Host-Tailored Sensors for Carnitine Potentiometric Measurements based on Surface Molecular Imprinting

Graduate Student Symposium on Molecular Imprinting 2013, na Queen’s University, Belfast, United Kingdom, 15 a 17 de Agosto de 2013

Impacto da Estimulação Vagal na Indução e Interrupção de Fibrilhação Auricular no Modelo do Coração de Coelho in Vivo

INTRODUCTION: Vagal activity is thought to influence atrial electrophysiological properties and play a role in the initiation and maintenance of atrial fibrillation (AF). In this study, we assessed the effects of acute vagal stimulation (vagus_stim) on atrial conduction times, atrial and pulmonary vein (PV) refractoriness, and vulnerability to induction of AF in the rabbit heart with intact autonomic innervation. METHODS: An open-chest epicardial approach was performed in 11 rabbits (New Zealand; 3.9-5.0 kg), anesthetized and artificially ventilated after neuromuscular blockade. A 3-lead ECG was obtained. Atrial electrograms were recorded along the atria, from right to left (four monopolar electrodes), together with a circular electrode adapted for proximal left PV assessment. Acute vagus nerve stimulation was obtained with bipolar electrodes (20 Hz). Epicardial activation was recorded in sinus rhythm, and the conduction time from right (RA) to left atrium (LA), and from RA to PVs, was measured in basal conditions and during vagus_stim. The atrial effective refractory period (ERP) and dispersion of refractoriness (Disp_A) were analyzed. Vulnerability to AF induction was assessed at the right (RAA) and left (LAA) atrial appendages and the PVs. Atrial stimulation (50 Hz) was performed alone or combined with vagus_stim. Heart rate and blood pressure were monitored. RESULTS: In basal conditions, there was a significant delay in conduction from RA to PVs, not influenced by vagus_stim, and the PV ERPs were shorter than those measured in LA and LAA, but without significant differences compared to RA and RAA. During vagus_stim, conduction times between RA and LA increased from 16+8 ms to 27+6 ms (p < 0.05) and ERPs shortened significantly in RA, LAA and LA (p < 0.05), but not in RAA. There were no significant differences in Disp_A. AF induction was reproducible in 45% of cases at 50 Hz and in 100% at 50 Hz+vagus_stim (p < 0.05). The duration of inducible AF increased from 1.0 +/- 0.2 s to 12.0 +/- 4.5 s with 50 Hz+vagus_stim (p < 0.01). AF lasted >10 s in 45.4% of rabbits during vagus_stim, and ceased after vagus_stim in 4 out of these 5 cases. In 3 animals, PV tachycardia, with fibrillatory conduction, induced with 50 Hz PV pacing during vagus_stim. CONCLUSIONS: Vagus_stim reduces interatrial conduction velocity and significantly shortens atrial ERP, contributing to the induction and duration of AF episodes in the in vivo rabbit heart. This model may be useful for the assessment of autonomic influence on the pathophysiology of AF.

Projecto de Instalação de Processamento de Material Feldspático. Caso de Estudo:Argemela

Feldspato é o nome dado a uma importante família de minerais, do grupo dos tectossilicatos, que compõem o material rochoso de mais de 60% da crusta terrestre. Estes minerais são constituintes essenciais da maior parte das rochas cristalinas e a sua importância é tal que o seu estudo constitui um capítulo fundamental da petrografia. Dada a sua grande incidência na crusta terrestre, os feldspatos ocorrem em diversos cenários geológicos, desde os depósitos pegmatitos, aos aplitos, granitos, sienitos nefelínicos e ainda areias feldspáticas. As suas características químicas, físicas e mineralógicas fazem com que este grupo de minerais esteja presente nas mais diversificadas indústrias, tais como a vidreira, cerâmica, tintas, borrachas, plásticos, abrasivos ligeiros, elétrodos de soldadura, entre outros. Em Portugal, as principais unidades produtoras de feldspatos encontram‐se distribuídas pelo Norte e Centro do país, mais concretamente pelos distritos de Viana do Castelo, Braga, Vila Real, Porto, Viseu e Guarda. Novos estudos geológicos acompanhados de prospeções, nomeadamente na região do maciço central, têm sido efetuados com vista à descoberta de novos depósitos com potencial para exploração deste importante mineral. O depósito aplítico da Argemela, no concelho do Fundão apresenta‐se como um depósito cujas dimensões e qualidade apresentadas indicam a possibilidade de exploração. Nesse sentido, o presente trabalho consiste em analisar e caracterizar os materiais presentes na quele depósito mineral, tendo em vista a respectiva aplicação industrial, e posteriormente propor uma instalação de processamento do material para que o mesmo seja comercializado. Também será objeto deste trabalho a análise da viabilidade económica do projeto, mais concretamente fazendo a previsão do investimento inicial de modo a somar os custos de produção correntes e avaliar o retorno com base na comercialização do material no modo “Ex Works”.

Detection of Arah1 (a major peanut allergen) in food using an electrochemical gold nanoparticle-coated screen-printed immunosensor

A gold nanoparticle-coated screen-printed carbon electrode was used as the transducer in the development of an electrochemical immunosensor for Ara h 1 (a major peanut allergen) detection in food samples. Gold nanoparticles (average diameter=32 nm) were electrochemically generated on the surface of screen-printed carbon electrodes. Two monoclonal antibodies were used in a sandwich-type immunoassay and the antibody–antigen interaction was electrochemically detected through stripping analysis of enzymatically (using alkaline phosphatase) deposited silver. The total time of the optimized immunoassay was 3 h 50 min. The developed immunosensor allowed the quantification of Ara h 1 between 12.6 and 2000 ng/ml, with a limit of detection of 3.8 ng/ml, and provided precise (RSD <8.7%) and accurate (recovery >96.6%) results. The immunosensor was successfully applied to the analysis of complex food matrices (cookies and chocolate), being able to detect Ara h 1 in samples containing 0.1% of peanut.

A potentiometric magnetic immunoassay for rapid detection of Salmonella typhimurium

Potentiometric detection with homemade polymeric membrane microelectrodes was coupled to a magnetic sandwich immunoassay for Salmonella typhimurium determination. Cadmium and sodium ion selective electrodes were used respectively as indicator and pseudo-reference electrodes and were prepared in pipette tips to allow potentiometric measurements in microliter sample volumes. In the proposed method, the concentration of S. typhimurium was proportional to the amount of cadmium released upon dissolution of a CdS nanoparticle labeled to the secondary detection antibody. The limit of detection was 2 cells per 100 μL. The immunomagnetic assay with potentiometric detection is suitable for sensitive and rapid (average total time per assay of 75 minutes) detection of S. typhimurium in milk samples. The proposed method is easy to perform, safe, sensitive, and low cost and has potential for in situ analysis.

Detection of the peanut allergen Ara h 6 in foodstuffs using a voltammetric biosensing approach

A voltammetric biosensor for Ara h 6 (a peanut allergen) detection in food samples was developed. Gold nanoparticle-modified screen-printed carbon electrodes were used to develop a sandwich-type immunoassay using two-monoclonal antibodies. The antibody-antigen interaction was detected through the electrochemical detection of enzymatically deposited silver. The immunosensor presented a linear range between 1 and 100 ng/ml, as well as high precision (inter-day RSD ≤9.8 %) and accuracy (recoveries ≥96.7 %). The detection and quantification limits were 0.27 and 0.88 ng/ml, respectively. It was possible to detect small levels of Ara h 6 in complex food matrices.

Effects of Aerobic Exercise Associated with Abdominal Microcurrent: A Preliminary Study

Objective: To analyze the short- and long-term effects of microcurrent used with aerobic exercise on abdominal fat (visceral and subcutaneous). Methods: Forty-two female students from a university population were randomly assigned into five group: intervention group (IG) 1 (n=9), IG2 (n=9), IG3 (n=7), IG4 (n=8), and placebo group (PG) (n=9). An intervention program of 10 sessions encompassing microcurrent and aerobic exercise (performed with a cycloergometer) was applied in all groups, with slightly differences between them. In IG1 and IG2, microcurrent with transcutaneous electrodes was applied, with different frequency values; 30-minute exercise on the cycloergometer was subsequently performed. IG3 used the same protocol as IG1 but with different electrodes (percutaneous), while in IG4 the microcurrent was applied simultaneously with the cycloergometer exercise. Finally, the PG used the IG1 protocol but with the microcurrent device switched off. All groups were evaluated through ultrasound and abdominal perimeter measurement for visceral and subcutaneous abdominal fat assessment; through calipers for skinfolds measurement; through bioimpedance to evaluate weight, fat mass percentage, and muscular mass; and through blood analyses to measure cholesterol, triglyceride, and glucose levels. Results: After intervention sessions, visceral fat decreased significantly in IG1 compared with the PG. Subcutaneous fat was reduced significantly in all groups compared with the PG. After 4 weeks, almost all results were maintained. Conclusion: The addition of microcurrent to aerobic exercise may reduce fat more than does aerobic exercise alone.

N170 Asymmetry as an Index of Inferior Occipital Dysfunction in Patients With Symptomatic Occipital Lobe Epilepsy

Objective: Localizing epileptic foci in posterior brain epilepsy remains a difficult exercise in surgery for epilepsy evaluation. Neither clinical manifestations, neurological, EEG nor neuropsychological evaluations provide strong information about the area of onset, and fast spread of paroxysms often produces mixed features of occipital, temporal and parietal symptoms. We investigated the usefulness of the N170 event-related potential to map epileptic activity in these patients. Methods: A group of seven patients with symptomatic posterior cortex epilepsy were submitted to a high-resolution EEG (78 electrodes), with recordings of interictal spikes and face-evoked N170. Generators of spikes and N170 were localized by source analysis. Range of normal N170 asymmetry was determined in 30 healthy volunteers. Results: In 3 out of 7 patients the N170 inter-hemispheric asymmetry was outside control values. Those were the patients whose spike sources were nearest (within 3 cm) to the fusiform gyrus, while foci further away did not affect the N170 ratio. Conclusions: N170 event-related potential provides useful information about focal cortical dysfunction produced by epileptic foci located in the close neighborhood of the fusiform gyrus, but are unaffected by foci further away. Significance: The N170 evoked by faces can improve the epileptic foci localization in posterior brain epilepsy.

Electrochemical characterization of Dps, a DNA-protecting protein

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Biotecnologia

Estudo electroquímico de compostos naturais e semicondutores com possível utilização em células foto voltaicas

As células foto voltaicas orgânicas ou células de Gräetzel (depois do seu descobridor) são aparelhos para a colecta de energia solar que utilizam um semicondutor inorgânico e uma molécula orgânica. Dita molécula orgânica é capaz de excitar-se na presença de radiação electromagnética e ceder esta energia através da doação de electrões a este semicondutor. Embora estas estruturas e o seu processo de fabrico sejam relativamente pouco onerosas, o aproveitamento da energia solar é ainda muito baixo. Para além desta deficiência, os corantes sintéticos sofrem de “bleaching” ou então são reduzidos ou oxidados facilmente quando não conseguem transferir a energia que foi absorvida ou quando é difícil voltar ao estado original por dificuldades no completamento de circulação de electrões. Neste trabalho pretende-se então estudar o comportamento de moléculas e misturas complexas de moléculas com capacidade para serem excitadas pela luz solar. Como a dita xcitação promove a transferência de um electrão, este processo será seguido pela técnica de Voltametria cíclica. Como substâncias absorventes de luz utilizaremos compostos naturais (principalmente flavonóides) puros, ou então na forma de complexos naturais extraídos de algumas plantas. Estas misturas de corantes serão extractos aquosos (infusões) de casca de laranja e limão assim como extractos de folhas de cerejeira, com o objectivo de proporcionar lternativas aos flavonóides utilizados neste estudo. A caracterização voltamétrica desta célula é feita em diferentes formas de iluminação. Sobre a célula assim formada faz-se incidir rimeiro luz de lâmpadas fluorescentes, depois luz ultra violeta e por fim sem qualquer tipo de luz incidente. Na base do fabrico da variante mais clássica destas células está o semicondutor óxido de itânio (TiO2), por ser uma substância muito comum e barata e com propriedades semicondutoras notáveis. Uma forma comum de melhorar a eficiência deste material é introduzir dopantes com o intuito de melhorar a eficiência do processo de transferência electrónica. Um segundo objectivo deste trabalho é o estudo de sistemas semicondutor/molécula foto activa. Semicondutores como ZnO, TiO2 e TiO2 dopado serão então estudados. O gels de TiO2 ou o TiO2 dopado serão depositados sobre lâminas de vidro comum, nas quais foi anteriormente depositado uma película de alumínio que serve de condutor (eléctrodo egativo). Uma outra variante será a utilização de óxido de zinco, um semicondutor de baixo custo que por sua vez vai ser depositado em lâminas de alumínio comercial. A nossa célula foto electroquímica será então formada por moléculas de corante, uma lâmina e um semicondutor (que funcionará como eléctrodo de trabalho), com ou sem electrólito/catalizador (solução de iodo/iodeto), e eléctrodos de referência de Ag/AgCl, e outro auxiliar de grafite. Um outro objectivo é fazer um pequeno estudo sobre influencia do catalisador I2/etilenodiamina no comportamento electroquímico da célula, de forma a poder utilizar o solvente (etilenodiamina) com menor volatilidade do que a água, que é empregada no par I2/I3.m A importância deste facto prende-se com a limitada vida destas células quando o electrólito/solvente é evaporado pelas altas temperaturas da radiação incidente.

Interface Humana Músculo-Facial

Esta dissertação tem como principal objetivo a criação de uma interface humana, baseada na eletromiografia dos músculos orbicular do olho e frontalis. O algoritmo de programação do microcontrolador ATmega2560 deteta o piscar de olhos voluntário, conta o número de vezes que este acontece e verifica se preenche os requisitos necessários à execução de um comando. Para este efeito foram utilizados elétrodos para a captação do sinal eletromiográfico. O sinal analógico é condicionado pela Shield ECG/EMG da Olimex sendo enviado para o arduíno ATmega2560. Este microcontrolador administra todos os atuadores, dos quais o mais importante é um painel de comandos (quatro comandos diferentes), no qual existe um ponteiro motorizado que indica qual a ação a realizar. O código de execução é extremamente simples:  se o utilizador piscar os olhos três vezes, o ponteiro movimenta-se para a secção do painel imediatamente à direita; e  se o utilizador piscar os olhos quatro vezes, o ponteiro movimenta-se para a secção do painel imediatamente à esquerda. Os testes realizados com este dispositivo indicam que os utilizadores demoram menos de 10 minutos a aprender a utilizar e executar todos os comandos do painel. Apenas num dos testes realizados o dispositivo não funcionou. Dos utilizadores que realizaram o teste:  vários usam óculos;  um idoso com graves problemas auditivos, cegueira parcial e dificuldades locomotoras;  nenhum foi incapaz de piscar, pelo menos, um dos olhos voluntariamente; e  a maioria referiu que, com alguma concentração e principalmente se ouvirem o bip sonoro, a aprendizagem de utilização torna-se muito fácil. Apesar dos limites impostos à concretização de um projeto deste tipo (dos quais se evidenciam as dificuldades em conseguir voluntários com paralisia medular, bem como os limites orçamentais), pode-se afirmar que este dispositivo é eficaz e seria uma mais valia quando implementado num cenário de paralisia medular (total ou parcial). A melhoria de qualidade de vida de um utilizador com estes problemas físicos, ou outros que lhe comprometam a locomoção é garantida. O cenário em que vivem é tremendamente limitado sendo urgente criar soluções para tornar estas vidas mais cómodas. Com os devidos aplicativos, o utilizador poderia abrir portas ou janelas, acender ou apagar luzes, pedir ajuda, ajustar a posição da cama, controlar cadeiras de rodas, entre outros. É neste sentido que surge a minha motivação de criar algo que ajude estas pessoas.

Desenvolvimento de um biossensor para Ácido Glutâmico

A presente dissertação tem com objetivo o desenvolvimento de um biossensor com base nos polímeros de impressão molecular para a deteção de uma molécula alvo, o ácido glutâmico que é convertido em glutamina pela glutamina sintetase, recorrendo à potenciometria. Nas células neoplásicas a glutamina não é sintetizada podendo-se considerar que o ácido glutâmico é um potencial agente anti-cancro. A técnica de impressão molécular utilizada foi a polimerização em bulk, combinando a acrilamida e a bis acrilamida com o ácido glutâmico. Para se verificar se a resposta potenciométrica obtida era de facto da molécula alvo foram preparados em paralelo com os sensores, materiais de controlo, ou seja, moléculas sem impressão molécular (NIP). Para se controlar a constituíção química dos vários sensores nomeadamente, do NIP e do polímero de impressão molecular (MIP) antes e após a remoção bem como a molécula foram realizados estudos de Espetroscopia de Infravermelhos de Transformada de Fourier (FTIR), Scanning electron microscope (SEM) e Espetroscopia de Raios X por dispersão em energia (EDS). Os materiais desenvolvidos foram aplicados em várias membranas que diferiam umas das outras, sendo seletivas ao ião. A avaliação das características gerais das membranas baseou-se na análise das curvas de calibração, conseguidas em meios com pHs diferentes, comparando os vários elétrodos. O pH 5 foi o que apresentou melhor resultado, associado a uma membrana que continha um aditivo, o p-tetra-octilphenol, e com o sensor com percentagem de 3%. Posto isto, testou-se em material biológico, urina, com as melhores características quer em termos de sensibilidade (18,32mV/década) quer em termos de linearidade (1,6x10-6 a 1,48x10-3 mol/L). Verificou-se ainda que aplicando iões interferentes na solução, estes não interferem nesta, podendo ser aplicados na amostra sem que haja alteração na resposta potenciométrica. O elétrodo é capaz de distinguir o ácido glutâmico dos restantes iões presentes na solução.

Projecto e implementação de uma fonte de alta tensão para produção de descargas eléctricas

O objetivo deste trabalho consistiu em projetar, construir e testar um protótipo em laboratório de uma fonte de alimentação de alta tensão que permita descargas elétricas {estáveis e de dimensões reduzidas}, de modo a que possa ser utilizada, dada a sua essencialidade, na fabricação de redes de período longo (LPG) em fibra ótica nos chamados turning points. Estes são pontos de elevada sensibilidade, fundamentais no desenvolvimento tecnológico de sensores em fibra ótica, em particular, de sensores refractométricos. O protótipo da fonte de alimentação é composto por um regulador do tipo BUCK, um inversor para alimentação do transformador de alta tensão, o circuito de realimentação e controlo PWM e um microcontrolador para o comando da fonte. Posteriormente procedeu-se à otimização dos parâmetros de descarga, o que conduziu a fabricação de redes de período longo com períodos inferiores a 150 micrómetros. Este é um resultado sem paralelo a nível internacional no que concerne ao uso da técnica do arco elétrico.

Materiais e dispositivos sensores para a Norfloxacina

O trabalho consistiu no desenvolvimento e caracterização de sensores potenciométricos com base em polímeros de impressão molecular para a determinação de um antibiótico, a norfloxacina, em aquacultura. A simplicidade, o baixo custo e a interação rápida e reversível dos sensores potenciométricos com os analitos fizeram com que este fosse o tipo de sensor escolhido. O material sensor foi obtido por tecnologia de impressão molecular, baseada em polimerização em bulk, em que a NOR foi a molécula molde e foram utilizados como monómeros para autoconstrução dos sensores o pirrol, isoladamente, ou em conjunto com partículas de sílica gel funcionalizadas com 3-aminopropil. Também foi obtido material sensor, para controlo, em que a molécula molde NOR não estava presente (NIP). As características dos materiais sensores foram sujeitas a análise de microscopia eletrónica SEM e análise por espectrómetro de infravermelhos com transformada de Fourier. Os materiais sensores foram incluídos em membranas poliméricas, que seriam incorporadas em elétrodos. A avaliação do desempenho dos elétrodos foi feita através de curvas de calibração em diferentes meios (PBS, MES e HEPES). Também foi efetuada com sucesso a análise da sensibilidade dos elétrodos em água dopada. As diversas avaliações e análises efetuadas levaram a concluir que o MIP de pirrol com aditivo aniónico, foi o material sensor testado que permitiu obter melhores propriedades de resposta.

Interictal Spike EEG Source Analysis in Hypothalamic Hamartoma Epilepsy

Objective: The epilepsy associated with the hypothalamic hamartomas constitutes a syndrome with peculiar seizures, usually refractory to medical therapy, mild cognitive delay, behavioural problems and multifocal spike activity in the scalp electroencephalogram (EEG). The cortical origin of spikes has been widely assumed but not specifically demonstrated. Methods: We present results of a source analysis of interictal spikes from 4 patients (age 2–25 years) with epilepsy and hypothalamic hamartoma, using EEG scalp recordings (32 electrodes) and realistic boundary element models constructed from volumetric magnetic resonance imaging (MRIs). Multifocal spike activity was the most common finding, distributed mainly over the frontal and temporal lobes. A spike classification based on scalp topography was done and averaging within each class performed to improve the signal to noise ratio. Single moving dipole models were used, as well as the Rap-MUSIC algorithm. Results: All spikes with good signal to noise ratio were best explained by initial deep sources in the neighbourhood of the hamartoma, with late sources located in the cortex. Not a single patient could have his spike activity explained by a combination of cortical sources. Conclusions: Overall, the results demonstrate a consistent origin of spike activity in the subcortical region in the neighbourhood of the hamartoma, with late spread to cortical areas.