-of-choice is detected, ignoring any non-relevant proteins, ii) the sensitivity of the technique depends on the specificity of the antibody and iii) Western Blot is expensive and time-consuming. The advantages of SRM with respect Western Blot are remarkable: i) you can detect up to hundreds of different proteins in a sample, ii) SRM is more sensitive, because just 50 copies of the target protein per cell are enough for the detection and iii) once it has been made an investment in the necessary machinery to develop this technique, the detection of proteins in a sample turns into a cheaper, faster, more specific and full-quantitative procedure, without the need of using antibodies. First of all, SRM requires the identification of little peptides, obtained by tryptic digestion, whose sequence must be unique for a single protein or isoform. There is software for that aim. Then, it’s necessary to create isotope-labeled peptides of that identified for acting as internal standards. That sample is introduced in a triple quadrupole mass spectrometer: it passes through a first quadrupole, which functions as a filter, where the fragments are selected, previously ionized, attending to the mass/charge (m/z) relation that correspond to that unique fragments of the protein of interest. In this first selection may be other peptides from other proteins, with the same m/z but with different sequence. To select those that are exclusive from the target protein, the fragments are moved to a second quadrupole, where they are fragmented again with a physical method, and so new smaller fragments are generated. All the new fragments are conduced to the third quadrupole, where just those which come from the protein of interest are selected, attending at their m/z again. The target peptide concentration is determined by measuring the observed signal response for the target peptide relative to that of the isotopic-labeled peptide, the concentration of which is calculated from a pre-determined calibration-response curve. Calibration curves have to be generated for each target peptide in the sample. Because SRM technology is increasing its use, there have been developed databases where the scientific community upload information about protocols and standards for each protein with the aim to facilitate the work to other researchers.

Mechanisms underlying activation of neural stem cells in the adult central nervous system

À la fin du 19e siècle, Dr. Ramón y Cajal, un pionnier scientifique, a découvert les éléments cellulaires individuels, appelés neurones, composant le système nerveux. Il a également remarqué la complexité de ce système et a mentionné l’impossibilité de ces nouveaux neurones à être intégrés dans le système nerveux adulte. Une de ses citations reconnues : “Dans les centres adultes, les chemins nerveux sont fixes, terminés, immuables. Tout doit mourir, rien ne peut être régénérer” est représentative du dogme de l’époque (Ramón y Cajal 1928). D’importantes études effectuées dans les années 1960-1970 suggèrent un point de vue différent. Il a été démontré que les nouveaux neurones peuvent être générés à l’âge adulte, mais cette découverte a créé un scepticisme omniprésent au sein de la communauté scientifique. Il a fallu 30 ans pour que le concept de neurogenèse adulte soit largement accepté. Cette découverte, en plus de nombreuses avancées techniques, a ouvert la porte à de nouvelles cibles thérapeutiques potentielles pour les maladies neurodégénératives. Les cellules souches neurales (CSNs) adultes résident principalement dans deux niches du cerveau : la zone sous-ventriculaire des ventricules latéraux et le gyrus dentelé de l’hippocampe. En condition physiologique, le niveau de neurogenèse est relativement élevé dans la zone sous-ventriculaire contrairement à l’hippocampe où certaines étapes sont limitantes. En revanche, la moelle épinière est plutôt définie comme un environnement en quiescence. Une des principales questions qui a été soulevée suite à ces découvertes est : comment peut-on activer les CSNs adultes afin d’augmenter les niveaux de neurogenèse ? Dans l’hippocampe, la capacité de l’environnement enrichi (incluant la stimulation cognitive, l’exercice et les interactions sociales) à promouvoir la neurogenèse hippocampale a déjà été démontrée. La plasticité de cette région est importante, car elle peut jouer un rôle clé dans la récupération de déficits au niveau de la mémoire et l’apprentissage. Dans la moelle épinière, des études effectuées in vitro ont démontré que les cellules épendymaires situées autour du canal central ont des capacités d’auto-renouvellement et de multipotence (neurones, astrocytes, oligodendrocytes). Il est intéressant de noter qu’in vivo, suite à une lésion de la moelle épinière, les cellules épendymaires sont activées, peuvent s’auto-renouveller, mais peuvent seulement ii donner naissance à des cellules de type gliale (astrocytes et oligodendrocytes). Cette nouvelle fonction post-lésion démontre que la plasticité est encore possible dans un environnement en quiescence et peut être exploité afin de développer des stratégies de réparation endogènes dans la moelle épinière. Les CSNs adultes jouent un rôle important dans le maintien des fonctions physiologiques du cerveau sain et dans la réparation neuronale suite à une lésion. Cependant, il y a peu de données sur les mécanismes qui permettent l'activation des CSNs en quiescence permettant de maintenir ces fonctions. L'objectif général est d'élucider les mécanismes sous-jacents à l'activation des CSNs dans le système nerveux central adulte. Pour répondre à cet objectif, nous avons mis en place deux approches complémentaires chez les souris adultes : 1) L'activation des CSNs hippocampales par l'environnement enrichi (EE) et 2) l'activation des CSNs de la moelle épinière par la neuroinflammation suite à une lésion. De plus, 3) afin d’obtenir plus d’information sur les mécanismes moléculaires de ces modèles, nous utiliserons des approches transcriptomiques afin d’ouvrir de nouvelles perspectives. Le premier projet consiste à établir de nouveaux mécanismes cellulaires et moléculaires à travers lesquels l’environnement enrichi module la plasticité du cerveau adulte. Nous avons tout d’abord évalué la contribution de chacune des composantes de l’environnement enrichi à la neurogenèse hippocampale (Chapitre II). L’exercice volontaire promeut la neurogenèse, tandis que le contexte social augmente l’activation neuronale. Par la suite, nous avons déterminé l’effet de ces composantes sur les performances comportementales et sur le transcriptome à l’aide d’un labyrinthe radial à huit bras afin d’évaluer la mémoire spatiale et un test de reconnaissante d’objets nouveaux ainsi qu’un RNA-Seq, respectivement (Chapitre III). Les coureurs ont démontré une mémoire spatiale de rappel à court-terme plus forte, tandis que les souris exposées aux interactions sociales ont eu une plus grande flexibilité cognitive à abandonner leurs anciens souvenirs. Étonnamment, l’analyse du RNA-Seq a permis d’identifier des différences claires dans l’expression des transcripts entre les coureurs de courte et longue distance, en plus des souris sociales (dans l’environnement complexe). iii Le second projet consiste à découvrir comment les cellules épendymaires acquièrent les propriétés des CSNs in vitro ou la multipotence suite aux lésions in vivo (Chapitre IV). Une analyse du RNA-Seq a révélé que le transforming growth factor-β1 (TGF-β1) agit comme un régulateur, en amont des changements significatifs suite à une lésion de la moelle épinière. Nous avons alors confirmé la présence de cette cytokine suite à la lésion et caractérisé son rôle sur la prolifération, différentiation, et survie des cellules initiatrices de neurosphères de la moelle épinière. Nos résultats suggèrent que TGF-β1 régule l’acquisition et l’expression des propriétés de cellules souches sur les cellules épendymaires provenant de la moelle épinière.

In vivo antioxidant activity of phenolic compounds: facts and gaps

Numerous diseases have been related with free radicals overproduction and oxidative stress. Botanical preparations possess a multitude of bioactive properties, including antioxidant potential, which has been mainly related with the presence of phenolic compounds. However, the mechanisms of action of these phytochemicals, in vivo effects, bioavailability and bio-efficacy still need research. Scope and Approach: The present report aims to provide a critical review on the aspects related with the in vivo antioxidant activity of phenolic extracts and compounds from plant origin. Key findings: Biological functions beyond the human metabolism were discussed, comparing in vivo vs. in vitro studies, as also focusing the conditioning factors for phenolic compounds bioavailability and bio-efficacy. Furthermore, an upcoming perspective about the use of phytochemicals as life expectancy promoters and anti-aging factors in human individuals was provided. Conclusions: Overall, and despite all of those advances, the study of the biological potential of numerous natural matrices still remains a hot topic among the scientific community. In fact, the available knowledge about the responsible phytochemicals for the biological potential, their mechanisms of action, the establishment of therapeutic and prophylactic doses, and even the occurrence of biochemical inter-relations, is considerable scarce.

Development of new analytical procedures of isotope geochemistry by mass spectrometry. Application to the study of high-pressure metamorphic rocks from the Iberian Massif

319 p.

Articulação saúde-escola: a intervenção em contexto comunitário

As perturbações psiquiátricas e os problemas de saúde mental infantojuvenil têm vindo a merecer especial atenção por parte da comunidade científica, não só pelo facto de se estimar que 10 a 20% das crianças apresentem um ou mais problemas de saúde mental, não só por estes valores terem tendência a aumentar, mas também pelo impacto humano e financeiro que acarretam para a sociedade. Em Portugal, o Plano Nacional da Saúde Mental 2007-2016 é categórico ao afirmar a necessidade de promover a saúde mental infantojuvenil junto da população e ao salientar a importância do envolvimento e articulação com outras estruturas comunitárias ligadas à saúde, educação e direito de menores. Este trabalho vai de encontro a estas linhas de orientação, na medida em que procura identificar, desenvolver e implementar diversos aspetos inerentes à vertente comunitária da saúde mental infantojuvenil. Numa primeira fase é realizado um levantamento das reais necessidades da população infantojuvenil do concelho de Odemira e é definida uma rede de articulação entre os serviços de saúde, escolas e outras entidades locais com competência nesta área. De forma a melhorar a prestação dos cuidados e a garantir respostas adequadas às necessidades identificadas, também se procurou o individual desenvolvimento de competências especializadas na área da saúde mental infantojuvenil. Por último, atendendo à importância da implementação atempada de medidas preventivas de determinados fenómenos psicopatológicos, procurou-se treinar e desenvolver a capacidade de sensibilização e reforço de competências de uma bolsa populacional específica: a comunidade escolar. De um modo geral, os resultados obtidos demonstram aplicabilidade na prática clínica dos cuidados, contribuindo para a melhoria dos mesmos. Algumas das estratégias utilizadas constituem-se como ponto de partida para projetos futuros, podendo ser replicadas e adequadas a outros contextos de intervenção; ABSTRACT: LINK HEALTH-SCHOOL: the intervention in the community context Psychiatric disorders and problems of youth mental health have been given special attention by the scientific community, not only because it is estimated that 10-20% of children present one or more mental health problems, not only because these values have tendency to increase, but also the human and financial impact to society. In Portugal, the Mental Health National Plan 2007-2016 is emphatic in affirming the need to promote the mental youth health within the population and to emphasize the importance of the involvement and coordination with other community entities related to health, education and minors rights. This paper follows these guidelines, it tries to identify, develop and implement various aspects related to the Community part of youth health. In the first phase is carried out a survey of the real needs of youth population of the Odemira County and defined a network between health services, schools and other local organizations with expertise in this area. In order to improve the delivery of health care and ensure appropriate responses to the identified needs, also sought the individual development of expertise in the area of youth mental health. Finally, given the value of timely implementation of preventive measures of certain psychopathological phenomena, it sought to train and develop the awareness and skills improvement of a specific population: the school community. In general, the results prove the applicability of the procedures in clinical practice, contributing to a practice improvement. Some of the strategies used are the Foundation for future projects, they can be replicated and adapted to other contexts of intervention.

THE STOCHASTIC NAVIER STOKES EQUATIONS FOR HEAT CONDUCTING, COMPRESSIBLE FLUIDS

This dissertation is devoted to the equations of motion governing the evolution of a fluid or gas at the macroscopic scale. The classical model is a PDE description known as the Navier-Stokes equations. The behavior of solutions is notoriously complex, leading many in the scientific community to describe fluid mechanics using a statistical language. In the physics literature, this is often done in an ad-hoc manner with limited precision about the sense in which the randomness enters the evolution equation. The stochastic PDE community has begun proposing precise models, where a random perturbation appears explicitly in the evolution equation. Although this has been an active area of study in recent years, the existing literature is almost entirely devoted to incompressible fluids. The purpose of this thesis is to take a step forward in addressing this statistical perspective in the setting of compressible fluids. In particular, we study the well posedness for the corresponding system of Stochastic Navier Stokes equations, satisfied by the density, velocity, and temperature. The evolution of the momentum involves a random forcing which is Brownian in time and colored in space. We allow for multiplicative noise, meaning that spatial correlations may depend locally on the fluid variables. Our main result is a proof of global existence of weak martingale solutions to the Cauchy problem set within a bounded domain, emanating from large initial datum. The proof involves a mix of deterministic and stochastic analysis tools. Fundamentally, the approach is based on weak compactness techniques from the deterministic theory combined with martingale methods. Four layers of approximate stochastic PDE's are built and analyzed. A careful study of the probability laws of our approximating sequences is required. We prove appropriate tightness results and appeal to a recent generalization of the Skorohod theorem. This ultimately allows us to deduce analogues of the weak compactness tools of Lions and Feireisl, appropriately interpreted in the stochastic setting.

Invención e innovación tecnológica en el ciclismo en España a través de la documentación de patentes : 1826-1929

El objetivo general de esta investigación consiste en sacar a la luz un conjunto de documentos, los documentos de patentes presentadas en España, sobre un tema concreto, la bicicleta y el ciclismo, y durante un periodo determinado, 1826-1929, presentes en la Oficina Española de Patentes y Marcas (OEPM), organizando esta documentación para su posterior utilización por la comunidad científica. Para ello se han identificado y sistematizado las patentes referidas a la bicicleta, presentadas entre 1826 y 1929, realizando tablas de frecuencia que permitan extraer datos de su incidencia en la invención en el periodo considerado. Ello ha permitido conocer una serie de datos de los inventores, que, en definitiva son los creadores del desarrollo tecnológico en este campo, extrayendo, ordenando y categorizando la información sobre lugar de origen, tipo de inventor (empresa o particular), sexo, práctica de colaboración y profesión. Finalmente se ha estudiado el tipo de inventos, mostrando los sectores en los que se producen las invenciones, identificando si se han puesto en práctica, y determinando aspectos tales como su carácter de invención incremental, su posible consideración como invento raro y curioso, y su coexistencia con una marca registrada. El trabajo se inicia con la introducción seguida de un apartado en el que se presenta el marco teórico en el que se desarrolla la investigación, en una doble vía: en primer lugar el contexto de los documentos de patente, su relación con la innovación y su utilidad como fuentes de información, y en segundo lugar el marco de la invención en el ciclismo, presentando las fases esenciales de la evolución de la bicicleta (capítulo 2). En el marco metodológico (capítulo 3) se explican fuentes y metodología, presentando a continuación el diseño de la investigación, que se resume como sigue: 1- Determinación del universo de datos, 2- Consulta en el Archivo Histórico de la OEPM, 3- Diseño y creación de la base de datos propia, 4- Consulta de los expedientes y toma de imágenes, 5- Tratamiento y análisis de los datos, 6- Búsqueda de información en fuentes para patentes extranjeras, y 7- Consulta a la base de datos de Marcas de la OEPM. El capítulo 4 está dedicado a la investigación propiamente dicha, estructurado en tres grandes bloques. El primero recoge las cuantificaciones tabuladas del total de patentes y el análisis de determinados aspectos generales como la cronología de la invención y diversas comparaciones con resultados obtenidos en otros trabajos. El segundo bloque está centrado en los estudios de solicitantes de patentes, protagonistas de las invenciones. De ellos se contemplan una serie de datos extraídos de los expedientes, y posteriormente tabulados y cuantificados: su procedencia geográfica, su adscripción como empresas o solicitantes particulares, y sus datos de colaboración, finalizando el bloque con un apartado que dedicamos a la innovación femenina, que consideramos una línea de investigación interés. El tercer bloque, el más amplio de todos, está dedicado a la descripción y análisis de los datos referidos a los propios inventos, puesto que es la aplicación de los inventos lo que marca el desarrollo tecnológico de la máquina bicicleta, y su consiguiente evolución histórica y social. Se estructura asimismo en varias secciones. La primera es la más amplia, donde se muestran y explican los datos que tienen que ver con la adscripción de los inventos a sectores temáticos, es decir, que desarrolla las funciones o componentes de la bicicleta que han sido objeto de invención. Los apartados siguientes muestran datos y consideraciones sobre las patentes puestas en práctica, las invenciones incrementales, los inventos curiosos, y las patentes con posible marca registrada de su nombre. Finalmente, las conclusiones del estudio, el establecimiento de posibles líneas abiertas de investigación, la relación de fuentes consultadas y los anexos cerrarán la exposición de esta tesis. ABSTRACT The main goal of this research thesis is to shed light on a specific documentary record: patents presented in Spain, regarding a specific theme: bicycles and cycling, within a given period: 1826-1929. This record is organized for the ulterior use by the scientific community. In order to carry out this goal, the mentioned patents have been identified and systematized, and analyzed for frequency in order to infer the incidence of its invention in the period under consideration. This has brought to light some information on the inventors which are, after all, the creators in the technological development of that field. Their bibliographical information: origin, type of inventor (company or individual), gender, collaboration behavior and profession. Finally, the type of inventions has been studied, showing the sectors in which inventions are produced, whether these were transferred to practice, and other key information like the incremental nature of their invention, their possible consideration as ‘rare or curious invention’, and their coexistence with a registered trademark. This thesis is organized with an initial introduction, after which a section outlines the theoretical framework for the research along two axes: first the context of the patent documents, their relation with innovation and their usefulness as information sources; second, the invention of cycling and the development phases of bicycles. In the methodological section the sources and methodology are explained and reasoned, followed by the research design: 1-determination of the data universe, 2-consultation at the historical archive of the OEPM (National Patent Office), 3-design and creation of a database, 3-analysis of the files and image catchment, 5-treatment and analysis of data, 6-browsing of source information for foreign patents, and 7-consultation of the trademark information at the OEPM. Chapter 4 is dedicated to research itself, in three main sections. The first one has the quantification of the patent total in tables and the analysis of specific overall chronological aspects of the invention, and some comparisons with the results obtained in other research. The second section is centered on the studies of patent requests and inventors. Some data extracted from the files has been systematized: geographical origin, adscriptions as companies or individuals, and their collaboration data, ending with a sub-section on women’s invention, which we consider an interesting research line. The third section, the biggest one of them all, is dedicated to the description and analysis of the data referred to the inventions themselves, because it is the application of the inventions which constitutes the technological development of the bicycle, and therefore its historical and social evolution. It is also structured in various sub-sections. The first one is the longest one, with information regarding the thematic typology of the inventions: functions and bicycle components which are innovated. The other ensuing subsections study patents which were actually incorporated and used, incremental inventions, curious inventions and patents with possible associated trademarks. Finally, the study conclusions, the establishment of lines of potential further research, the references used, and the annexes which culminate the thesis exposition.

Análise de sobrevivência ao cancro colo-retal nos períodos 2000-2001 e 2007-2008 na região norte de Portugal

O cancro colo-retal é um dos tipos de cancro mais comuns, em ambos os sexos, tendo em conta os dados existentes nos registos oncológicos nas mais diversas regiões do globo, facto que acontece também na região Norte de Portugal. O objetivo desta dissertação foi utilizar métodos de análise de sobrevivência tradicional e de análise de sobrevivência relativa, em dados do cancro colo-retal, considerando um período de observação de 5 anos. Os dados analisados são provenientes do Registo Oncológico Regional do Norte (RORENO), obtendo-se, após inspeção e tratamento prévio, um total de 2855 pacientes aos quais foi diagnosticado cancro colo-retal em dois períodos distintos, 2000-2001 e 2007- 2008. Pretendeu-se também determinar de que forma as covariáveis influenciam a sobrevivência, e como esta evoluiu entre essas duas coortes. Dado não existir informação sobre as causas de morte, foi objetivo deste estudo estimar que parte da mortalidade observada se deve à doença em questão e que parte se deve a outras causas que afetam a mortalidade da população geral. Foram, também, estimados os coeficientes das covariáveis consideradas para os modelos adotados. Todos os resultados foram obtidos utilizando como recurso o software R e seus pacotes adequados. Utilizaram-se diversos métodos tais como Kaplan-Meier, Cox, Ederer II e Net Survival, sendo este último considerado o mais adequado a este tipo de estudo pois é considerado pela comunidade científica o único estimador centrado para análise de sobrevivência relativa e cujas propriedades estatísticas permitem a sua utilização em estudos comparativos entre países. Verificou-se, por este estimador, que não existem diferenças significativas na sobrevivência em função do sexo, idade, distrito ou localização do cancro (cólon ou reto). Por outro lado verificaram-se diferenças significativas para a sobrevivência em função do estadio e das coortes, registando-se um acréscimo global de 8.5% na sobrevivência aos 5 anos de 2000-2001 para 2007-2008. Por fim destacam-se alguns aspetos que merecem atenção em estudos futuros.

O efeito do stresse no julgamento moral: um estudo experimental

Dissertação de Mestrado, Psicologia Clínica e da Saúde, Faculdade de Ciências Humanas e Sociais, Universidade do Algarve, 2015

Observational research on golf-related injuries

The determination of aetiological factors in sports injuries is challenging. Recently, investigators have devoted significant attention to this topic. A reasonable amount of studies provides information on the occurrence, aetiology, and severity of golf-related injuries. However, gaps of evidence still limit the understanding of the injury problem in golf and the comparability of epidemiological findings. Observational studies using surveys and medical records were reviewed. Surveys are suited to find precise occurrence patterns of golf-related injuries, but fail to adequately ascertain the levels of exposure and aetiological factors. Due to the proximity to the injury event, medical records are able to clearly identify the aetiology and severity of golf-related injuries. While reviewing observational studies using surveys a comment was provided on the methodological quality and risk of bias. Overall, these studies seem to be disturbed on their ability to produce generalizations and comparison of study findings. With the information obtained from reviewing observational studies and the collaboration of a panel of internationally recognised experts on golf science and sports injury research, a web-based bilingual questionnaire was developed and tested for one of the provided languages. The bilingual nature of the questionnaire is also expected to facilitate the acceptance of the scientific community and enable the translation to different languages. A standardised questionnaire applied in different cultural contexts is expected to help and further improve the comparability of epidemiological findings. The questionnaire was proficient in capturing information on golf-related injuries and participation habits of golfers. While using a wider outcome definition focusing on any type of physical complaints, episodes of injury could be recognized despite onset and level of severity. Questions on the need for medical attention, time loss, and impact on performance also enabled additional categorisation of severity.