Biomimetic sensors of molecularly-imprinted polymers for chlorpromazine determination

A new man-tailored biomimetic sensor for Chlorpromazine host-guest interactions and potentiometric transduction is presented. The artificial host was imprinted within methacrylic acid, 2-vinyl pyridine and 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid based polymers. Molecularly imprinted particles were dispersed in 2-nitrophenyloctyl ether and entrapped in a poly(vinyl chloride) matrix. Slopes and detection limits ranged 51–67 mV/decade and 0.46–3.9 μg/mL, respectively, in steady state conditions. Sensors were independent from the pH of test solutions within 2.0–5.5. Good selectivity was observed towards oxytetracycline, doxytetracycline, ciprofloxacin, enrofloxacin, nalidixic acid, sulfadiazine, trimethoprim, glycine, hydroxylamine, cysteine and creatinine. Analytical features in flowing media were evaluated on a double-channel manifold, with a carrier solution of 5.0 × 10−2 mol/L phosphate buffer. Near-Nernstian response was observed over the concentration range 1.0 × 10−4 to 1.0 × 10−2 mol/L. Average slopes were about 48 mV/decade. The sensors were successfully applied to field monitoring of CPZ in fish samples, offering the advantages of simplicity, accuracy, automation feasibility and applicability to complex samples.

Biomimetic norfloxacin sensors made of molecularly-imprinted materials for potentiometric transduction

A biomimetic sensor for norfloxacin is presented that is based on host-guest interactions and potentiometric transduction. The artificial host was imprinted into polymers made from methacrylic acid and/or 2-vinyl pyridine. The resulting particles were entrapped in a plasticized poly(vinyl chloride) (PVC) matrix. The sensors exhibit near-Nernstian response in steady state evaluations, and detection limits range from 0.40 to 1.0 μg mL−1, respectively, and are independent of pH values at between 2 and 6, and 8 and 11, respectively. Good selectivity was observed over several potential interferents. In flowing media, the sensors exhibit fast response, a sensitivity of 68.2 mV per decade, a linear range from 79 μM to 2.5 mM, a detection limit of 20 μg mL−1, and a stable baseline. The sensors were successfully applied to field monitoring of norfloxacin in fish samples, biological samples, and pharmaceutical products.

Carnitine tailored Sensors on Surface Molecular Imprinting based on Graphene layers

III Jornadas de Electroquímica e Inovação (Electroquímica e Nanomateriais), na Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro, Vila Real, 16 a 17 de Setembro de 2013

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

A framework for using real data with distributed low cost sensors

Currently, due to the widespread use of computers and the internet, students are trading libraries for the World Wide Web and laboratories with simulation programs. In most courses, simulators are made available to students and can be used to proof theoretical results or to test a developing hardware/product. Although this is an interesting solution: low cost, easy and fast way to perform some courses work, it has indeed major disadvantages. As everything is currently being done with/in a computer, the students are loosing the “feel” of the real values of the magnitudes. For instance in engineering studies, and mainly in the first years, students need to learn electronics, algorithmic, mathematics and physics. All of these areas can use numerical analysis software, simulation software or spreadsheets and in the majority of the cases data used is either simulated or random numbers, but real data could be used instead. For example, if a course uses numerical analysis software and needs a dataset, the students can learn to manipulate arrays. Also, when using the spreadsheets to build graphics, instead of using a random table, students could use a real dataset based, for instance, in the room temperature and its variation across the day. In this work we present a framework which uses a simple interface allowing it to be used by different courses where the computers are the teaching/learning process in order to give a more realistic feeling to students by using real data. A framework is proposed based on a set of low cost sensors for different physical magnitudes, e.g. temperature, light, wind speed, which are connected to a central server, that the students have access with an Ethernet protocol or are connected directly to the student computer/laptop. These sensors use the communication ports available such as: serial ports, parallel ports, Ethernet or Universal Serial Bus (USB). Since a central server is used, the students are encouraged to use sensor values results in their different courses and consequently in different types of software such as: numerical analysis tools, spreadsheets or simply inside any programming language when a dataset is needed. In order to do this, small pieces of hardware were developed containing at least one sensor using different types of computer communication. As long as the sensors are attached in a server connected to the internet, these tools can also be shared between different schools. This allows sensors that aren't available in a determined school to be used by getting the values from other places that are sharing them. Another remark is that students in the more advanced years and (theoretically) more know how, can use the courses that have some affinities with electronic development to build new sensor pieces and expand the framework further. The final solution provided is very interesting, low cost, simple to develop, allowing flexibility of resources by using the same materials in several courses bringing real world data into the students computer works.

Potencialidades de uma abordagem com Interdisciplinaridade entre matemática e estudo do meio e centrada no ambiente

O presente estudo partiu do problema “Como promover aprendizagens da Matemática e do Estudo do Meio numa perspetiva interdisciplinar, explorando o mundo real?”. Neste sentido, tem como objetivos: selecionar recursos e atividades que se revelem motivadoras para os alunos; demonstrar a relevância da inter-relação de diferentes conceitos e a importância da sua ligação com as vivências dos alunos; ativar o envolvimento dos alunos para a aprendizagem da Matemática através do Estudo do meio e de situações do mundo real; estimular a perceção do aluno da presença da Matemática nos conteúdos de Estudo do Meio; fomentar a compreensão da relação dos conteúdos de Matemática e estudo do Meio. Com este propósito formularam-se as seguintes questões: (1) Que tipo de atividades se poderão proporcionar de forma a motivar os alunos para os conteúdos do Estudo do Meio e da Matemática? (2) De que forma a exploração das situações/conceções do quotidiano poderá promover o envolvimento dos alunos na aprendizagem da Matemática e do Estudo do Meio? (3) De que forma o Ensino Experimental das Ciências numa perspetiva interdisciplinar pode contribuir para desenvolver tanto as competências conceptuais (fatores do ambiente: temperatura e humidade/OTD/números racionais), como capacidades de pensamento crítico e tomada de decisão inerente? Tendo em vista os objetivos do estudo, desenvolveram-se, com uma turma do 2º ano de escolaridade, quatro situações formativas, que envolveram as disciplinas de Matemática e Estudo do Meio. O domínio de conteúdos preponderante na área de Estudo do Meio foi À descoberta do Ambiente Natural, enquanto na Matemática os domínios predominantes foram Organização e tratamento de dados e Números e operações. Foram realizadas diversas atividades experimentais, onde os alunos tiveram um papel ativo na construção dos seus conhecimentos. A investigação segue uma metodologia qualitativa, centrando-se num estudo de caso, onde se caracteriza uma experiência interdisciplinar que envolveu as disciplinas de Matemática e Estudo do Meio. Os dados foram recolhidos pela professora investigadora através de gravações de vídeo e áudio, fotografias, trabalhos dos alunos e de registos da professora investigadora. Os resultados demonstraram como os alunos mobilizaram e apropriaram os conteúdos de Matemática e Estudo do Meio. Os dados, através da análise de conteúdo, parecem iv sugerir que houve uma evolução no desempenho dos alunos a vários níveis, nomeadamente: no trabalho cooperativo, no envolvimento da tarefa, nas interações estabelecidas e na motivação para a aprendizagem da Matemática e Estudo do Meio.

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

Utilização de sensores de baixo custo na medição de monóxido de carbono no ar ambiente

Nos últimos anos tem-se assistido à introdução de novos dispositivos de medição da poluição do ar baseados na utilização de sensores de baixo custo. A utilização menos complexa destes sistemas, possibilita a obtenção de dados com elevada resolução temporal e espacial, abrindo novas oportunidades para diferentes metodologias de estudos de monitorização da poluição do ar. Apesar de apresentarem capacidades analíticas distantes dos métodos de referência, a utilização destes sensores tem sido sugerida e incentivada pela União Europeia no âmbito das medições indicativas previstas na Diretiva 2008/50/CE, com uma incerteza expandida máxima de 25%. O trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de Projeto consistiu na escolha, caracterização e utilização em medições reais de um sensor de qualidade do ar, integrado num equipamento protótipo desenvolvido com esse fim, visando obtenção uma estimativa da incerteza de medição associada à utilização deste dispositivo através da aplicação da metodologia de demonstração de equivalência de métodos de medição de qualidade do ar definida pela União Europeia. A pesquisa bibliográfica realizada permitiu constatar que o monóxido de carbono é neste momento o parâmetro de qualidade do ar que permite ser medido de forma mais exata através da utilização de sensores, nomeadamente o sensor eletroquímico da marca Alphasense, modelo COB4, amplamente utilizado em projetos de desenvolvimento neste cotexto de monitorização ambiental. O sensor foi integrado num sistema de medição com o objetivo de poder ser utlizado em condições de autonomia de fornecimento de energia elétrica, aquisição interna dos dados, tendo em consideração ser o mais pequeno possível e de baixo custo. Foi utlizado um sistema baseado na placa Arduino Uno com gravação de dados em cartão de memória SD, baterias e painel solar, permitindo para além do registo das tensões elétricas do sensor, a obtenção dos valores de temperatura, humidade relativa e pressão atmosférica, com um custo global a rondar os 300 euros. Numa primeira fase foram executados um conjunto de testes laboratoriais que permitiram a determinação de várias características de desempenho em dois sensores iguais: tempo de resposta, a equação modelo do sensor, avaliação da repetibilidade, desvio de curto e longo termo, interferência da temperatura e histerese. Os resultados demonstraram um comportamento dos sensores muito linear, com um tempo de resposta inferior a um minuto e com uma equação modelo do sensor dependente da variação da temperatura. A estimativa da incerteza expandida laboratorial ficou, para ambos os sensores, abaixo dos 10%. Após a realização de duas campanhas reais de medição de CO em que os valores foram muito baixos, foi realizada uma campanha de quinze dias num parque de estacionamento subterrâneo que permitiu a obtenção de concentrações suficientemente elevadas e a comparação dos resultados dos sensores com o método de referência em toda a gama de medição (0 a 12 mol.mol-1). Os valores de concentração obtidos pelos dois sensores demonstraram uma excelente correlação com o método de referência (r2≥0,998), obtendo-se resultados para a estimativa da incerteza expandida de campo inferiores aos obtidos para a incerteza laboratorial, cumprindo o objetivo de qualidade de dados definido para as medições indicativas de incerteza expandida máxima de 25%. Os resultados observados durante o trabalho realizado permitiram confirmar o bom desempenho que este tipo de sensor pode ter no âmbito de medições de poluição do ar com um caracter mais indicativo.

Mortality of Dipetalogaster maximus (uhler) in response to temperature and humidity

Observations were made on the mortality of Dipetalogaster maximus in relation to humidity and temperature in controlled conditions. The bugs survived longer at higher relative humidities and at lower temperatures, but when these results were plotted against vapour pressure déficit, no independent temperature effect was seen. The results may be explained by thefaster depletion of water reserves at higher vapour pressure deficits. D. maximus did not increase its resistance to water vapour transferat higher vapour pressure deficits. In orderto increase survival rates when D. maximus is used for xenodiagnosis in field conditions it should be protected against high temperatures and low humidities.

The influence of humidity on the residual action of benzene hexachloride (BHC)

In controlled humidity chambers in the laboratory differences in the absorption velocity of BHC were observed depending on the substrate sprayed. While BHC is no longer used in Chagas' disease control this data could have relevance to spraying houses in a controlprogramme with other insecticides.

Life cycle and reproductive patterns of Triatoma rubrovaria (Blanchard, 1843) (Hemiptera: Reduviidae) under constant and fluctuating conditions of temperature and humidity

The aim of this study was to evaluate the temperature and relative humidity influence in the life cycle, mortality and fecundity patterns of Triatoma rubrovaria. Four cohorts with 60 recently laid eggs each were conformed. The cohorts were divided into two groups. In the controlled conditions group insects were maintained in a dark climatic chamber under constant temperature and humidity, whereas triatomines of the ambiental temperature group were maintained at room temperature. Average incubation time was 15.6 days in the controlled conditions group and 19.1 days in the ambiental temperature. In group controlled conditions the time from egg to adult development lasted 10 months while group ambiental temperature took four months longer. Egg eclosion rate was 99.1% and 98.3% in controlled conditions and ambiental temperature, respectively. Total nymphal mortality in controlled conditions was 52.6% whereas in ambiental temperature was 51.8%. Mean number of eggs/female was 817.6 controlled conditions and 837.1 ambiental temperature. Fluctuating temperature and humidity promoted changes in the life cycle duration and in the reproductive performance of this species, although not in the species mortality.

Amorphous silicon e 3D sensors applied to object detection

Nowadays, existing 3D scanning cameras and microscopes in the market use digital or discrete sensors, such as CCDs or CMOS for object detection applications. However, these combined systems are not fast enough for some application scenarios since they require large data processing resources and can be cumbersome. Thereby, there is a clear interest in exploring the possibilities and performances of analogue sensors such as arrays of position sensitive detectors with the final goal of integrating them in 3D scanning cameras or microscopes for object detection purposes. The work performed in this thesis deals with the implementation of prototype systems in order to explore the application of object detection using amorphous silicon position sensors of 32 and 128 lines which were produced in the clean room at CENIMAT-CEMOP. During the first phase of this work, the fabrication and the study of the static and dynamic specifications of the sensors as well as their conditioning in relation to the existing scientific and technological knowledge became a starting point. Subsequently, relevant data acquisition and suitable signal processing electronics were assembled. Various prototypes were developed for the 32 and 128 array PSD sensors. Appropriate optical solutions were integrated to work together with the constructed prototypes, allowing the required experiments to be carried out and allowing the achievement of the results presented in this thesis. All control, data acquisition and 3D rendering platform software was implemented for the existing systems. All these components were combined together to form several integrated systems for the 32 and 128 line PSD 3D sensors. The performance of the 32 PSD array sensor and system was evaluated for machine vision applications such as for example 3D object rendering as well as for microscopy applications such as for example micro object movement detection. Trials were also performed involving the 128 array PSD sensor systems. Sensor channel non-linearities of approximately 4 to 7% were obtained. Overall results obtained show the possibility of using a linear array of 32/128 1D line sensors based on the amorphous silicon technology to render 3D profiles of objects. The system and setup presented allows 3D rendering at high speeds and at high frame rates. The minimum detail or gap that can be detected by the sensor system is approximately 350 μm when using this current setup. It is also possible to render an object in 3D within a scanning angle range of 15º to 85º and identify its real height as a function of the scanning angle and the image displacement distance on the sensor. Simple and not so simple objects, such as a rubber and a plastic fork, can be rendered in 3D properly and accurately also at high resolution, using this sensor and system platform. The nip structure sensor system can detect primary and even derived colors of objects by a proper adjustment of the integration time of the system and by combining white, red, green and blue (RGB) light sources. A mean colorimetric error of 25.7 was obtained. It is also possible to detect the movement of micrometer objects using the 32 PSD sensor system. This kind of setup offers the possibility to detect if a micro object is moving, what are its dimensions and what is its position in two dimensions, even at high speeds. Results show a non-linearity of about 3% and a spatial resolution of < 2µm.

Fabrication and characterization of transparent conductive oxide surface sensors for electrocorticography – TrECoG

Understanding how the brain works has been one of the greatest goals of mankind. This desire fuels the scientific community to pursue novel techniques able to acquire the complex information produced by the brain at any given moment. The Electrocorticography (ECoG) is one of those techniques. By placing conductive electrodes over the dura, or directly over the cortex, and measuring the electric potential variation, one can acquire information regarding the activation of those areas. In this work, transparent ECoGs, (TrECoGs) are fabricated through thin film deposition of the Transparent Conductive Oxides (TCOs) Indium-Zinc-Oxide (IZO) and Gallium-Zinc-Oxide (GZO). Five distinct devices have been fabricated via shadow masking and photolithography. The data acquired and presented in this work validates the TrECoGs fabricated as efficient devices for recording brain activity. The best results were obtained for the GZO- based TrECoG, which presented an average impedance of 36 kΩ at 1 kHz for 500 μm diameter electrodes, a transmittance close to 90% for the visible spectrum and a clear capability to detect brain signal variations. The IZO based devices also presented high transmittance levels (90%), but with higher impedances, which ranged from 40 kΩ to 100 kΩ.

Semantic architecture for sensors

Based on the report for the unit “Sociology of New Information Technologies” of the Master on Computer Sciences at FCT/University Nova Lisbon in 2015-16. The responsible of this curricular unit is Prof. António Moniz

Simulation of humidity fields in concrete: experimental validation and parameter estimation

The moisture content in concrete structures has an important influence in their behavior and performance. Several vali-dated numerical approaches adopt the governing equation for relative humidity fields proposed in Model Code 1990/2010. Nevertheless there is no integrative study which addresses the choice of parameters for the simulation of the humidity diffusion phenomenon, particularly in concern to the range of parameters forwarded by Model Code 1990/2010. A software based on a Finite Difference Method Algorithm (1D and axisymmetric cases) is used to perform sensitivity analyses on the main parameters in a normal strength concrete. Then, based on the conclusions of the sensi-tivity analyses, experimental results from nine different concrete compositions are analyzed. The software is used to identify the main material parameters that better fit the experimental data. In general, the model was able to satisfactory fit the experimental results and new correlations were proposed, particularly focusing on the boundary transfer coeffi-cient.