Photodynamic inactivation of bacteria by cationic porphyrins : their cellular targets and potential environmental applications

Photodynamic inactivation (PDI) is defined as the process of cell destruction by oxidative stress resulting from the interaction between light and a photosensitizer (PS), in the presence of molecular oxygen. PDI of bacteria has been extensively studied in recent years, proving to be a promising alternative to conventional antimicrobial agents for the treatment of superficial and localized infections. Moreover, the applicability of PDI goes far beyond the clinical field, as its potential use in water disinfection, using PS immobilized on solid supports, is currently under study. The aim of the first part of this work was to study the oxidative modifications in phospholipids, nucleic acids and proteins of Escherichia coli and Staphylococcus warneri, subjected to photodynamic treatment with cationic porphyrins. The aims of the second part of the work were to study the efficiency of PDI in aquaculture water and the influence of different physicalchemical parameters in this process, using the Gram-negative bioluminescent bacterium Vibrio fischeri, and to evaluate the possibility of recycling cationic PS immobilized on magnetic nanoparticles. To study the oxidative changes in membrane phospholipids, a lipidomic approach has been used, combining chromatographic techniques and mass spectrometry. The FOX2 assay was used to determine the concentration of lipid hydroperoxides generated after treatment. The oxidative modifications in the proteins were analyzed by one-dimensional polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Changes in the intracellular nucleic acids were analyzed by agarose gel electrophoresis and the concentration of doublestranded DNA was determined by fluorimetry. The oxidative changes of bacterial PDI at the molecular level were analyzed by infrared spectroscopy. In laboratory tests, bacteria (108 CFU mL-1) were irradiated with white light (4.0 mW cm-2) after incubation with the PS (Tri-Py+-Me-PF or Tetra-Py+-Me) at concentrations of 0.5 and 5.0 μM for S. warneri and E. coli, respectively. Bacteria were irradiated with different light doses (up to 9.6 J cm-2 for S. warneri and up to 64.8 J cm-2 for E. coli) and the changes were evaluated throughout the irradiation time. In the study of phospholipids, only the porphyrin Tri-Py+-Me-PF and a light dose of 64.8 J cm-2 were tested. The efficiency of PDI in aquaculture has been evaluated in two different conditions: in buffer solution, varying temperature, pH, salinity and oxygen concentration, and in aquaculture water samples, to reproduce the conditions of PDI in situ. The kinetics of the process was determined in realtime during the experiments by measuring the bioluminescence of V. fischeri (107 CFU mL-1, corresponding to a level of bioluminescence of 105 relative light units). A concentration of 5.0 μM of Tri-Py+-Me-PF was used in the experiments with buffer solution, and 10 to 50 μM in the experiments with aquaculture water. Artificial white light (4.0 mW cm-2) and solar irradiation (40 mW cm-2) were used as light sources.

Analysis of the organic matter associated to sea salt : definition of potential molecular markers based on the volatile composition and presence of glycosidic derivatives and polysaccharides

Sea salt is a natural product obtained from the evaporation of seawater in saltpans due to the combined effect of wind and sunlight. Nowadays, there is a growing interest for protection and re-valorisation of saltpans intrinsically associated to the quality of sea salt that can be evaluated by its physico-chemical properties. These man-made systems can be located in different geographical areas presenting different environmental surroundings. During the crystallization process, organic compounds coming from these surroundings can be incorporated into sea salt crystals, influencing their final composition. The organic matter associated to sea salt arises from three main sources: algae, surrounding bacterial community, and anthropogenic activity. Based on the hypothesis that sea salt contains associated organic compounds that can be used as markers of the product, including saltpans surrounding environment, the aim of this PhD thesis was to identify these compounds. With this purpose, this work comprised: 1) a deep characterisation of the volatile composition of sea salt by headspace solid phase microextraction combined with comprehensive two-dimensional gas chromatography time-of-flight mass spectrometry (HS-SPME/GCGC–ToFMS) methodology, in search of potential sea salt volatile markers; 2) the development of a methodology to isolate the polymeric material potentially present in sea salt, in amounts that allow its characterisation in terms of polysaccharides and protein; and 3) to explore the possible presence of triacylglycerides. The high chromatographic resolution and sensitivity of GC×GC–ToFMS enabled the separation and identification of a higher number of volatile compounds from sea salt, about three folds, compared to unidimentional chromatography (GC–qMS). The chromatographic contour plots obtained revealed the complexity of marine salt volatile composition and confirmed the relevance of GC×GC–ToFMS for this type of analysis. The structured bidimentional chromatographic profile arising from 1D volatility and 2D polarity was demonstrated, allowing more reliable identifications. Results obtained for analysis of salt from two locations in Aveiro and harvested over three years suggest the loss of volatile compounds along the time of storage of the salt. From Atlantic Ocean salts of seven different geographical origins, all produced in 2007, it was possible to identify a sub-set of ten compounds present in all salts, namely 6-methyl-5-hepten-2-one, 2,2,6-trimethylcyclohexanone, isophorone, ketoisophorone, β-ionone-5,6-epoxide, dihydroactinidiolide, 6,10,14-trimethyl-2-pentadecanone, 3-hydroxy-2,4,4-trimethylpentyl 2-methylpropanoate, 2,4,4-trimethylpentane-1,3-diyl bis(2-methylpropanoate), and 2-ethyl-1-hexanol. These ten compounds were considered potential volatile markers of sea salt. Seven of these compounds are carotenoid-derived compounds, and the other three may result from the integration of compounds from anthropogenic activity as metabolites of marine organisms. The present PhD work also allowed the isolation and characterisation, for the first time, of polymeric material from sea salt, using 16 Atlantic Ocean salts. A dialysis-based methodology was developed to isolate the polymeric material from sea salt in amounts that allowed its characterisation. The median content of polymeric material isolated from the 16 salts was 144 mg per kg of salt, e.g. 0.014% (w/w). Mid-infrared spectroscopy and thermogravimetry revealed the main occurrence of sulfated polysaccharides, as well as the presence of protein in the polymeric material from sea salt. Sea salt polysaccharides were found to be rich in uronic acid residues (21 mol%), glucose (18), galactose (16), and fucose (13). Sulfate content represented a median of 45 mol%, being the median content of sulfated polysaccharides 461 mg/g of polymeric material, which accounted for 66 mg/kg of dry salt. Glycosidic linkage composition indicates that the main sugar residues that could carry one or more sulfate groups were identified as fucose and galactose. This fact allowed to infer that the polysaccharides from sea salt arise mainly from algae, due to their abundance and composition. The amino acid profile of the polymeric material from the 16 Atlantic Ocean salts showed as main residues, as medians, alanine (25 mol%), leucine (14), and valine (14), which are hydrophobic, being the median protein content 35 mg/g, i.e. 4,9 mg per kg of dry salt. Beside the occurrence of hydrophobic volatile compounds in sea salt, hydrophobic non-volatile compounds were also detected. Triacylglycerides were obtained from sea salt by soxhlet extraction with n-hexane. Fatty acid composition revealed palmitic acid as the major residue (43 mol%), followed by stearic (13), linolenic (13), oleic (12), and linoleic (9). Sea salt triacylglycerides median content was 1.5 mg per kg of dry salt. Both protein and triacylglycerides seem to arise from macro and microalgae, phytoplankton and cyanobacteria, due to their abundance and composition. Despite the variability resulting from saltpans surrounding environment, this PhD thesis allowed the identification of a sea salt characteristic organic compounds profile based on volatile compounds, polysaccharides, protein, and triacylglycerides.

Propriedades de lamas de salinas de Aveiro, tendo em vista aplicações dermoterapêuticas e dermocosméticas

Desde tempos históricos que diferentes tipos de lama são utilizados para aplicações externas no corpo humano, para fins terapêuticos e cosméticos. As lamas cuja beneficiação e caracterização físico-química são apresentadas nesta dissertação são formadas no ambiente hipersalino que existe nas salinas da Troncalhada e de São Tiago da Fonte, localizadas no estuário do rio Vouga, em Aveiro, Portugal. As salinas são constituídas por uma sequência de tanques onde, no período de verão, da água do mar e por evaporação natural, se produz sal marinho que precipita no último tanque (o cristalizador) do qual é extraído. Na base dos tanques ocorrem lamas que correspondem a sedimentos constituídos por material argiloso de cor preto-cinzento e que incorporam argila, silte, areia, bioclastos, sal, matéria orgânica e gás. A componente inorgânica da lama extraída do cristalizador foi estudada por Difracção de Raios-X (DRX) e Fluorescência de Raios-X (FRX), enquanto a componente orgânica da mesma lama foi estudada por Cromatografia de Gás- Espectrometria de Massa (GC-MS). Os estudos efectuados incidiram sobre amostras representativas de lama, obtidas antes e após refinação e beneficiação a que foi submetida a lama tal-qual colhida nas salinas. Foram utilizados métodos geofísicos para caracterizar e distinguir as lamas depositadas na época de safra e no período de interregno. Para o efeito, foram cravados tubos amostradores no sedimento que reveste o fundo dos tanques, tubos que seguidamente foram transportados para o laboratório para medição da condutividade eléctrica do topo até à base da coluna de sedimento amostrado. A refinação foi efectuada por elutriação de suspensões aquosas de lama utilizando um equipamento desenvolvido para o efeito e que permitiu concentrar a lama fina no overflow. Após floculação, sifonagem da água sobrenadante, dessalinização e centrifugação a lama refinada e beneficiada pôde ser incorporada em formulações com objectivos terapêuticos e cosméticos. O estudo microbiológico efectuado nas amostras de lama com sal e sem sal e na água das salinas permitiu identificar diversos tipos de bactérias e colónias presentes na lama e avaliar também os processos de esterilização testados. Concluiu-se que a lama hipersalina ou dessalinizada resultante do processamento a que foram submetidas, não deve ser aplicada ou incorporada em formulações tal-qual, pelo facto de em ambas terem sido identificadas bactérias como é o caso de Clostridium perfringens. Não obstante, se submetidas a esterilização utilizando autoclave a lama salina refinada e beneficiada poderá ser aplicada como peloide extemporâneo. Assim sendo foram desenvolvidas formulações dermoterapêuticas e dermocosméticas contendo lama beneficiada e dessalinizada e esterilizada termicamente.

Characterisation of the cyclic behaviour of reinforced concrete elements with plain bars

Sismos recentes comprovam a elevada vulnerabilidade dos edifícios existentes de betão armado. A resposta das estruturas aos sismos é fortemente condicionada pelas características da aderência aço-betão, que exibe degradação das propriedades iniciais quando sujeitas a carregamentos cíclicos e alternados. Este fenómeno é ainda mais gravoso para elementos com armadura lisa, predominantes na maioria das estruturas construídas até à década de 70 nos países do sul da Europa. A prática corrente de conceção, dimensionamento e pormenorização das estruturas antigas leva a que tenham características de comportamento e níveis de segurança associados não compatíveis com as exigências atuais. Os estudos realizados sobre o comportamento cíclico de elementos estruturais de betão armado com armadura lisa são ainda insuficientes para a completa caracterização deste tipo de elementos. Esta tese visou a caraterização da relação tensão de aderência versus escorregamento para elementos estruturais com armadura lisa e o estudo da resposta cíclica de pilares e nós viga-pilar de betão armado com armadura lisa. Foram realizados dez séries de ensaios de arrancamento (nove monotónicos e um cíclico) em provetes com varões lisos. Os resultados destes ensaios permitiram propor novas expressões empíricas para a estimativa dos parâmetros usados num modelo disponível na literatura para representação da relação tensão de aderência versus escorregamento. É ainda proposto um novo modelo monotónico para a relação tensão de aderência versus escorregamento que representa melhor a resposta após a resistência máxima de aderência. Uma campanha de ensaios unidirecionais em pilares e nós viga-pilar foi também realizada com o objetivo principal de caracterizar o comportamento cíclico deste tipo de elementos. No total foram realizados oito ensaios em pilares, sete ensaios em nós viga-pilar interiores e seis ensaios em nós viga-pilar exteriores representativos de estruturas antigas de betão armado com armadura lisa. Os resultados experimentais permitiram avaliar a influência do escorregamento e estudar o mecanismo de corte em nós e a evolução dos danos para elementos com armadura lisa. Com base nos resultados experimentais foi proposta uma adaptação na expressão do Eurocódigo 8-3 para o cálculo da capacidade última de rotação de elementos com armadura lisa. Foi também desenvolvido um estudo paramétrico, com diferentes estratégias de modelação não linear, para a simulação da resposta de pilares considerando o escorregamento da armadura lisa. Por último, foi proposto um novo modelo simplificado trilinear para o aço que contempla o efeito do escorregamento da armadura lisa.

Physiology and metabolic profile of Moringa olifera and Eucalyptus globulus plants subjected to climate changes

As alterações climáticas emergentes têm um grande impacto no crescimento e desenvolvimento de espécies florestais, nomeadamente em espécies de valor industrial e medicinal, como é o caso do eucalipto (Eucalyptus globulus) e da moringa (Moringa oleifera). Assim, é urgente conhecer as respostas fisiológicas e entender as variações que ocorrem nos perfis metabólicos de espécies vegetais. Neste trabalho, plantas jovens de Eucalyptus globulus foram expostas a radiação UVB (12kJ/m2) e foram avaliadas as respostas fisiológicas e o perfil metabólico, um e onze dias após a aplicação da radiação. A dose de UVB usada não afetou as reações fotoquímicas nem as trocas gasosas, contudo ao nível do metabolismo do carbono (AST e amido) e do conteúdo de pigmentos verificaram-se pequenas alterações (AST e pigmentos). Através da análise do perfil metabólico de E. globulus foram encontrados compostos voláteis e semi-voláteis pertencentes às famílias dos terpenos, sesquiterpenos e aldeídos. Em geral, os sesquiterpenos e os álcoois monoterpénicos apresentaram uma tendência para manter e, em alguns casos, diminuir com o stress, enquanto que o grupos dos aldeídos aumentou e os monoterpenos apresentaram um comportamento mais heterogéneo. O E. globulus mostrou ser uma espécie tolerante à aplicação da dose de UVB usada neste trabalho. Por outro lado, plantas jovens de M. oleifera foram expostas a défice hídrico (DH). Um grupo de plantas foi recolhido um dia após o final da exposição e o outro grupo após onze dias do final da exposição. Foi avaliado o perfil metabólico desta espécie através de GC/MS. Os dados cromatográficos indicaram que em condições de stress (DH(1) e DH(11)), as quantidades de compostos associados a vias primárias e secundárias de defesa (como os alcanos, álcoois, ácidos carboxílicos, esteróis, aminoácidos e açucares) sofreram algumas alterações. As plantas analisadas 11 dias após a remoção do stress mostraram maiores variações do perfil de metabolitos. No entanto, tanto um como onze dias após a remoção do stress, as plantas apresentaram a formação de novos rebentos. Apesar do perfil de metabolitos ter sofrido algumas alterações, por não se registarem casos de morte, conclui-se que as plantas de moringa mostraram ser tolerantes aos tratamentos aplicados.

Seismic retrofitting of RC buildings using CFRP and post-tensioned metal straps: shake table tests

This article examines the effectiveness of two innovative retrofitting solutions at enhancing the seismic behaviour of a substandard reinforced concrete building tested on a shake table as part of the Pan-European funded project BANDIT. To simulate typical substandard construction, the reinforcement of columns and beam-column joints of the full-scale structure had inadequate detailing. An initial series of shake table tests were carried out to assess the seismic behaviour of the bare building and the effectiveness of a first retrofitting intervention using Post-Tensioned Metal Straps. After these tests, columns and joints were repaired and subsequently retrofitted using a retrofitting solution consisting of Carbon Fibre Reinforced Polymers and Post-Tensioned Metal Straps applied on opposite frames of the building. The building was then subjected to unidirectional and three-dimensional incremental seismic excitations to assess the effectiveness of the two retrofitting solutions at improving the global and local building performance. The article provides details of the above shake table testing programme and retrofitting solutions, and discusses the test results in terms of the observed damage, global damage indexes, performance levels and local strains. It is shown that whilst the original bare building was significantly damaged at a peak ground acceleration (PGA) of 0.15g, the retrofitted building resisted severe threedimensional shake table tests up to PGA=0.60g without failure. Moreover, the retrofitting intervention enhanced the interstorey drift ratio capacity of the 1st and 2nd floors by 160% and 110%, respectively. Therefore, the proposed dual retrofitting system is proven to be very effective for improving the seismic performance of substandard buildings.

Full-Scale Shaking Table Tests on a Substandard RC Building Repaired and Strengthened with Post-Tensioned Metal Straps

The effectiveness of a novel Post-Tensioned Metal Strapping (PTMS) technique at enhancing the seismic behaviour of a substandard RC building was investigated through full-scale shake-table tests during the EU-funded project BANDIT. The building had inadequate reinforcement detailing in columns and joints to replicate old construction practices. After the bare building was initially damaged significantly, it was repaired and strengthened with PTMS to perform additional seismic tests. The PTMS technique improved considerably the seismic performance of the tested building. Whilst the bare building experienced critical damage at an earthquake of PGA=0.15g, the PTMS-strengthened building sustained a PGA=0.35g earthquake without compromising stability.

Motorização de fármacos na água bruta e na água para consumo humano por cromatolografia líquida de ultra eficiência associada à espectrometria de massa tandem

Tese de doutoramento, Farmácia (Bromatologia), Universidade de Lisboa, Faculdade de Farmácia, 2014

Microextração adsortiva em barra (BAuE) : fundamentos avanços e aplicações na análise vestigial de compostos emergentes em matrizes reais

Tese de doutoramento, Química (Química Analítica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2014

Contributo da geoquímica e da sedimentologia na caracterização de influências antropogénicas em ambientes estuarinos

Tese de doutoramento, Geologia (Geoquímica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016

Avaliação do stress oxidativo na disfunção erétil

As sequelas fisiopatológicas do stress oxidativo são difíceis de quantificar. Apesar dos obstáculos, a relevância médica do stress oxidativo tem vindo a ser cada vez mais reconhecida, sendo hoje em dia encarado como um componente chave de virtualmente todas as doenças. A disfunção erétil (DE) surge neste contexto como uma espécie de barómetro da função endotelial e do dano oxidativo. A quantificação de biomarcadores de stress oxidativo poderá apresentar um enorme impacto na avaliação de pacientes com DE. O rácio glutationa reduzida/oxidada (GSH/GSSG) e a nitrotirosina (3-NT) têm vindo a demonstrar relevância clínica. A consideração de polimorfismos genéticos constitui ainda uma abordagem promissora na avaliação destas relações no futuro. Um método altamente sensível de cromatografia líquida de alta performance (HPLC) foi desenvolvido para a determinação de 3-NT em plasma humano. As concentrações de 3-NT medidos em indivíduos com DE foram 6,6±2,1μM (média±S.D., n = 46). A medição da concentração plasmática de 3-NT poderá revelar-se útil como marcador de dano oxidativo dependente do óxido nítrico (NO). O nível de stress oxidativo pode também ser quantificado através da medição do decréscimo do rácio GSH/GSSG, que tem mostrado alterações numa miríade de patologias, como a DE e a diabetes mellitus. O método proposto para a quantificação do rácio GSH/GSSG em HPLC apresenta a vantagem de avaliação concomitante dos dois parâmetros em apenas uma corrida. O valor do rácio GSH/GSSG obtido a partir de sangue de indivíduos com DE foi 11,9±9,8 (média±S.D., n = 49). Os resultados estatísticos revelaram diferenças significativas (p<0,001) entre ambos a concentração plasmática de 3-NT e o rácio GSH/GSSG de sangue de indivíduos com DE e as respetivas medições em indivíduos saudáveis. Observaram-se ainda diferenças estatisticamente significativas (p≈0,027) entre o rácio GSH/GSSG do sangue de pacientes apenas com diagnóstico de DE e a medição respetiva em indivíduos com DE e comorbilidades cardiovasculares. Estes resultados enfatizam o papel do dano oxidativo na biopatologia da DE, elucidado com o auxílio destas duas metodologias, que poderão ter um amplo campo de aplicação no futuro, dado que se mostraram simples, não dispendiosas e rápidas, podendo eventualmente adequar-se a estudos de rastreio em larga escala.

Validação da eficácia dos procedimentos de limpeza, no equipamento de fabrico e embalagem, na indústria farmacêutica

Na indústria farmacêutica, a limpeza dos equipamentos e superfícies é muito importante no processo de fabrico/embalagem dos produtos farmacêuticos. Possíveis resíduos contaminantes devem ser removidos dos equipamentos e das superfícies envolvidas no processo. De acordo com as Boas Práticas de Fabrico (GMP), os procedimentos de limpeza e os métodos analíticos usados para determinar as quantidades de resíduos devem ser validados. O método analítico combinado com o método de amostragem utilizado na colheita de amostras deve ser sujeito a um ensaio de “recovery”. Neste trabalho apresenta-se uma estratégia inovadora para a validação de limpeza de formas farmacêuticas semi-sólidas. Propõe-se o uso de um método de amostragem que consiste na colheita direta de amostra após o seu fabrico, sendo a análise de resíduos feita directamente nesta amostra. Os produtos escolhidos para a avaliação da estratégia foram dois medicamentos dermatológicos, apresentados na forma de pomada e produzidos numa unidade de fabrico de vários produtos, pela Schering Plough Farma/ Merck Sharp & Dohme (Cacém, Portugal). Como métodos analíticos para a quantificação dos resíduos, utilizaram-se métodos validados por via espectrofotométrica (HPLC), usados na análise do produto acabado. A validação de limpeza foi avaliada através da análise de uma quantidade conhecida de pomada (produto B (*)), usando o método de análise da pomada fabricada anteriormente (produto A (*)), de modo a verificar-se a existência ou não de agente de limpeza e substâncias ativas deixadas após a limpeza do produto A, e vice-versa. As concentrações residuais das substâncias ativas e do agente de limpeza encontradas após a limpeza foram nulas, ou seja, inferiores ao limite de deteção (LOD), sendo que o critério de aceitação da limpeza utilizado foi de 6,4 x 10-4 mg/g para a substância ativa 1 (*); 1,0 x 10-2 mg/g para a substância ativa 2 (*); 1,0 x 10-3 mg/g para a substância ativa 3 (*) e de 10 ppm para o agente de limpeza. No ensaio de “recovery”, obtiveram-se resultados acima de 70% para todas as substâncias ativas e para o agente de limpeza nas duas pomadas. Antes de se proceder a este ensaio de “recovery”, houve a necessidade de ajustar as condições cromatográficas dos métodos analíticos de ambos os produtos e do agente de limpeza, por forma a obter-se valores da conformidade do sistema (fator de tailling e de resolução) de acordo com as especificações. A precisão dos resultados, reportada como desvio padrão relativo (RSD), deu abaixo de 2,0%, excepto nos ensaios que envolvem a substância ativa 3, cuja especificação é inferior a 10,0%. Os resultados obtidos demonstraram que os procedimentos de limpeza usados na unidade de fabrico em causa são eficazes, eliminando assim a existência de contaminação cruzada.

Analysis of six fungicides and one acaricide in still and fortified wines using solid-phase microextraction-gas chromatography/tandem mass spectrometry

A multiresidue gas chromatographic method for the determination of six fungicides (captan, chlorthalonil, folpet, iprodione, procymidone and vinclozolin) and one acaricide (dicofol) in still and fortified wines was developed. Solid-phase microextraction (SPME) was chosen for the extraction of the compounds from the studied matrices and tandem mass spectrometry (MS/MS) detection was used. The extraction consists in a solvent free and automated procedure and the detection is highly sensitive and selective. Good linearity was obtained with correlation coefficients of regression (R2) > 0.99 for all the compounds. Satisfactory results of repeatability and intermediate precision were obtained for most of the analytes (RSD < 20%). Recoveries from spiked wine ranged from 80.1% to 112.0%. Limits of quantification (LOQs) were considerably below the proposedmaximumresidue limits (MRLs) for these compounds in grapes and below the suggested limits for wine (MRLs/10), with the exception of captan.

Projecto de execução de uma obra de arte

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia na Área de Especialização em Estruturas

Projecto de execução de estruturas e fundações de uma obra de arte corrente em betão armado e pré-esforçado

Trabalho de Projecto para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.