Diamond microelectrodes for corrosion studies

Este trabalho teve como objetivos a produção, caracterização e aplicação de microelétrodos (MEs) de diamante como sensores amperométricos e potenciométricos em sistemas de corrosão nos quais a agressividade do meio e a presença de produtos de corrosão, constituem obstáculos que podem diminuir o desempenho, ou inviabilizar a utilização, de outros tipos de sensores. Os microeléctrodos são baseados em filmes finos de diamante dopado com boro (BDD – Boron Doped Diamond) depositados sobre fios de tungsténio afiados, através do método de deposição química a partir da fase vapor, assistida por filamento quente (HFCVD – Hot Filament Chemical Vapor Deposition). A otimização das diversas etapas de fabricação dos MEs deu origem ao desenvolvimento de um novo sistema de afiamento eletroquímico para obtenção destes fios e a várias opções para a obtenção dos filmes de diamante condutor e seu isolamento com resinas para exposição apenas da ponta cilíndrica. A qualidade cristalina dos filmes de diamante foi avaliada por espectroscopia de Raman. Esta informação foi complementada com uma caracterização microestrutural dos filmes de diamante por microscopia eletrónica de varrimento (SEM), em que se fez a identificação da tipologia dos cristais como pertencendo às gamas de diamante nanocristalino ou microcristalino. Os filmes de BDD foram utilizados na sua forma não modificada, com terminações em hidrogénio e também com modificação da superfície através de tratamentos de plasma RF de CF4 e O2 indutores de terminações C-F no primeiro caso e de grupos C=O, C-O-C e C-OH no segundo, tal como determinado por XPS. A caracterização eletroquímica dos MEs não modificados revelou uma resposta voltamétrica com elevada razão sinal/ruído e baixa corrente capacitiva, numa gama de polarização quasi-ideal com extensão de 3 V a 4 V, dependente dos parâmetros de crescimento e pós-tratamentos de superfície. Estudou-se a reversibilidade de algumas reações heterogéneas com os pares redox Fe(CN)6 3-/4- e FcOH0/+ e verificou-se que a constante cinética, k0, é mais elevada em elétrodos com terminações em hidrogénio, nos quais não se procedeu a qualquer modificação da superfície. Estes MEs não modificados foram também testados na deteção de Zn2+ onde se observou, por voltametria cíclica, que a detecção da redução deste ião é linear numa escala log-log na gama de 10-5-10-2 M em 5 mM NaCl. Realizaram-se também estudos em sistemas de corrosão modelares, em que os microeléctrodos foram usados como sensores amperométricos para mapear a distribuição de oxigénio e Zn2+ sobre um par galvânico Zn-Fe, com recurso a um sistema SVET (Scanning Vibrating Electrode Technique). Foi possível detetar, com resolução lateral de 100 μm, um decréscimo da concentração de O2 junto a ambos os metais e produção de catiões de zinco no ânodo. Contudo verificou-se uma significativa deposição de zinco metálico na superfície dos ME utilizados. Os MEs com superfície modificada por plasma de CF4 foram testados como sensores de oxigénio dissolvido. A calibração dos microeléctrodos foi efetuada simultaneamente por voltametria cíclica e medição óptica através de um sensor de oxigénio comercial. Determinou-se uma sensibilidade de ~0.1422 nA/μM, com um limite de deteção de 0.63 μM. Os MEs modificados com CF4 foram também testados como sensores amperométricos com os quais se observou sensibilidade ao oxigénio dissolvido em solução, tendo sido igualmente utilizados durante a corrosão galvânica de pares Zn-Fe. Em alguns casos foi conseguida sensibilidade ao ião Zn2+ sem que o efeito da contaminação superficial com zinco metálico se fizesse sentir. Os microeléctrodos tratados em plasma de CF4 permitem uma boa deteção da distribuição de oxigénio, exibindo uma resposta mais rápida que os não tratados além de maior estabilidade de medição e durabilidade. Nos MEs em que a superfície foi modificada com plasma de O2 foi possível detetar, por cronopotenciometria a corrente nula, uma sensibilidade ao pH de ~51 mV/pH numa gama de pH 2 a pH 12. Este comportamento foi associado à contribuição determinante de grupos C-O e C=O, observados por XPS com uma razão O/C de 0,16. Estes MEs foram igualmente testados durante a corrosão galvânica do par Zn-Fe onde foi possível mapear a distribuição de pH associada ao desenvolvimento de regiões alcalinas causadas pela redução do oxigénio, acima da região catódica, e de regiões ácidas decorrentes da dissolução anódica do ânodo de zinco. Com o par galvânico imerso em 50 mM NaCl registou-se uma variação de pH aproximadamente entre 4,8 acima do ânodo de zinco a 9,3 sobre o cátodo de ferro. A utilização pioneira destes MEs como sensores de pH é uma alternativa promissora aos elétrodos baseados em membranas seletivas.

Extension of electrochemically active sites in SOFCs and SOECs

Solid oxide fuel (SOFCs) and electrolyzer (SOECs) cells have been promoted as promising technologies for the stabilization of fuel supply and usage in future green energy systems. SOFCs are devices that produce electricity by the oxidation of hydrogen or hydrocarbon fuels with high efficiency. Conversely, SOECs can offer the reverse reaction, where synthetic fuels can be generated by the input of renewable electricity. Due to this similar but inverse nature of SOFCs and SOECs, these devices have traditionally been constructed from comparable materials. Nonetheless, several limitations have hindered the entry of SOFCs and SOECs into the marketplace. One of the most debilitating is associated with chemical interreactions between cell components that can lead to poor longevities at high working temperatures and/or depleted electrochemcial performance. Normally such interreactions are countered by the introduction of thin, purely ionic conducting, buffer layers between the electrode and electrolyte interface. The objective of this thesis is to assess if possible improvements in electrode kinetics can also be obtained by modifying the transport properties of these buffer layers by the introduction of multivalent cations. The introduction of minor electronic conductivity in the surface of the electrolyte material has previously been shown to radically enhance the electrochemically active area for oxygen exchange, reducing polarization resistance losses. Hence, the current thesis aims to extend this knowledge to tailor a bi-functional buffer layer that can prevent chemical interreaction while also enhancing electrode kinetics.The thesis selects a typical scenario of an yttria stabilized zirconia electrolyte combined with a lanthanide containing oxygen electrode. Gadolinium, terbium and praseodymium doped cerium oxide materials have been investigated as potential buffer layers. The mixed ionic electronic conducting (MIEC) properties of the doped-cerium materials have been analyzed and collated. A detailed analysis is further presented of the impact of the buffer layers on the kinetics of the oxygen electrode in SOFC and SOEC devices. Special focus is made to assess for potential links between the transport properties of the buffer layer and subsequent electrode performance. The work also evaluates the electrochemical performance of different K2NiF4 structure cathodes deposited onto a peak performing Pr doped-cerium buffer layer, the influence of buffer layer thickness and the Pr content of the ceria buffer layer. It is shown that dramatic increases in electrode performance can be obtained by the introduction of MIEC buffer layers, where the best performances are shown to be offered by buffer layers of highest ambipolar conductivity. These buffer layers are also shown to continue to offer the bifunctional role to protect from unwanted chemical interactions at the electrode/electrolyte interface.

Alkaline-earth aluminosilicate-based glass and glass-ceramic sealants for functional applications

The planar design of solid oxide fuel cell (SOFC) is the most promising one due to its easier fabrication, improved performance and relatively high power density. In planar SOFCs and other solid-electrolyte devices, gas-tight seals must be formed along the edges of each cell and between the stack and gas manifolds. Glass and glass-ceramic (GC), in particular alkaline-earth alumino silicate based glasses and GCs, are becoming the most promising materials for gas-tight sealing applications in SOFCs. Besides the development of new glass-based materials, new additional concepts are required to overcome the challenges being faced by the currently existing sealant technology. The present work deals with the development of glasses- and GCs-based materials to be used as a sealants for SOFCs and other electrochemical functional applications. In this pursuit, various glasses and GCs in the field of diopside crystalline materials have been synthesized and characterized by a wide array of techniques. All the glasses were prepared by melt-quenching technique while GCs were produced by sintering of glass powder compacts at the temperature ranges from 800−900 ºC for 1−1000 h. Furthermore, the influence of various ionic substitutions, especially SrO for CaO, and Ln2O3 (Ln=La, Nd, Gd, and Yb), for MgO + SiO2 in Al-containing diopside on the structure, sintering and crystallization behaviour of glasses and properties of resultant GCs has been investigated, in relevance with final application as sealants in SOFC. From the results obtained in the study of diopside-based glasses, a bilayered concept of GC sealant is proposed to overcome the challenges being faced by (SOFCs). The systems designated as Gd−0.3 (in mol%: 20.62MgO−18.05CaO−7.74SrO−46.40SiO2−1.29Al2O3 − 2.04 B2O3−3.87Gd2O3) and Sr−0.3 (in mol%: 24.54 MgO−14.73 CaO−7.36 SrO−0.55 BaO−47.73 SiO2−1.23 Al2O3−1.23 La2O3−1.79 B2O3−0.84 NiO) have been utilized to realize the bi-layer concept. Both GCs exhibit similar thermal properties, while differing in their amorphous fractions, revealed excellent thermal stability along a period of 1,000 h. They also bonded well to the metallic interconnect (Crofer22APU) and 8 mol% yttrium stabilized zirconium (8YSZ) ceramic electrolyte without forming undesirable interfacial layers at the joints of SOFC components and GC. Two separated layers composed of glasses (Gd−0.3 and Sr−0.3) were prepared and deposited onto interconnect materials using a tape casting approach. The bi-layered GC showed good wetting and bonding ability to Crofer22APU plate, suitable thermal expansion coefficient (9.7–11.1 × 10–6 K−1), mechanical reliability, high electrical resistivity, and strong adhesion to the SOFC componets. All these features confirm the good suitability of the investigated bi-layered sealant system for SOFC applications.

Optimização de painéis laminados com furos

Neste trabalho é feita a optimização de estruturas laminadas do tipo placa-casca, construídas por materiais compósitos, fazendo-se uso de um modelo discreto baseado na Teoria de Kirchhoff em conjugação com a Teoria da Camada Única Equivalente.As análises estrutural e de sensibilidades de estruturas em regime estático com comportamento geometricamente não linear, em vibrações livres, e em estabilidade linear, são desenvolvidas para um elemento finito triangular plano de 3 nós, com 18 graus de liberdade. A optimização é feita considerando diferentes funções objectivo, tais como a maximização da energia elástica de deformação, a maximização da frequência fundamental e a maximização da carga crítica, e é baseada no método das sensibilidades. As sensibilidades destas funções objectivo em ordem ás variáveis de projeto são calculadas analíticamente, sendo a orientação das fibras as variáveis de projecto consideradas.

Caracterização dinâmica das bancadas principais do Estádio Algarve

No presente artigo apresenta-se o estudo de revisão do Projecto de Estabilidade e Fundações das Bancadas Nascente e Poente do Estádio Algarve. Dá-se relevo ao comportamento dinâmico da estrutura da Bancada Poente, com a descrição das respostas da mesma perante a acção sísmica e a acção das multidões.

Economical and operational optimization of CALB immobilization on MP1000 for amidation of olein fatty acids with ethanolamine

Dissertação de Mestrado , Engenharia Biológica, Faculdade de Engenharia de Recursos Naturais, Universidade do Algarve, 2008

Role of the different actin genes during extrusion of capping protein mutant cells in the Drosophila wing blade epithelium

Dissertação mest., Biotecnologia, Universidade do Algarve, 2008

Sub-produtos de desinfecção da água: síntese e caracterização espectroscópica, implementação de metodologias analíticas e estudo da actividade genotóxica

Dissertação de mest., Engenharia Biológica, Faculdade de Engenharia e de Recursos Naturais, Univ. do Algarve, 2008

Identification of reliable reference genes for quantitative gene expression in the Mozambique tilapia, Oreochromis mossambicus

Dissertação de mest., Biologia Marinha (Aquacultura), Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2010

Desenvolvimento de vectores não virais para terapia génica

Dissertação de mest., Ciências Biomédicas, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univ. do Algarve, 2011

Complexos de inclusão de fármacos com ciclodextrinas e cucurbiturilos. Aplicações farmacoterapêuticas

Esta monografia tem por objectivo analisar a contribuição da Química Supramolecular no desenvolvimento de aplicações farmacoterapêuticas. É apresentada uma revisão e é feita uma análise detalhada das propriedades e aplicações já existentes das ciclodextrinas e também de novos nano-contentores que possam ter estas aplicações no futuro, com destaque para os cucurbiturilos. A Química Supramolecular é o ramo da Química que se foca no estudo das interacções não covalentes. Segundo Jean-Marie Lehn, Prémio Nobel da Química em 1987, a Química Supramolecular é o campo da ciência que estuda os conceitos químicos, físicos e biológicos de espécies químicas de grande complexidade que se mantêm unidas e organizadas através de interacções não covalentes. Relacionado com a Química Supramolecular está o conceito drug delivery, o processo de administração de fármacos com finalidade terapêutica. Neste processo podem ser utilizados complexos moleculares que aprisionam um fármaco, protegendo-o e alterando o seu perfil de libertação, absorção, distribuição e eliminação. Desta forma o fármaco chega ao local de interesse de uma forma mais eficaz e segura. As Ciclodextrinas são estruturas da família dos ciclo-oligossacarídeos correntemente usadas nestas aplicações terapêuticas. Possuem uma cavidade relativamente apolar no seu interior, com a capacidade de encapsular componentes hidrofóbicos. O exterior é hidrofílico, sendo pois solúveis em água. Possuem baixa toxicidade, dependendo da via de administração. São usadas em aplicações farmacêuticas, nomeadamente como forma de melhorar a biodisponibilidade do fármaco. Os Cucurbiturilos são uma família de contentores moleculares que podem encapsular uma variedade de espécies catiónicas e neutras com alta afinidade. Por esta razão mostram grande potencial em drug delivery. Foram feitos vários estudos no sentido de avaliar a toxicidade e estabilidade destas moléculas transportadoras. Até agora todos os resultados apontam para um futuro promissor dos cucurbiturilos em aplicações farmacoterapêuticas.

Estudo de refolding oxidativo de proteínas

O folding oxidativo de proteínas consiste na formação de pontes dissulfureto intramoleculares envolvendo a oxidação de grupos tiol no sentido da criação de uma ligação entre duas cisteínas. Esta modificação postransducional é essencial para a estabilidade das proteínas, principalmente em proteínas secretadas para o meio extracelular. In vivo, o folding oxidativo ocorre no retículo endoplasmático e é assistido por uma série de proteínas que atuam como catalisadores. Estas reações em cadeia necessitam da presença de um aceitador final de eletrões. No presente trabalho foram estudadas duas vias que atuam no reticulo endoplasmático para o refolding oxidativo da proteína modelo Ribonuclease A: Uma via envolve a interação entre duas proteínas, a Endoplasmic Recticulum Oxireductase 1 (Ero1) e a Protein Disulfide Isomerase (PDI); A outra via envolve a interação da PDI com a Peroxiredoxin IV (PRDX4). Foi igualmente estudado o refolding oxidativo com uma enzima homóloga da PRDX4, a PRDX2, no sentido de compreender se existe especificidade na interação entre a PRDX4 e a PDI. O estudo do refolding oxidativo da Ribonuclease foi realizado in vitro e avaliado em géis SDS-PAGE-Tricina com o objetivo de verificar a diferença de mobilidades entre a Ribonuclease reduzida e oxidada no gel. Na via da PRDX4/PDI e PRDX2/PDI é necessária a introdução de Glucose e Glucose Oxidase, responsáveis pela produção de peróxido de hidrogénio que atua como aceitador final de eletrões desta via. Em todas as vias foi observado refolding oxidativo da RNase. Na via da Ero1/PDI este foi substancialmente mais rápido e ocorre, embora em muito menor grau, mesmo na ausência da PDI. Na via da PRDX4/PDI o refolding é mais lento e foi constatado que não existe especificidade da PRDX4 para a PDI visto que, na presença da PRDX2, os resultados foram semelhantes aos resultados obtidos com a PRDX4.

The effect of sucrose on protein stability and fibrillation of prion and S6 protein

Aggregation and fibrillation of proteins have a great importance in medicine and industry. Misfolding and aggregation are the basis of many neurodegenerative diseases like Alzheimer and Parkinson. Osmolytes are molecules that can accumulate within cells and act as protective agents and they can inclusively act as protein stabilizers when cells are exposed to stress conditions. Osmolytes can also act as protein stabilizers in vitro. In this work, two different proteins were studied, the ribosomal protein from Thermus thermophilus and the mouse prion protein. The existence of an unstructured N-terminal on the prion protein does not affect its stability. The effect of the osmolyte sucrose on the fibrillation and stabilization of these two proteins was studied through kinectic and equilibrium measurements. It was shown that sucrose is able to compact the native structure of S6 protein in fibrillization conditions. Sucrose affects also folding and unfolding kinetic of S6 protein, delaying unfolding and increasing folding rate constants. The mechanism of stabilization by sucrose is non-specific because it is distributed for all protein structure, as it was demonstrated by a protein engineering approach. Sucrose delays the process of formation and elongation of S6 and prion protein from mouse. This delay is the result of the compaction of the native structure refered above. However, cellular toxicity studies have shown that fibrils formed in the presence of sucrose are more toxic to neuronal cells.

Comportamento in vitro de formulações lipossomais de um aminoglicosídeo com actividade anti-parasitária: citotoxicidade e interacção lipossoma-célula

Os sistemas de veiculação de fármacos, presentemente, apresentam-se como uma alternativa viável às terapias convencionais. De entre os diversos sistemas de transporte passíveis de associar substâncias farmacologicamente activas, destacam-se os de base lipídica, em particular, os lipossomas, os quais constituem um dos sistemas mais estudados e com maior sucesso, comprovado pelo número de produtos em fase clínica ou já aprovados para utilização em humanos. Os lipossomas são estruturas constituídas por membranas lipídicas organizadas em bicamadas, fechadas e concêntricas, que permitem a encapsulação de moléculas hidrofílicas no espaço interno aquoso e hidrofóbicas na bicamada lipídica. No presente trabalho, foram desenvolvidas metodologias com vista à encapsulação em lipossomas do aminoglicosídeo, a Paromomicina (PRM). Este fármaco está indicado para o tratamento de doenças infecciosas nomeadamente parasitárias e bacterianas. Algumas das principais desvantagens resultantes da sua utilização em clínica são, o reduzido tempo de circulação na corrente sanguínea, rápida excreção renal e consequentemente insuficiente concentração intracelular do fármaco. Como forma de ultrapassar algumas das desvantagens apresentadas, foram desenvolvidas formulações lipossomais de PRM com vista a melhorar o desempenho deste antibiótico. Para tal, foram preparadas e caracterizadas diversas formulações lipossomais de PRM com vista à selecção daquelas que apresentem maiores valores de eficácia de encapsulação (E.E.), e superior estabilidade. Com as formulações seleccionadas foram realizados estudos in vitro de interacção lipossoma-célula, utilizando uma linha celular humana monocítica leucémica, THP-1. De entre as formulações desenvolvidas e seleccionadas para os estudos in vitro de a formulação DPPC:DPPG, foi uma das que apresentou uma E.E. superior a 80% e valores de internalização celular superiores a 90%.

Filodinâmica do vírus da tristeza dos citrinos: epidemiologia molecular e biologia evolutiva

O Citrus tristeza virus (CTV), responsável por várias doenças em citrinos, é um dos maiores condicionantes da citricultura a nível mundial. Existem diversos isolados de CTV com diferentes características biológicas e moleculares, sendo que os sintomas causados pelo vírus dependem essencialmente do isolado viral e da combinação variedade/porta-enxerto. A implementação de medidas de controlo da doença depende, em grande parte, do tipo de isolados presentes numa dada região. No Capítulo 2, efetuou-se uma análise comparativa entre dois métodos de tipificação de isolados de CTV e verificou-se que a caracterização por PCR assimétrico-ELISA, que considera a existência de sete grupos, é mais adequada à descrição da estrutura genética de CTV. Estes resultados foram complementados com o estudo da dinâmica de colonização de cada grupo filogenético através de um imuno-ensaio in situ (Capítulo 3). Os resultados obtidos sugerem que os isolados de CTV diferem na quantidade de células infetadas e que essa diferença parece estar relacionada com a severidade do isolado. No Capítulo 4, o estudo da variabilidade genómica da região 3’ terminal permitiu verificar que a estrutura de grupos obtida para o gene da proteína da cápside (CP) é extensível a toda a região 3’ terminal que contém os genes mais fortemente implicados na interação com o hospedeiro. A estabilidade da estrutura genética nesta região foi também inferida a partir da pesquisa de eventos de recombinação. Os resultados sugerem uma baixa frequência de recombinação entre isolados de CTV, mesmo em isolados contendo mistura de haplótipos e mantidos há mais de 12 anos no mesmo hospedeiro. Adicionalmente, foi estimada a taxa de evolução de CTV através de um método estatístico Bayesiano (Capítulo 5). Para tal, foram usadas sequências do gene da CP de isolados de diversas regiões do mundo, pertencentes a diferentes grupos filogenéticos e obtidas entre 1990 e 2010. A taxa média de evolução estimada foi de 1,58 X 10-4 substituições nucleotídicas / ano. No geral, os resultados destes dois capítulos mostram que os isolados de CTV mantêm uma elevada estabilidade genética ao longo do tempo. Finalmente, no Capítulo 6, foi estudada a situação epidemiológica de CTV em Portugal continental a partir de isolados de CTV recolhidos no campo, onde se verificou que a maioria das árvores infetadas era composta por isolados de CTV pertencentes ao grupo M, ou seja isolados considerados suaves e que não provocam sintomas severos.