ITO/SiOx/Si optical sensor with internal gain

A visible/near-infrared optical sensor based on an ITO/SiOx/n-Si structure with internal gain is presented. This surface-barrier structure was fabricated by a low-temperature processing technique. The interface properties and carder transport were investigated from dark current-voltage and capacitance-voltage characteristics. Examination of the multiplication properties was performed under different light excitation and reverse bias conditions. The spectral and pulse response characteristics are analysed. The current amplification mechanism is interpreted by the control of electron current by the space charge of photogenerated holes near the SiOx/Si interface. The optical sensor output characteristics and some possible device applications are presented.

Substrate interaction with recombinant amidase from Pseudomonas aeruginosa during biocatalysis

The interaction of a variety of substrates with Pseudomonas aeruginosa native amidase (E.C. 3.5.1.4), overproduced in an Escherichia coli strain, was investigated using difference FTIR spectroscopy. The amides used as substrates showed an increase in hydrogen bonding upon association in multimers, which was not seen with esters. Evidence for an overall reduction or weakening of hydrogen bonding while amide and ester substrates are interacting with the enzyme is presented. The results describe a spectroscopic approach for analysis of substrate-amidase interaction and in situ monitoring of the hydrolysis and transferase reaction when amides or esters are used as substrates.

Femtosecond laser ablation of dentin

The surface morphology, structure and composition of human dentin treated with a femtosecond infrared laser (pulse duration 500 fs, wavelength 1030 nm, fluences ranging from 1 to 3 J cm(-2)) was studied by scanning electron microscopy, x-ray diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy and Fourier transform infrared spectroscopy. The average dentin ablation threshold under these conditions was 0.6 +/- 0.2 J cm(-2) and the ablation rate achieved in the range 1 to 2 mu m/pulse for an average fluence of 3 J cm(-2). The ablation surfaces present an irregular and rugged appearance, with no significant traces of melting, deformation, cracking or carbonization. The smear layer was entirely removed by the laser treatment. For fluences only slightly higher than the ablation threshold the morphology of the laser-treated surfaces was very similar to the dentin fracture surfaces and the dentinal tubules remained open. For higher fluences, the surface was more porous and the dentin structure was partially concealed by ablation debris and a few resolidified droplets. Independently on the laser processing parameters and laser processing method used no sub-superficial cracking was observed. The dentin constitution and chemical composition was not significantly modified by the laser treatment in the processing parameter range used. In particular, the organic matter is not preferentially removed from the surface and no traces of high temperature phosphates, such as the beta-tricalcium phosphate, were observed. The achieved results are compatible with an electrostatic ablation mechanism. In conclusion, the high beam quality and short pulse duration of the ultrafast laser used should allow the accurate preparation of cavities, with negligible damage of the underlying material.

Photodiode with nanocrystalline Si/amorphous Si absorber bilayer

This letter reports a near-ultraviolet/visible/near-infrared n(+)-n-i-delta(i)-p photodiode with an absorber comprising a nanocrystalline silicon n layer and a hydrogenated amorphous silicon i layer. Device modeling reveals that the dominant source of reverse dark current is deep defect states in the n layer, and its magnitude is controlled by the i layer thickness. The photodiode with the 900/400 nm thick n-i layers exhibits a reverse dark current density of 3nA/cm(2) at -1V. Donor concentration and diffusion length of holes in the n layer are estimated from the capacitance-voltage characteristics and from the bias dependence of long-wavelength response, respectively. (C) 2011 American Institute of Physics. [doi: 10.1063/1.3660725]

Pseudomonas aeruginosa amidase: Aggregation in recombinant Escherichia coli

The effect of cultivation parameters such as temperature incubation, IPTG induction and ethanol shock on the production of Pseudomonasaeruginosa amidase (E.C.3.5.1.4) in a recombinant Escherichia coli strain in LB ampicillin culture medium was investigated. The highest yield of solubleamidase, relatively to other proteins, was obtained in the condition at 37 degrees C using 0.40 mM IPTG to induce growth, with ethanol. Our results demonstrate the formation of insoluble aggregates containing amidase, which was biologically active, in all tested growth conditions. Addition of ethanol at 25 degrees C in the culture medium improved amidase yield, which quantitatively aggregated in a biologically active form and exhibited in all conditions an increased specific activity relatively to the soluble form of the enzyme. Non-denaturing solubilization of the aggregated amidase was successfully achieved using L-arginine. The aggregates obtained from conditions at 37 degrees C by Furier transform infrared spectroscopy (FTIR) analysis demonstrated a lower content of intermolecular interactions, which facilitated the solubilization step applying non-denaturing conditions. The higher interactions exhibited in aggregates obtained at suboptimal conditions compromised the solubilization yield. This work provides an approach for the characterization and solubilization of novel reported biologically active aggregates of this amidase.

Removal of sulfamethoxazole from solution by raw and chemically treated walnut shells

Purpose: The sorption of sulfamethoxazole, a frequently detected pharmaceutical compound in the environment, onto walnut shells was evaluated. Methods: The sorption proprieties of the raw sorbent were chemically modified and two additional samples were obtained, respectively HCl and NaOH treated. Scanning electron microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy, X-ray photoelectron spectroscopy, and thermogravimetric (TG/DTG) techniques were applied to investigate the effect of the chemical treatments on the shell surface morphology and chemistry. Sorption experiments to investigate the pH effect on the process were carried out between pH 2 and 8. Results: The chemical treatment did not substantially alter the structure of the sorbent (physical and textural characteristics) but modified the surface chemistry of the sorbent (acid–base properties, point of zero charge—pHpzc). The solution pH influences both the sorbent’s surface charge and sulfamethoxazole speciation. The best removal efficiencies were obtained for lower pH values where the neutral and cationic sulfamethoxazole forms are present in the solution. Langmuir and Freundlich isotherms were applied to the experimental adsorption data for sulfamethoxazole sorption at pH 2, 4, and 7 onto raw walnut shell. No statistical difference was found between the two models except for the pH 2 experimental data to which the Freundlich model fitted better. Conclusion: Sorption of sulfamethoxazole was found to be highly pH dependent in the entire pH range studied and for both raw and treated sorbent.

Autoxidação de ácidos gordos na presença de antioxidantes naturais e sintéticos

Nas últimas décadas, devido ao desenvolvimento económico, e a uma necessidade constante de gerir os recursos energéticos, existe uma necessidade de procurar novas fontes de energia, em particular fontes de energia renováveis. O biodiesel surge assim como uma energia alternativa ao combustível fóssil. Este biocombustível tem ganho uma importância significativa na sociedade moderna. Quimicamente o biodiesel é constituído por ésteres metílicos de ácidos gordos de cadeia longa, derivados de óleos vegetais ou gorduras animais. O principal problema que este enfrenta é a sua susceptibilidade à oxidação, devido ao seu conteúdo de ácidos gordos insaturados, logo existe uma procura constante de soluções que possam solucionar este problema. É necessária a identificação de técnicas e métodos para retardar a seu envelhecimento ao longo do tempo. O objectivo deste trabalho consiste no estudo da estabilidade do biodiesel ao longo do tempo, quando armazenado a diferentes condições de temperatura, superiores às normalmente suportadas pelo biodiesel durante o armazenamento, de modo a acelerar o processo de degradação. As amostras de biodiesel foram sujeitas a duas temperaturas. Uma amostra de biodiesel não estabilizado foi colocada a uma temperatura entre 40 e 50ºC ao longo de 203 dias, e uma outra amostra foi colocada a uma temperatura entre 95º e 105ºC ao longo de 146 dias. Realizaram-se ensaios semanais de modo registar a evolução do envelhecimento do biodiesel. As análises foram efectuadas por espectrofotometria de ultravioleta e visível (UV-VIS) e por espectroscopia de absorção na região do infravermelho (FTIR). No UV-VIS foi possível observar que o aumento de temperatura foi responsável pela aceleração da oxidação do biodiesel que resulta num aumento generalizado da absorvância do biodiesel. Através das análises efectuadas no FTIR verificou-se a formação e aumento da banda dos hidroperóxidos (grupo ROOH) localizada entre 3000 e 3600 cm-1 nos espectros, e igualmente um alargamento na banda dos carbonilos (grupo C=O) entre 1500 e 1900 cm-1. Numa fase posterior testaram-se antioxidantes para retardar o envelhecimento do biodiesel. Os ensaios foram efectuados a uma temperatura entre 95º e 105ºC. Os antioxidantes utilizados foram o galhato de propilo (PG), o galhato de etilo (EG) e o ácido gálhico (AG). Recorreu-se a técnicas como o UV-VIS e o FTIR para o registo dos espectros do biodiesel ao longo do tempo. Através destas técnicas foi possível verificar a influência de antioxidantes na estabilidade oxidativa do biodiesel. O PG foi o antioxidante que melhor desempenho mostrou no retardamento da oxidação do biodiesel e a técnica que melhor permitiu analisar a acção dos antioxidantes foi o UVVIS. Os resultados obtidos por FTIR não se mostraram tão conclusivos. Para caracterizar o envelhecimento do biodiesel não estabilizado e estabilizado utilizou-se também a cromatografia gasosa (CG) para quantificar a percentagem de ésteres metílicos presentes nas diferentes amostras no inicio e no fim do processo de oxidação. O biodiesel envelheceu mais rapidamente para temperaturas mais elevadas e comprovou-se que o antioxidante que melhor estabiliza o biodiesel é o PG.

Detecção e seguimento de objectos em imagens termográficas: análise experimental de modelos de descrição

A instalação de sistemas de videovigilância, no interior ou exterior, em locais como aeroportos, centros comerciais, escritórios, edifícios estatais, bases militares ou casas privadas tem o intuito de auxiliar na tarefa de monitorização do local contra eventuais intrusos. Com estes sistemas é possível realizar a detecção e o seguimento das pessoas que se encontram no ambiente local, tornando a monitorização mais eficiente. Neste contexto, as imagens típicas (imagem natural e imagem infravermelha) são utilizadas para extrair informação dos objectos detectados e que irão ser seguidos. Contudo, as imagens convencionais são afectadas por condições ambientais adversas como o nível de luminosidade existente no local (luzes muito fortes ou escuridão total), a presença de chuva, de nevoeiro ou de fumo que dificultam a tarefa de monitorização das pessoas. Deste modo, tornou‐se necessário realizar estudos e apresentar soluções que aumentem a eficácia dos sistemas de videovigilância quando sujeitos a condições ambientais adversas, ou seja, em ambientes não controlados, sendo uma das soluções a utilização de imagens termográficas nos sistemas de videovigilância. Neste documento são apresentadas algumas das características das câmaras e imagens termográficas, assim como uma caracterização de cenários de vigilância. Em seguida, são apresentados resultados provenientes de um algoritmo que permite realizar a segmentação de pessoas utilizando imagens termográficas. O maior foco desta dissertação foi na análise dos modelos de descrição (Histograma de Cor, HOG, SIFT, SURF) para determinar o desempenho dos modelos em três casos: distinguir entre uma pessoa e um carro; distinguir entre duas pessoas distintas e determinar que é a mesma pessoa ao longo de uma sequência. De uma forma sucinta pretendeu‐se, com este estudo, contribuir para uma melhoria dos algoritmos de detecção e seguimento de objectos em sequências de vídeo de imagens termográficas. No final, através de uma análise dos resultados provenientes dos modelos de descrição, serão retiradas conclusões que servirão de indicação sobre qual o modelo que melhor permite discriminar entre objectos nas imagens termográficas.

Síntese e caracterização de redes metalo-orgânicas de fármacos

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

Preservation of catechin antioxidant properties loaded in carbohydrate nanoparticles

Epigallocatechin gallate (EGCG), an antioxidant with several pharmacological and biological activities, was encapsulated in carbohydrate particles to preserve its antioxidant properties and improve its bioavailability. Gum arabic–maltodextrin particles loaded with EGCG (EGCG/P) were successfully produced by homogenization and spray-drying, with an EGCG loading efficiency of 96 ± 3%. Spray-dried particles are spherical or corrugated and polydisperse with diameters less than 20 m. The particles in aqueous suspension revealed two main populations, with mean average diameters of 40 nm and 400 nm. Attenuated total reflection-infrared spectroscopy (ATR-IR) confirmed that EGCG was incorporated in the carbohydrate matrix by intermolecular interactions, maintaining its chemical integrity. Atomic force microscopy imaging proved the particle spherical shape and size. The present study demonstrates that the carbohydrate matrix is able to preserve EGCG antioxidant properties, as proof of concept to be used as polymeric drug carrier.

Catalytic behavior of alkali-treated Pt/HMOR n-hexane hydroisomerization

Bifunctional Pt-HMOR catalysts were prepared by incipient wetness impregnation of various desilicated MOR obtained by alkaline treatment using NaOH concentrations ranging from 0.1 to 0.5 M. The zeolite structural changes upon modification were investigated by several techniques including powder X-ray diffraction,Al-27 and Si-29 MAS-NMR spectroscopy, N-2 adsorption, pyridine adsorption followed by infrared spectroscopy and the catalytic model reaction of m-xylene transformation. For low alkaline concentration the zeolite acidity is preserved, along with a slight increase of the volume correspondent to the larger micropores due to the removal of extra-framework debris already existent at the parent zeolite. At higher NaOH concentrations there is a significant loss of crystalinity and acidity as well as the formation of mesoporosity. The characterization of the metal function shows similar patterns for Pt-HMOR and Pt-M/0.1 samples, with Pt particles located mainly inside the inner porosity. In contrast, large Pt particles become visible at the intercrystalline mesoporosity of MOR crystals developed during the desilication treatments at severe alkaline conditions. The catalytic results obtained for n-hexane hydroisomerization showed an improved selectivity for dibranched over monobranched isomers for Pt-M/0.1 sample, likely due to the preservation of the support acidity and the slight enlargement of the micropores. This work is a new example in which the mesoporous development does not improve the catalytic efficiency of the zeolites, whereas mild alkaline desilication might be considered as an effective solution to produce customized catalysts with enhanced performance for a given application. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

Investigation of structural effects and behaviour of pseudomonas aeruginosa amidase encapsulated in reserved micelles

The acetohydroxamic acid synthesis reaction was studied using whole cells, cell-free extract and purified amidase from the strains of Pseudomonas aeruginosa L10 and A13 entrapped in a reverse micelles system composed of cationic surfactant tetradecyltrimethyl ammonium bromide. The specific activity of amidase, yield of synthesis and storage stability were determined for the reversed micellar system as well as for free amidase in conventional buffer medium. The results have revealed that amidase solutions in the reverse micelles system exhibited a substantial increase in specific activity, yield of synthesis and storage stability. In fact, whole cells from P. aeruginosa L10 and AI3 in reverse micellar medium revealed an increase in specific activity of 9.3- and 13.9-fold, respectively, relatively to the buffer medium. Yields of approximately 92% and 66% of acetohydroxamic acid synthesis were obtained for encapsulated cell free extract from P. aeruginosa L10 and A13, respectively. On the other hand, the half-life values obtained for the amidase solutions encapsulated in reverse micelles were overall higher than that obtained for the free amidase solution in buffer medium. Half-life values obtained for encapsulated purified amidase from P. aeruginosa strain L10 and encapsulated cell-free extract from P. aeruginosa strain AI3 were of 17.0 and 26.0 days, respectively. As far as the different sources biocatalyst are concerned, the data presented in this work has revealed that the best results, in both storage stability and biocatalytic efficiency, were obtained when encapsulated cell-free extract from P. aeruginosa strain AI3 at 14/0 of 10 were used. Conformational changes occurring upon encapsulation of both strains enzymes in reverse micelles of TAB in heptane/octanol were additionally identified by FTIR spectroscopy which clarified the biocatalysts performances.

Desenvolvimento de métodos rápidos para deteção de drogas no meio aquático

A vasta aplicação de antibióticos em sistemas de aquacultura tem conduzido ao aparecimento de espécies microbianas resistentes, devendo ser evitada ou, se possível, minimizada. A minimização implica um controlo muito rigoroso das doses aplicadas, algo que só pode ser realizado se todo o processo analítico for simples, barato e puder ser implementado no local. O presente trabalho descreve para este efeito um sistema sensor constituído por papel quimicamente modificado, cujo procedimento analítico foi semelhante à monitorização de pH através das conhecidas tiras indicadoras de pH universal. O papel foi modificado com base em reacções de monocamadas e assumiu uma coloração típica após contacto com o antibiótico. A intensidade da coloração estava também relacionada com a concentração desse antibiótico. Como prova deste conceito, o sensor proposto foi desenhado tendo em vista a monitorização de oxitetraciclina, um dos antibióticos utilizados neste contexto com elevada frequência. A modificação do papel foi baseada na alteração química das unidades de glucose na matriz sólida por reacção covalente com reagentes apropriados. Foram utilizadas duas estratégias diferentes para este efeito: uma foi baseada em reacções de tipo sol-gel e a outra em reacção de adição nucleófila. Posteriormente, o papel foi modificado com espécies metálicas capazes de mudar de cor na presença da oxitetraciclina. Estas modificações químicas foram avaliadas e optimizadas relativamente a vários parâmetros, no sentido de promover uma variação de cor intensa face à concentração de antibiótico. Procedeu-se ainda ao controlo desta modificação por técnicas de espectroscopia de infravermelho. A variação de cor foi avaliada por comparação visual, mas registada por imagem digital. Os materiais sensores preparados foram ainda caracterizados do ponto de vista do seu desempenho analítico. Incluíram-se aqui a identificação de uma relação linear entre coordenadas de cor e concentração, a atribuição de uma gama de concentrações capaz de fornecer uma resposta previsível e resposta cruzada face a outros antibióticos. Procedeu-se ainda à aplicação dos sensores numa amostra de água ambiental dopada com antibiótico. De uma forma geral, foi possível estabelecer um processo simples de modificação de papel capaz de aferir a presença e a quantidade de tetraciclinas, mais concretamente a oxitetraciclina. O processo aqui estabelecido é promissor, antevendo a concretização de uma metodologia simples, barata e local para a monitorização de anitbióticos em águas.

Desidratação/oxidação seletiva de metanol recorrendo a catalisadores heterogéneos para a obtenção de biocombustíveis (DME e DMM)

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

Calixarenos metálicos catalisadores de reacções orgânicas industriais sustentáveis

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