Fluorescent PET (Photoinduced Electron Transfer) Sensors with Targeting/Anchoring Modules as Molecular Versions of Submarine Periscopes for Mapping Membrane-Bounded Protons

The two families of fluorescent PET (photoinduced electron transfer) sensors (1-9) show that the effective proton density near the surface of several micelle membranes changes over 2-3 orders of magnitude as the microlocation of the sensor (with respect to the membrane) is altered via hydrophobic tuning.

Perceptions of therapist responses to shame disclosures by clients: A quasi-experimental investigation with non-clinical participants

Background
Therapist responses to initial shame disclosure in therapy have received little empirical attention.

Aim
This study explored different therapeutic responses to shame disclosures in terms of their perceived helpfulness. Responses ranged from complete withdrawal from the feeling (withdrawal) to completely tuning into it (non-withdrawal). Given the tendency of shame to evoke avoidance, participants higher on shame-proneness (as measured by The Experience of Shame Scale) were expected to perceive withdrawal responses to shame as more helpful than non-withdrawal responses.

Methodology
Fifty-five non-clinical participants were assessed for shame-proneness before viewing videos of mock therapy sessions showing clients either disclosing shame (two videos) or shock (control condition). Participants then rated the helpfulness of different therapist responses. The responses differed in the degree they allowed the client to withdraw from their emotions.

Results
High shame proneness was associated with rating withdrawal responses to shame as least helpful. Overall, neither the withdrawal response nor the non-withdrawal response were rated as particularly helpful. The therapeutic response which addressed management strategies when shame is initially experienced in therapy was deemed most helpful.

Conclusion
Despite the tendency to withdraw from shame feelings, this response is not deemed helpful in therapy.

Design and results of a dual-gas Quasi-Phase matching (QPM) foil target

Quasi-phase matching (QPM) can be used to increase the conversion efficiency of the high harmonic generation (HHG) process. We observed QPM with an improved dual-gas foil target with a 1 kHz, 10 mJ, 30 fs laser system. Phase tuning and enhancement were possible within a spectral range from 17 nm to 30 nm. Furthermore analytical calculations and numerical simulations were carried out to distinguish QPM from other effects, such as the influence of adjacent jets on each other or the laser gas interaction. The simulations were performed with a 3 dimensional code to investigate the phase matching of the short and long trajectories individually over a large spectral range.

Electrochemical promotion of a metal catalyst supported on a mixed-ionic conductor

It has been found that the catalytic activity and selectivity of a metal film deposited on a solid electrolyte could be enhanced dramatically and in a reversible way by applying an electrical current or potential between the metal catalyst and the counter electrode (also deposited on the electrolyte). This phenomenon is know as NEMCA [S. Bebelis, C.G. Vayenas, Journal of Catalysis, 118 (1989) 125-146.] or electrochemical promotion (EP) [J. Prichard, Nature, 343 (1990) 592.] of catalysis. Yttria-doped barium zirconate, BaZr_0.9Y_0.1O_{3 - α} (BZY), a known proton conductor, has been used in this study. It has been reported that proton conducting perovskites can, under the appropriate conditions, act also as oxide ion conductors. In mixed conducting systems the mechanism of conduction depends upon the gas atmosphere that to which the material is exposed. Therefore, the use of a mixed ionic (oxide ion and proton) conducting membrane as a support for a platinum catalyst may facilitate the tuning of the promotional behaviour of the catalyst by allowing the control of the conduction mechanism of the electrolyte. The conductivity of BZY under different atmospheres was measured and the presence of oxide ion conduction under the appropriate conditions was confirmed. Moreover, kinetic experiments on ethylene oxidation corroborated the findings from the conductivity measurements showing that the use of a mixed ionic conductor allows for the tuning of the reaction rate. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

Progress towards improving chronologies for marine sediment records.

The North Atlantic has played a key role in abrupt climate changes due to the sensitivity of the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) to the location and strength of deep water formation. It is crucial for modelling future climate change to understand the role of the AMOC in the rapid warming and gradual cooling cycles known as Dansgaard-Oescher (DO) events which are recorded in the Greenland ice cores. However, palaeoceanographic research into DO events has been hampered by the uncertainty in timing due largely to the lack of a precise chronological time frame for marine records. While tephrochronology provides links to the Greenland ice core records at a few points, radiocarbon remains the primary dating method for most marine cores. Due to variations in the atmospheric and oceanic 14C concentration, radiocarbon ages must be calibrated to provide calendric ages. The IntCal Working Group provides a global estimate of ocean 14C ages for calibration of marine radiocarbon dates, but the variability of the surface marine reservoir age in the North Atlantic particularly during Heinrich or DO events, makes calibration uncertain. In addition, the current Marine09 radiocarbon calibration beyond around 15 ka BP is largely based on 'tuning' to the Hulu Cave isotope record, so that the timing of events may not be entirely synchronous with the Greenland ice cores. The use of event-stratigraphy and independent chronological markers such as tephra provide the scope to improve marine radiocarbon reservoir age estimates particularly in the North Atlantic where a number of tephra horizons have been identified in both marine sediments and the Greenland ice cores. Quantification of timescale uncertainties is critical but statistical techniques which can take into account the differential dating between events can improve the precision. Such techniques should make it possible to develop specific marine calibration curves for selected regions.

Rhodopsin gene polymorphism associated with divergent light environments in atlantic cod

The spectral sensitivity of visual pigments in vertebrate eyes is optimized for specific light conditions. One of such pigments, rhodopsin (RH1), mediates dim-light vision. Amino acid replacements at tuning sites may alter spectral sensitivity, providing a mechanism to adapt to ambient light conditions and depth of habitat in fish. Here we present a first investigation of RH1 gene polymorphism among two ecotypes of Atlantic cod in Icelandic waters, which experience divergent light environments throughout the year due to alternative foraging behaviour. We identified one synonymous single nucleotide polymorphism (SNP) in the RH1 protein coding region and one in the 3' untranslated region (3'-UTR) that are strongly divergent between these two ecotypes. Moreover, these polymorphisms coincided with the well-known panthophysin (Pan I) polymorphism that differentiates coastal and frontal (migratory) populations of Atlantic cod. While the RH1 SNPs do not provide direct inference for a specific molecular mechanism, their association with this dim-sensitive pigment indicates the involvement of the visual system in local adaptation of Atlantic cod.

Computing probable maximum loss in catastrophe reinsurance portfolios on multi-core and many-core architectures

In the reinsurance market, the risks natural catastrophes pose to portfolios of properties must be quantified, so that they can be priced, and insurance offered. The analysis of such risks at a portfolio level requires a simulation of up to 800 000 trials with an average of 1000 catastrophic events per trial. This is sufficient to capture risk for a global multi-peril reinsurance portfolio covering a range of perils including earthquake, hurricane, tornado, hail, severe thunderstorm, wind storm, storm surge and riverine flooding, and wildfire. Such simulations are both computation and data intensive, making the application of high-performance computing techniques desirable.

In this paper, we explore the design and implementation of portfolio risk analysis on both multi-core and many-core computing platforms. Given a portfolio of property catastrophe insurance treaties, key risk measures, such as probable maximum loss, are computed by taking both primary and secondary uncertainties into account. Primary uncertainty is associated with whether or not an event occurs in a simulated year, while secondary uncertainty captures the uncertainty in the level of loss due to the use of simplified physical models and limitations in the available data. A combination of fast lookup structures, multi-threading and careful hand tuning of numerical operations is required to achieve good performance. Experimental results are reported for multi-core processors and systems using NVIDIA graphics processing unit and Intel Phi many-core accelerators.

A Hybrid Imperialist Approach in Solving University Timetabling Problems. Information Sciences. Vol. 283, 1-21

Generating timetables for an institution is a challenging and time consuming task due to different demands on the overall structure of the timetable. In this paper, a new hybrid method which is a combination of a great deluge and artificial bee colony algorithm (INMGD-ABC) is proposed to address the university timetabling problem. Artificial bee colony algorithm (ABC) is a population based method that has been introduced in recent years and has proven successful in solving various optimization problems effectively. However, as with many search based approaches, there exist weaknesses in the exploration and exploitation abilities which tend to induce slow convergence of the overall search process. Therefore, hybridization is proposed to compensate for the identified weaknesses of the ABC. Also, inspired from imperialist competitive algorithms, an assimilation policy is implemented in order to improve the global exploration ability of the ABC algorithm. In addition, Nelder–Mead simplex search method is incorporated within the great deluge algorithm (NMGD) with the aim of enhancing the exploitation ability of the hybrid method in fine-tuning the problem search region. The proposed method is tested on two differing benchmark datasets i.e. examination and course timetabling datasets. A statistical analysis t-test has been conducted and shows the performance of the proposed approach as significantly better than basic ABC algorithm. Finally, the experimental results are compared against state-of-the art methods in the literature, with results obtained that are competitive and in certain cases achieving some of the current best results to those in the literature.

Atomic data for modelling fusion and astrophysical plasmas

Trends and focii of interest in atomic modelling and data are identified in connection with recent observations and experiments in fusion and astrophysics. In the fusion domain, spectral observations are included of core, beam penetrated and divertor plasma. The helium beam experiments at JET and the studies with very heavy species at ASDEX and JET are noted. In the astrophysics domain, illustrations are given from the SOHO and CHANDRA spacecraft which span from the solar upper atmosphere, through soft x-rays from comets to supernovae remnants. It is shown that non-Maxwellian, dynamic and possibly optically thick regimes must be considered. The generalized collisional-radiative model properly describes the collisional regime of most astrophysical and laboratory fusion plasmas and yields self-consistent derived data for spectral emission, power balance and ionization state studies. The tuning of this method to routine analysis of the spectral observations is described. A forward look is taken as to how such atomic modelling, and the atomic data which underpin it, ought to evolve to deal with the extended conditions and novel environments of the illustrations. It is noted that atomic physics influences most aspects of fusion and astrophysical plasma behaviour but the effectiveness of analysis depends on the quality of the bi-directional pathway from fundamental data production through atomic/plasma model development to the confrontation with experiment. The principal atomic data capability at JET, and other fusion and astrophysical laboratories, is supplied via the Atomic Data and Analysis Structure (ADAS) Project. The close ties between the various experiments and ADAS have helped in this path of communication.

Energy Optimization of Memory Intensive Parallel Workloads

Energy consumption is an important concern in modern multicore processors. The energy consumed by a multicore processor during the execution of an application can be minimized by tuning the hardware state utilizing knobs such as frequency, voltage etc. The existing theoretical work on energy minimization using Global DVFS (Dynamic Voltage and Frequency Scaling), despite being thorough, ignores the time and the energy consumed by the CPU on memory accesses and the dynamic energy consumed by the idle cores. This article presents an analytical energy-performance model for parallel workloads that accounts for the time and the energy consumed by the CPU chip on memory accesses in addition to the time and energy consumed by the CPU on CPU instructions. In addition, the model we present also accounts for the dynamic energy consumed by the idle cores. The existing work on global DVFS for parallel workloads shows that using a single frequency for the entire duration of a parallel application is not energy optimal and that varying the frequency according to the changes in the parallelism of the workload can save energy. We present an analytical framework around our energy-performance model to predict the operating frequencies (that depend upon the amount of parallelism) for global DVFS that minimize the overall CPU energy consumption. We show how the optimal frequencies in our model differ from the optimal frequencies in a model that does not account for memory accesses. We further show how the memory intensity of an application affects the optimal frequencies.

Conformação automática de formas complexas em vidro de mesa

Os objectivos do presente trabalho foram a investigação dos principais defeitos que ocorrem nos produtos de vidro de mesa produzidos por processos automáticos e o desenvolvimento de novos vidros e tecnologias que permitam aumentar os rendimentos de produção, ou a flexibilidade da operação de conformação. A viscosidade influencia a facilidade de conformação dos produtos. Temperaturas de gota mais baixas, espessuras de parede de produtos mais elevadas e baixas áreas de transferência térmica facilitam a ocorrência de defeitos, sobretudo mecânicos e de superfície. Foram identificados os produtos de vidro de mesa que apresentam maiores dificuldades na conformação, designados por produtos de forma complexa. Por ser um factor relevante na prática, discutiu-se o efeito da quantidade de casco usado na elaboração dos vidros sobre a conformação de produtos de forma complexa. A quantidade de casco influencia a volatilização de fundentes que por sua vez tem efeito sobre as propriedades de trabalhabilidade do vidro. Desenvolveram-se novos vidros compatíveis com a utilização de queimos enriquecidos em oxigénio que são utilizados para reduzirem os defeitos mecânicos e de superfície nos produtos de vidros de mesa prensados. A compatibilidade vidro/tecnologia fez-se com uma modificação do sistema de afinação do vidro. Os vidros modificados apresentam propriedades físicoquímicas semelhantes à do vidro inicial e por isso indicam viabilidade comercial. A tecnologia dos canais corantes foi utilizada para modificar a trabalhabilidade de um vidro base a partir da introdução até 5 % de fritas incolores ricas em Li2O. Os valores de RMS (velocidade relativa de máquina) desceram de 106,8 % para 95,7 % enquanto os valores de Pt (patamar de trabalho) subiram de 100,6 s para 111,3 s com o aumento de frita. As propriedades físico-químicas dos vidros aditivados com frita indicam viabilidade comercial. Esta inovação tecnológica introduz flexibilidade nos processos industriais vidreiros. A composição química do vidro e por isso as propriedades relacionadas com a trabalhabilidade podem ser entendidas como mais uma variável dos processos de conformação e usadas em função das técnicas de conformação disponíveis, da forma dos objectos a conformar e da engenharia da ferramenta moldante utilizada. Foi observada convergência entre os resultados experimentais e os valores calculados a partir dos modelos de Huff e Fluegel nos principais parâmetros da tecnologia vidreira (RMS e Pt) e nas propriedades dos vidros nomeadamente densidade e coeficiente de dilatação térmico. Uma parte importante deste trabalho decorreu em ambiente industrial. Em temas relacionados com a investigação do processamento vidreiro industrial, a prática de desenvolver trabalho experimental integrado no próprio ambiente industrial está claramente documentada na bibliografia publicada em revistas e jornais de referência internacional. ABSTRACT: The research on the causes of major defects that occur in glass tableware products produced by automatic processes and the development of new glasses and technologies for increasing the production efficiency, or the flexibility of operation were the objectives of the Thesis project. Viscosity influences the flexibility of glass forming. Lower drop temperatures, high product wall thicknesses, or low areas of heat transfer facilitate the occurrence of defects, mainly mechanical and surface born. We identified the products of glass tableware showing the greatest difficulties in forming, designated as complex shape products. The effect of the amount of recycled glass used in the preparation of glass batches on the conformation of products of complex shapes and on glass workability is discussed. The amount of recycled glass affects the volatilization of glass modifiers which in turn have an effect on the glass properties and workability. New glasses which become compatible with the use of oxygen burners were formulated, tested and developed to the industrial use, oxygen enrichment being used to reduce the mechanical and surface defects in pressed glass tableware. Compatibility glass / technology was achieved with a modified system of tuning of the glass. The modified glasses have physical and chemical properties similar to the original glass and therefore are commercially viable. The technology of the colouring channels was used to change glass workability of a glass base by the introduction of up to 5 % Li2O rich in colourless frit. The values of RMS (relative machine speed) fell from 106.8 % to 95.7 % while the values of Pt (cooling time) increased from 100.6 s to 111.3 s by the introduction of glass frits. The physico-chemical properties of the modified glass show commercial viability. This technology introduces flexibility in industrial processes of glass. The chemical composition of glass and therefore the properties related to workability can be understood as another variable of the glass forming processes and used according to the available forming techniques, the shape of objects and the engineering tools used for the moulds. Convergence was observed between experimental and predicted from Huff and Fluegel models in studying the properties of glasses. An important part of this work was done inside the industrial environment. On issues related to the investigation of the glass processing inside the industry, the practice of developing experimental work integrated in the industrial environment is clearly documented and referenced in the published literature in international journals and periodicals.

Caracterização de novas membranas de titanossilicatos microporosos por ensaios de permeabilidade

O interesse crescente das membranas inorgânicas deve-se à potencial aplicação em novas áreas de investigação e da indústria, e em alternativa a operações mais convencionais. Em particular, as membranas de titanossilicatos oferecem vantagens importantes sobre as de zeólitos, pois podem ser sintetizadas sem agentes estruturantes orgânicos, para evitar a calcinação subsequente usualmente responsável por defeitos irreversíveis, exibem novas possibilidades de substituição isomórfica da matriz, permitindo um ajuste mais fino das propriedades catalíticas e de adsorção, e são capazes de separar misturas com base em diferenças de afinidade e tamanho molecular (efeito de peneiro). Os objectivos principais deste trabalho foram: i) a caracterização dinâmica de membranas do tipo zeolítico sintetizadas no Laboratório Associado CICECO, realizando-se experiências de permeação com gases puros e misturas; ii) o desenvolvimento e validação de novos modelos para a transferência de massa multicomponente através de membranas porosas pela abordagem de Maxwell-Stefan, tendo em conta os mecanismos específicos encontrados, particularmente a contribuição por difusão superficial; e iii) a modelação dos pontos experimentais medidos, bem como dados compilados da literatura. De forma a realizar os ensaios de permeação, desenhou-se, montou-se e testou-se uma instalação experimental. Para gases puros, os objectivos principais foram a medição de permeâncias a temperatura constante, por variação da pressão transmembranar r ( ΔP ), e de permeâncias a temperatura programada, conduzidas a ΔP constante. Seguidamente, calcularam-se as selectividades ideais. Em relação a misturas, a determinação de selectividades reais requer as fracções molares no permeado e no retido. Na globalidade, estudaram-se três suportes diferentes (aço inoxidável e α − alumina) e dezanove membranas de AM-3, ETS-10, ZSM-5 e zeólito 4A, utilizando-se H2, He, N2, CO2, e O2. A primeira avaliação exploratória da qualidade das membranas foi feita permeando azoto à temperatura ambiente. Assim, permeâncias superiores a 10−6 mol/m2s.Pa evidenciavam defeitos grosseiros, levando-nos a efectuar cristalizações adicionais sobre as primeiras camadas. Este procedimento foi implementado com oito membranas. Um trabalho experimental mais detalhado foi conduzido com cinco membranas. Membranas com curvas permeância-temperatura ( Π −T ) decrescentes indicam tipicamente transporte viscoso e de Knudsen, i.e. meso e macrodefeitos. Por exemplo, a membrana nº 3 de AM-3 exibiu este comportamento com H2, He, N2 e CO2 puros. A contribuição de Knudsen foi confirmada pela relação linear encontrada entre as permeâncias e o inverso da raiz quadrada da massa molar. O mecanismo viscoso foi também identificado, pois as permeâncias eram inversamente proporcionais à viscosidade do gás ou, atendendo a equações do tipo de Chapman-Enskog, directamente proporcionais a 2 0.5 k d M (onde k d é o diâmetro cinético e M a massa molar). Um comportamento de permeação distinto observou-se com a membrana nº 5 de AM-3. As permeâncias registadas a temperatura programada eram aproximadamente constantes para o N2, CO2 e O2, enquanto com o H2 cresciam significativamente. Conjuntamente elas evidenciam a ocorrência de macro, meso e microdefeitos intercristalinos. O transporte gasoso activado através dos microporos compensa o impacto diminuidor dos meso e macroporos. Ao contrário do N2, CO2 e O2, o pequeno diâmetro do hidrogénio torna-lhe possível permear através dos microporos intracristalinos, o que lhe adiciona um mecanismo de transferência responsável por esse crescimento. No que respeita à difusão superficial, o sistema CO2/ZSM-5 pode ser tomado como um exemplo paradigmático. Uma vez que este zeólito adsorve o CO2, as permeâncias diminuem com o crescimento de ΔP , em virtude de as concentrações no sólido aumentarem de forma não linear e tenderem para a saturação. Os resultados contrastantes obtidos com azoto realçam ainda mais o mecanismo superficial, pois o N2 não é adsorvido e as permeâncias medidas são constantes. Globalmente, as selectividades ideais calculadas ( α* ) variam de cerca de 1 a 4.2. Este parâmetro foi também utilizado para discriminar as melhores membranas, uma vez que baixos valores de α* denotam o escoamento viscoso não-selectivo típico de macrodefeitos. Por exemplo, o H2/CO2 na membrana nº 3 de AM-3 apresentou α* = 3.6 − 4.2 para 40–120ºC, enquanto que na membrana nº 5 de AM-3 originou α* = 2.6 − 3.1. Estes resultados corroboraram as observações anteriores, segundo as quais a membrana nº 5 era melhor do que a nº 3. Alguns ensaios foram realizados com membranas saturadas com água para aumentar a selectividade: as medições mostraram claramente uma melhoria inicial seguida de uma redução consistente de α* com o aumento da temperatura, devido à remoção das moléculas de água responsáveis pela obstrução de alguns poros. Em relação às selectividades reais de misturas contendo hidrogénio, devem ser realizadas mais experiências e a quantificação do hidrogénio deve ser melhorada. No que concerne à modelação, novos factores termodinâmicos de Maxwell- Stefan foram derivados para as isotérmicas mono e multicomponente de Nitta, Langmuir-Freundlich e Toth, tendo sido testadas com dados de equilíbrio e de permeação da literatura. (É importante realçar que só estão publicadas equações para Langmuir e Dual-Site Langmuir de componentes puros e misturas). O procedimento de validação adoptado foi exigente: i) as isotérmicas multicomponente foram previstas a partir das de gás puro; ii) os parâmetros de difusão dos componentes puros foram ajustados a dados de permeação de cada gás; iii) depois, as difusividades cruzadas de Maxwell- Stefan foram estimadas pela relação de Vignes; finalmente, v) as novas equações foram testadas usando-se estes parâmetros, tendo sido capazes de estimar com sucesso fluxos binários. Paralelamente ao enfoque principal do trabalho, derivou-se um novo modelo para permuta iónica em materiais microporosos baseado nas equações de Maxwell-Stefan. Este foi validado com dados experimentais de remoção de Hg2+ e Cd2+ de soluções aquosas usando ETS-4. A sua capacidade preditiva foi também avaliada, sendo possível concluir que se comporta muito bem. Com efeito, conseguiram-se boas previsões com parâmetros optimizados a partir de conjuntos de dados independentes. Este comportamento pode ser atribuído aos princípios físicos sólidos da teoria de Maxwell-Stefan.

Métodos químicos de modificação superficial de nanomateriais

O objectivo geral desta tese foi investigar diversas estratégias de síntese de nanocompósitos híbridos de matriz polimérica, contendo nanopartículas inorgânicas com funcionalidades diversas. O interesse nestes nanocompósitos multifuncionais consiste no enorme potencial que apresentam para novas aplicações tecnológicas, tais como em optoelectrónica ou em medicina. No capítulo introdutório, apresenta-se uma revisão das propriedades de nanopartículas inorgânicas e nanoestruturas obtidas a partir destas, métodos de preparação e de modificação química superficial, incluindo a formação de nanocompósitos poliméricos, bem como a aplicação destas nanoestruturas em medicina e biologia. O estudo das propriedades de nanopartículas de ouro é um importante tema em Nanociência e Nanotecnologia. As propriedades singulares destas NPs apresentam uma estreita relação com o tamanho, morfologia, arranjo espacial e propriedades dieléctricas do meio circundante. No capítulo 2, é reportada a preparação de nanocompósitos utilizando miniemulsões de poli-estireno (PS) e poli-acrilato de butilo (PBA) contendo nanopartículas de ouro revestidas com moléculas orgânicas. As propriedades ópticas destas estruturas híbridas são dominadas por efeitos plasmónicos e dependem de uma forma crítica na morfologia final dos nanocompósitos. Em particular, demonstra-se aqui a possibilidade de ajustar a resposta óptica, na região do visível do espectro, através do arranjo das nanopartículas na matriz polimérica, e consequentemente o acoplamento plasmónico, utilizando nanopartículas resultantes da mesma síntese. Na generalidade, é reportada aqui uma estratégia alternativa para modificar a resposta óptica de nanocompósitos, através do controlo da morfologia do compósito final face à estratégia mais comum que envolve o controlo das características morfológicas das partículas metálicas utilizadas como materiais de partida. No Capítulo 3 apresentam-se os resultados da preparação de vários compósitos poliméricos com propriedades magnéticas de interesse prático. Em particular discute-se a síntese e propriedades magnéticas de nanopartículas de ligas metálicas de cobalto-platina (CoPt3) e ferro-platina (FePt3), assim como de óxidos de ferro (magnetite Fe3O4 e maguemite g-Fe2O3) e respectivos nanocompósitos poliméricos. A estratégia aqui descrita constitui uma via interessante de desenvolver materiais nanocompósitos com potencial aplicação em ensaios de análise de entidades biológicas in vitro, que pode ser estendido a outros materiais magnéticos. Como prova de conceito, demonstrase a bioconjugação de nanocompósitos de CoPt3/PtBA com anticorpos IgG de bovino. No capítulo 4 é descrita a preparação e propriedades ópticas de pontos quânticos (“quantum dots”, QDs) de CdSe/ZnS assim como dos seus materiais nanocompósitos poliméricos, CdSe/ZnS-PBA. Como resultado das suas propriedades ópticas singulares, os QDs têm sido extensivamente investigados como materiais inorgânicos para aplicações em dispositivos ópticos. A incorporação de QDs em matrizes poliméricas é de particular interesse, nomeadamente devido ao comportamento óptico do nanocompósito final parecer estar dependente do tipo de polímero utilizado. As propriedades ópticas dos nanocompósitos foram estudadas sistematicamente por medidas de fotoluminescência. Os nanocompósitos apresentam propriedades interessantes para potenciais aplicações biológicas em diagnóstico in vitro, funcionando como sondas biológicas luminescentes.

Biodiesel fuel formulation

O consumo de energia a nível mundial aumenta a cada dia, de forma inversa aos recursos fósseis que decrescem de dia para dia. O sector dos transportes é o maior consumidor deste recurso. Face ao actual cenário urge encontrar uma solução renovável e sustentável que permita não só, diminuir a nossa dependência de combustíveis fósseis mas fundamentalmente promover a sua substituição por energias de fontes renováveis. O biodiesel apresenta-se na vanguarda das alternativas aos combustiveis derivados do petróleo, para o sector dos transportes, sendo considerado uma importante opção a curto prazo, uma vez que o seu preço pode ser competitivo com o diesel convencional, e para a sua utilização o motor de combustão não necessita de alterações. O biodiesel é uma mistura líquida, não tóxica, biodegradável de ésteres de ácidos gordos, sem teor de enxofre ou compostos aromáticos, apresenta boa lubricidade, alto número de cetano, e origina emissões gasosas mais limpas. O presente trabalho contribui para um melhor conhecimento da dependência das propriedades termofisicas do biodiesel com a sua composição. A publicação de novos dados permitirá o desenvolvimento de modelos mais fiáveis na previsão do comportamento do biodiesel. As propriedades densidade e viscosidade são o espelho da composição do biodiesel, uma vez que dependem directamente da matéria prima que lhe deu origem, mais do que do processo de produção. Neste trabalho os dados medidos de densidade e viscosidade de biodiesel foram testados com vários modelos e inclusivamente foram propostos novos modelos ajustados para esta família de compostos. Os dados medidos abrangem uma ampla gama de temperaturas e no caso da densidade também foram medidos dados a alta pressão de biodiesel e de alguns ésteres metilico puros. Neste trabalho também são apresentados dados experimentais para o equilíbrio de fases sólido-liquído de biodiesel e equlibrio de fases líquidolíquido de alguns sistemas importantes para a produção de biodiesel. Ambos os tipos de equilíbrio foram descritos por modelos desenvolvidos no nosso laboratório. Uma importância especial é dado aqui a propriedades que dependem do perfil de ácidos gordos da matéria-prima além de densidade e viscosidade; o índice de iodo e temperature limite de filtrabalidade são aqui avaliados com base nas considerações das normas. Os ácidos gordos livres são um sub-produto de refinação de óleo alimentar, que são removidos na desodoração, no processo de purificação do óleo. A catálise enzimática é aqui abordada como alternativa para a conversão destes ácidos gordos livres em biodiesel. Estudou-se a capacidade da lipase da Candida antartica (Novozym 435) para promover a esterificação de ácidos gordos livres com metanol ou etanol, utilizando metodologia de superfície de resposta com planeamento experimental. Avaliou-se a influência de diversas variáveis no rendimento da reacção.

Reconfigurable transmitters for software-defined radios

Flexible radio transmitters based on the Software-Defined Radio (SDR) concept are gaining an increased research importance due to the unparalleled proliferation of new wireless standards operating at different frequencies, using dissimilar coding and modulation schemes, and targeted for different ends. In this new wireless communications paradigm, the physical layer of the radio transmitter must be able to support the simultaneous transmission of multi-band, multi-rate, multi-standard signals, which in practice is very hard or very inefficient to implement using conventional approaches. Nevertheless, the last developments in this field include novel all-digital transmitter architectures where the radio datapath is digital from the baseband up to the RF stage. Such concept has inherent high flexibility and poses an important step towards the development of SDR-based transmitters. However, the truth is that implementing such radio for a real world communications scenario is a challenging task, where a few key limitations are still preventing a wider adoption of this concept. This thesis aims exactly to address some of these limitations by proposing and implementing innovative all-digital transmitter architectures with inherent higher flexibility and integration, and where improving important figures of merit, such as coding efficiency, signal-to-noise ratio, usable bandwidth and in-band and out-of-band noise will also be addressed. In the first part of this thesis, the concept of transmitting RF data using an entirely digital approach based on pulsed modulation is introduced. A comparison between several implementation technologies is also presented, allowing to state that FPGAs provide an interesting compromise between performance, power efficiency and flexibility, thus making them an interesting choice as an enabling technology for pulse-based all-digital transmitters. Following this discussion, the fundamental concepts inherent to pulsed modulators, its key advantages, main limitations and typical enhancements suitable for all-digital transmitters are also presented. The recent advances regarding the two most common classes of pulse modulated transmitters, namely the RF and the baseband-level are introduced, along with several examples of state-of-the-art architectures found on the literature. The core of this dissertation containing the main developments achieved during this PhD work is then presented and discussed. The first key contribution to the state-of-the-art presented here consists in the development of a novel ΣΔ-based all-digital transmitter architecture capable of multiband and multi-standard data transmission in a very flexible and integrated way, where the pulsed RF output operating in the microwave frequency range is generated inside a single FPGA device. A fundamental contribution regarding the simultaneous transmission of multiple RF signals is then introduced by presenting and describing novel all-digital transmitter architectures that take advantage of multi-gigabit data serializers available on current high-end FPGAs in order to transmit in a time-interleaved approach multiple independent RF carriers. Further improvements in this design approach allowed to provide a two-stage up-conversion transmitter architecture enabling the fine frequency tuning of concurrent multichannel multi-standard signals. Finally, further improvements regarding two key limitations inherent to current all-digital transmitter approaches are then addressed, namely the poor coding efficiency and the combined high quality factor and tunability requirements of the RF output filter. The followed design approach based on poliphase multipath circuits allowed to create a new FPGA-embedded agile transmitter architecture that significantly improves important figures of merit, such as coding efficiency and SNR, while maintains the high flexibility that is required for supporting multichannel multimode data transmission.