Two potential clinical applications of the alkaline single-cell gel electrophoresis assay .1. Human bladder washings and transitional cell carcinoma of the bladder .2. Human sperm and male infertility

Part 1: The alkaline single-cell gel electrophoresis (comet) assay was used to analyse the integrity and DNA content of exfoliated cells extracted from bladder washing specimens from 9 transitional cell carcinoma patients and 15 control patients. DNA damage, as expressed by % tail DNA and tail moment values, was observed to occur in cells from both control and bladder cancer samples. The extent of the damage was, however, found to be significantly greater in the cancer group than in the control group. Comet optical density values were also recorded for each cell analysed in the comet assay and although differences observed between tumour grades were not found to be statistically significant, the mean comet optical density value was observed to be greater in the cancer group than in the control population studied, These preliminary results suggest that the comet assay may have potential as a diagnostic tool and as a prognostic indicator in transitional cell carcinoma, Part 2: Baseline DNA damage in sperm cells from 13 normozoospermic fertile males, 17 normozoospermic infertile males and 11 asthenozoospermic infertile males were compared using a modified alkaline comet assay technique. No significant difference in the level of baseline DNA damage was observed between the 3 categories of sperm studied; however the untreated sperm cells were observed to display approximately 20% tail DNA. This is notably higher than the background DNA damage observed in somatic cells where the % tail DNA is normally less than 5%. Sperm from the 3 groups of men studied were also compared for sensitivity to DNA breakage, using the modified alkaline comet assay, following X-ray irradiations (5, 10 and 30 Gy) and hydrogen peroxide treatments (40, 100 and 200 mu M). Significant levels of X-ray-induced damage were found relative to untreated control sperm in the two infertile groups following 30 Gy irradiation. Significant damage in hydrogen peroxide-treated sperm was observed in sperm from fertile samples, at 200 mu M and in infertile samples at 100- and 200-mu M doses relative to controls. These results therefore indicate that fertile sperm samples are more resistant to X-ray- and hydrogen peroxide-induced DNA breakage than infertile samples. Further studies involving greater numbers of individuals are currently in progress to confirm these findings.

A Recyclable Acidic Ionic Liquid Gel Catalyst for Dehydration: Comparison with an Analogous SILP Catalyst.

An acid-functionalized ionic liquid was entrapped within a silica gel to yield a recyclable liquid phase catalyst for the dehydration of rac-1-phenyl ethanol. Hot filtration tests showed that the activity was within the gel. Comparison with an analogous SILP system revealed fundamental differences in the properties and behavior of the materials.

Novel titania sol-gel derived film for luminescence-based oxygen sensing.

A novel method for the preparation of titania sol–gel derived oxygen sensors based on the ruthenium(II) dye, [Ru(bpy)3]2+, is described. A titania sol–gel paste film was cast onto microscope slides, and the dye ion-paired to the deprotonated, hydroxylated groups on the film's surface from an aqueous solution of the dye at pH 11. The resulting sensor film is extremely oxygen sensitive, with a PO2 (S = 1/2) value (i.e. the partial pressure of oxygen required in order to reduce the original, oxygen free, luminescence intensity by 50%) of 0.011 atm. The sensor undergoes 95% response to oxygen in 4 s, and shows 95% recovery of its luminescence in argon within 7 s.

Lanthanide luminescent logic gate mimics in soft matter: [H(+)] and [F(-)] dual-input device in a polymer gel with potential for selective component release

The non-covalent incorporation of responsive luminescent lanthanide, Ln(iii), complexes with orthogonal outputs from Eu(iii) and Tb(iii) in a gel matrix allows for in situ logic operation with colorimetric outputs. Herein, we report an exemplar system with two inputs ([H(+)] and [F(-)]) within a p(HEMA-co-MMA) polymer organogel acting as a dual-responsive device and identify future potential for such systems.

Ionic liquid gel materials: applications in green and sustainable chemistry

Ionic liquid gel materials offer a way to further utilise ionic liquids in technological applications. Combining the controlled and directed assembly of gels, with the diverse applications of ionic liquids, enables the design of a heady combination of functional tailored materials, leading to the development of task specific / functional ionic liquid gels. This review introduces gels and gel classification, focusing on ionic liquid gels and their potential roles in a more sustainable future. Ionic liquid gels provide the ability to build functionality at every level, the solid component, the ionic liquid, and any incorporated active functional agents. This allows materials to be custom designed for a vast assortment of applications. This diverse class of materials has the potential to yield functional materials for green and sustainable chemistry, energy, electronics, medicine, food, cosmetics, and more. The discussion of the development of ionic liquid gel materials for applications in green and sustainable chemistry centres on uses of ionic liquid gels in catalysis and energy.

Ectopic bone formation in rapidly fabricated acellular injectable dense collagen-Bioglass hybrid scaffolds via gel aspiration-ejection

Gel aspiration-ejection (GAE) has recently been introduced as an effective technique for the rapid production of injectable dense collagen (IDC) gel scaffolds with tunable collagen fibrillar densities (CFDs) and microstructures. Herein, a GAE system was applied for the advanced production and delivery of IDC and IDC-Bioglass® (IDC-BG) hybrid gel scaffolds for potential bone tissue engineering applications. The efficacy of GAE in generating mineralizable IDC-BG gels (from an initial 75-25 collagen-BG ratio) produced through needle gauge numbers 8G (3.4 mm diameter and 6 wt% CFD) and 14G (1.6 mm diameter and 14 wt% CFD) was investigated. Second harmonic generation (SHG) imaging of as-made gels revealed an increase in collagen fibril alignment with needle gauge number. In vitro mineralization of IDC-BG gels was confirmed where carbonated hydroxyapatite was detected as early as day 1 in simulated body fluid, which progressively increased up to day 14. In vivo mineralization of, and host response to, acellular IDC and IDC-BG gel scaffolds were further investigated following subcutaneous injection in adult rats. Mineralization, neovascularization and cell infiltration into the scaffolds was enhanced by the addition of BG and at day 21 post injection, there was evidence of remodelling of granulation tissue into woven bone-like tissue in IDC-BG. SHG imaging of explanted scaffolds indicated collagen fibril remodelling through cell infiltration and mineralization over time. In sum, the results suggest that IDC-BG hybrid gels have osteoinductive properties and potentially offer a novel therapeutic approach for procedures requiring the injectable delivery of a malleable and dynamic bone graft that mineralizes under physiological conditions

Pegada hídrica de um olival super-intensivo sob clima mediterrânico, utilizando medições de campo e deteção remota

A pegada hídrica de uma cultura representa o volume de água necessário para produzir, relacionando as necessidades hídricas da cultura com a produção. As suas componentes, pegadas hídricas azul, verde e cinzenta, referem-se respectivamente aos volumes de água superficial e subterrânea, precipitação e de água necessária para assimilar a poluição utilizados pela cultura. A determinação das pegadas hídricas azul e verde é normalmente conseguida através da estimativa da evapotranspiração cultural, aplicando coeficientes culturais a uma evapotranspiração de referência, calculada a partir de dados meteorológicos. No presente estudo foram utilizadas medições da evapotranspiração para estimar a pegada hídrica de um olival super-intensivo na região de Évora. As necessidades hídricas foram medidas utilizando um método de fluxo de seiva para determinar a transpiração e o método micrometeorológico das flutuações instantâneas para medir directamente a evapotranspiração. Esta técnica foi utilizada durante um período de tempo limitado, enquanto as medições do fluxo de seiva, que foram efectuadas para períodos alargados, permitiram a extensão dos registos. A evapotranspiração medida directamente apresentou valores de cerca de 3 mm d-1 e o quociente entre evapotranspiração real e evapotranspiração de referência é próximo de 0,6 para o mesmo período. Comparou-se a estimativa da pegada hídrica obtida com o procedimento habitual com a resultante de medições in-situ e utilizando técnicas de deteção remota. A pegada hídrica do olival sob estudo foi inferior às simulações encontradas na literatura, o que pode ser explicado por diferenças na densidade de plantação, produção e gestão da rega. O olival em estudo obteve uma produção elevada, com um azeite que preencheu as características essenciais à classificação de azeite extra virgem, o mais valorizado, o que contraria o efeito do elevado consumo de água, resultando numa pegada hídrica inferior à de olivais não regados ou com menor densidade de plantação.

Os Eventos Turísticos como Campo de Estudo Académico

Nas últimas duas décadas, o estudo dos eventos transformou-se num campo de crescimento bastante rápido em muitas universidades de todo o mundo. Os desenvolvimentos na literatura sobre o estudo dos eventos demonstram uma concordância em analisar os eventos em todos os seus contextos ambientais recorrendo, especialmente, a diversas abordagens disciplinares. O presente artigo analisa, através de uma abordagem teórica, a importância do estudo dos eventos na academia.

Lanthanide oxide nanotubes and nanorods: synthesis, processing, luminescence and catalytic properties

Esta tese relata estudos de síntese, caracterização da estrutura e das propriedades de fotoluminescência e aplicações de nanotubos e nanobastonetes de óxidos de lantanídeos em pontas para microscopia de força atómica, catálise heterogénea e compósitos de base polimérica. Há um interesse crescente em compreender como o confinamento quântico decorrente da redução do tamanho de partícula pode influenciar a eficiência da luminescência, a dinâmica dos estados excitados, a transferência de energia e os efeitos de termalização de nanoluminóforos. Em nanocristais dopados com lantanídeos (Ln3+), e apesar da localização dos estados 4f, ocorrem efeitos de confinamento quântico via interacção com os modos vibracionais da rede. Em particular, a termalização anómala, descrita para uma variedade de nanocristais dopados com Ln3+, tem sido atribuída à ausência de modos vibracionais de menor frequência. Este nanoconfinamento pode ter impacto na dinâmica da luminescência, bem como na transferência de energia mediada por modos vibracionais e processos de upconversion. Nesta tese, relata-se o estudo deste efeito em nanotubos de Gd2O3:Eu3+. A influência de parâmetros como a concentração de európio e as condições de calcinação também foi investigada. Algumas aplicações destes óxidos de lantanídeos também foram exploradas, nomeadamente a modificação de pontas usadas em microscopia de força atómica com nanobastonetes de Gd2O3:Eu3+, lograda através de dielectroforese, técnica que não degrada a emissão de luz (rendimento quântico 0.47). As pontas modificadas são estáveis sob condições de trabalho, podendo ser aplicadas, por exemplo, em microscopia óptica de varrimento de campo próximo (SNOM). A oxidação em fase líquida do etilbenzendo foi investigada usando como catalisador nanotubos de CeO2, em presença dos oxidantes hidroperóxido de t-butilo e H2O2, e do solvente acetonitrilo, e temperaturas entre 55 e 105 ºC. Nanobastonetes de Gd2O3:Eu3+ recobertos com sílica foram preparados pelo método sol-gel. Esta cobertura resultou num aumento, quer do rendimento quântico de emissão, de 0.51 para 0.86 (excitação a 255 nm), quer dos tempos de vida,de 1.43 para 1.80 ms (excitação a 394.4 nm). A superfície dos nanotubos cobertos com sílica foi modificada com o agente de acoplamento metacrilato de 3-(trimetoxissilil)propilo que permitiu a preparação de compósitos através da subsequente polimerização in-situ do estireno por técnicas de miniemulsão e solução. ABSTRACT: This thesis reports on the synthesis, characterisation of the structure and photoluminescence properties, and applications of nanotubes and nanorods of lanthanides oxides in atomic force microscopy tips, heterogeneous catalysis and polymer-base composites. There is a growing interest in understanding how size-dependent quantum confinement affects the photoluminescence efficiency, excited-state dynamics, energy-transfer and thermalisation phenomena in nanophosphors. For lanthanide (Ln3+)-doped nanocrystals, and despite the localisation of the 4f states, confinement effects are induced mostly via electron-phonon interactions. In particular, the anomalous thermalisation reported for a handful of Ln3+-doped nanocrystals has been rationalised by the absence of lowfrequency phonon modes. This nanoconfinement may further impact on the Ln3+ luminescence dynamics, such as phonon-assisted energy transfer or upconversion processes. Here, this effect is investigated in Gd2O3:Eu3+ nanotubes. The influence of parameters such as europium concentration and calcination procedure is also studied. Some applications of these lanthanides oxides have been explored, for instance the modification of atomic force microscopy tips with photoluminescent Gd2O3:Eu3+ nanorods, using dielectrophoresis, a technique which preserves the red emission of the nanorods (quantum yield 0.47). The modified tips are stable under working conditions and may find applications in scanning near-field optical microscopy. The liquid-phase oxidation of ethylbenzene over CeO2 nanotubes has been investigated, using tert-butyl-hydroperoxide and H2O2 as the oxidising agents, and acetonitrile as the solvent, in the range 55-105 ºC. Gd2O3:Eu3+ nanorods have been coated with silica via a sol-gel approach. The silica coating increases both, the Eu3+ absolute emission quantum yields from 0.51 to 0.86 (255 nm excitation), and decay times from 1.43 to 1.80 ms (394.4 nm excitation). The silica coating was modified with 3- (trimethoxysilyl) propyl methacrylate and, subsequently, composites have been prepared by in-situ radical polymerisation of styrene via miniemulsion and solution routes.

Active corrosion protection of AA2024 by sol-gel coatings with corrosion inhibitors

A indústria aeronáutica utiliza ligas de alumínio de alta resistência para o fabrico dos elementos estruturais dos aviões. As ligas usadas possuem excelentes propriedades mecânicas mas apresentam simultaneamente uma grande tendência para a corrosão. Por esta razão essas ligas necessitam de protecção anticorrosiva eficaz para poderem ser utilizadas com segurança. Até à data, os sistemas anticorrosivos mais eficazes para ligas de alumínio contêm crómio hexavalente na sua composição, sejam pré-tratamentos, camadas de conversão ou pigmentos anticorrosivos. O reconhecimento dos efeitos carcinogénicos do crómio hexavalente levou ao aparecimento de legislação banindo o uso desta forma de crómio pela indústria. Esta decisão trouxe a necessidade de encontrar alternativas ambientalmente inócuas mas igualmente eficazes. O principal objectivo do presente trabalho é o desenvolvimento de prétratamentos anticorrosivos activos para a liga de alumínio 2024, baseados em revestimentos híbridos produzidos pelo método sol-gel. Estes revestimentos deverão possuir boa aderência ao substrato metálico, boas propriedades barreira e capacidade anticorrosiva activa. A protecção activa pode ser alcançada através da incorporação de inibidores anticorrosivos no prétratamento. O objectivo foi atingido através de uma sucessão de etapas. Primeiro investigou-se em detalhe a corrosão localizada (por picada) da liga de alumínio 2024. Os resultados obtidos permitiram uma melhor compreensão da susceptibilidade desta liga a processos de corrosão localizada. Estudaram-se também vários possíveis inibidores de corrosão usando técnicas electroquímicas e microestruturais. Numa segunda etapa desenvolveram-se revestimentos anticorrosivos híbridos orgânico-inorgânico baseados no método sol-gel. Compostos derivados de titania e zirconia foram combinados com siloxanos organofuncionais a fim de obter-se boa aderência entre o revestimento e o substrato metálico assim como boas propriedades barreira. Testes industriais mostraram que estes novos revestimentos são compatíveis com os esquemas de pintura convencionais actualmente em uso. A estabilidade e o prazo de validade das formulações foram optimizados modificando a temperatura de armazenamento e a quantidade de água usada durante a síntese. As formulações sol-gel foram dopadas com os inibidores seleccionados durante a primeira etapa e as propriedades anticorrosivas passivas e activas dos revestimentos obtidos foram estudadas numa terceira etapa do trabalho. Os resultados comprovam a influência dos inibidores nas propriedades anticorrosivas dos revestimentos sol-gel. Em alguns casos a acção activa dos inibidores combinou-se com a protecção passiva dada pelo revestimento mas noutros casos terá ocorrido interacção química entre o inibidor e a matriz de sol-gel, de onde resultou a perda de propriedades protectoras do sistema combinado. Atendendo aos problemas provocados pela adição directa dos inibidores na formulação sol-gel procurou-se, numa quarta etapa, formas alternativas de incorporação. Na primeira, produziu-se uma camada de titania nanoporosa na superfície da liga metálica que serviu de reservatório para os inibidores. O revestimento sol-gel foi aplicado por cima da camada nanoporosa. Os inibidores armazenados nos poros actuam quando o substrato fica exposto ao ambiente agressivo. Numa segunda, os inibidores foram armazenados em nano-reservatórios de sílica ou em nanoargilas (halloysite), os quais foram revestidos por polielectrólitos montados camada a camada. A terceira alternativa consistiu no uso de nano-fios de molibdato de cério amorfo como inibidores anticorrosivos nanoparticulados. Os nano-reservatórios foram incorporados durante a síntese do sol-gel. Qualquer das abordagens permitiu eliminar o efeito negativo do inibidor sobre a estabilidade da matriz do sol-gel. Os revestimentos sol-gel desenvolvidos neste trabalho apresentaram protecção anticorrosiva activa e capacidade de auto-reparação. Os resultados obtidos mostraram o elevado potencial destes revestimentos para a protecção anticorrosiva da liga de alumínio 2024.

Nonaqueous sol-gel routes to doped metal oxide nanoparticles: synthesis, characterization, assembly and properties

The results presented in this thesis have been achieved under the Ph.D. project entitled “Nonaqueous Sol-Gel routes to doped metal oxide nanoparticles: Synthesis, characterization, assembly and properties”. The purpose of this study is the investigation of metal oxide nanostructures doped with metals of a diverse nature, leading to different type of applications. The easier control over the reaction kinetics in solvothermal routes, compared to aqueous methods, allows to better match the reactivity between metal oxide precursors, paving the way to a facile and low temperature production of doped oxides. In this manuscript diverse examples of the exploitation of the “Benzyl Alcohol Route” are discussed. Such a powerful pathway was utilized for the synthesis of transition metal doped zirconia, hafnia and various perovskites, and the study of their magnetic properties, as well as the synthesis of rare earth doped zirconium oxide. A further extension, proving the solidity of the synthetic method, is shown for the preparation of Li4Ti5O12 nanocrystals carrying excellent electrochemical properties for lithium-ion battery applications. Finally, the effect of doping and other reaction parameters on the assembly of the nanocrystals is discussed. These studies were carried out principally at the University of Aveiro, as well as at the University of Montpellier II and at the Seoul National University due to complementary available expertises and equipments.