Repositório Colecção: Dissertações de MestradoDissertações de Mestradohttps://hdl.handle.net/1822/19102024-03-29T13:02:45Z2024-03-29T13:02:45ZInspeção ótica automática de superfícies de alto brilhoAraújo, João Pedro Camarinhahttps://hdl.handle.net/1822/810672022-12-12T09:12:31Z2022-12-12T09:12:30ZTítulo: Inspeção ótica automática de superfícies de alto brilho
Autor: Araújo, João Pedro Camarinha
Resumo: O foco deste trabalho é a inspeção ótica automática de peças de plástico de automóvel com
acabamento de alto brilho, principalmente, a deteção de defeitos como riscos, inclusões, acumulações
de tinta e impressões digitais. Para isso, utiliza-se uma combinação de técnicas de iluminação bright e
dark field, bem como um algoritmo especial para realçar e detetar defeitos. As peças possuem a
mesma geometria e foram utilizadas como caso de estudo para garantir que o método é robusto para
aplicações industriais, ou seja, cumpre os requisitos em termos de eficiência e tempo de inspeção.
Estratégias pré-existentes são adaptadas, melhoradas e exploradas: as condições experimentais são
aprimoradas, a relação entre as etapas de inspeção e o tempo de inspeção são melhor compreendidas
e muitos parâmetros são testados para filtrar aqueles que devem serem evitados. Adicionalmente,
métodos de polarimetria para deteção são estudados e testados com os mesmos objetivos,
principalmente para examinar se um estudo mais aprofundado é valioso e para melhor compreender a
interação da radiação com a matéria.
Um conjunto de imagens de padrões com faixas brancas e pretas (iluminação bright e dark field) é
projetado num LCD para iluminar a peça plástica para aquisição de imagem. Os padrões são alterados
por um fator de deslocamento entre as imagens; cada região deve ser iluminada por bright e dark field
dentro do conjunto, o que determina o seu número de imagens. Depois disso, as imagens adquiridas
são processadas através de um algoritmo de realce de contraste e comparadas com a imagem
processada de um template (sem defeitos). Essa comparação é feita por um algoritmo de segmentação
usando técnicas de thresholding. Usando a técnica descrita, todos os defeitos foram detetados, exceto
pequenos riscos superficiais.
O mesmo LCD foi usado para iluminar as peças de alto brilho com condições de bright field, mas com
uma câmara com micro polarizadores lineares. Os defeitos típicos comportam-se da mesma forma que
as áreas sem defeito: existe conservação da polarização linear. Peças com tinta que contém flocos
metálicos também foram testadas com esta técnica, apresentando resultados promissores para
deteção de falta de homogeneidade nas tintas.; The focus of this work is the automatic optical inspection of high-gloss plastic automobile parts,
particularly, the detection of defects such as scratches, inclusions and fingerprints. In order to achieve
it, a combination of bright and dark field illumination techniques, as well as a special algorithm for
enhancing and detecting defects is used. The parts have the same geometry and were used as a case
study to make sure the method is robust for industrial applications, i.e., fulfills the requirements in
terms of efficiency and inspection time. Pre-existing strategies are adapted, improved and further
explored: experimental conditions are sharpened, the relation between the stages of inspection and
inspection time are better understood and many parameters are tested to filter those to avoid.
Additionally, polarimetry methods for detection are briefly studied and tested with the same goals,
mainly to examine if a more deepened study is valuable and to better comprehend the matter-light
interaction.
A set of images of striped patterns (achieving bright and dark field illumination) is projected on an LCD
in order to illuminate the plastic part for image acquisition. The patterns are shifted by a displacement
factor between images; every region must be illuminated by both bright and dark field witihin the set,
determining its number of images. After that, acquired images are processed using a contrast
enhancement algorithm and compared to the processed image of a template (with no defects). That
comparison is based on a segmentation algorithm using thresholding techniques. Using bright and dark
field, all defects were detected except small superficial scratches.
The same LCD was used to illuminate the high-gloss parts with bright-field conditions, but with a
camera with linear micro polarizers. Typical defects behave the same way as the non-defective areas:
linear polarization is conserved. Parts with paint that contains metallic flakes were also tested using this
technique, showing promising results for defect detection.
Descrição: Dissertação de mestrado em Engenharia Física (especialização em Física da Informação)
<b>Tipo</b>: masterThesis2022-12-12T09:12:30ZPhotonic Nearfield effects applied to real-time biosensing super resolution bioimagingFreitas, João Carlos Roberto dehttps://hdl.handle.net/1822/807242024-01-09T14:19:39Z2023-11-19T07:00:44ZTítulo: Photonic Nearfield effects applied to real-time biosensing super resolution bioimaging
Autor: Freitas, João Carlos Roberto de
Resumo: O campo de estudos da cinética e hibridação do ADN é dominada por modelos e previsões
teóricas e semi-empíricas orientadas para situações gerais e de observações em massa. Em muitos
casos estes modelos são aplicáveis num contexto de biodeteção como é o caso do sensor de ADN em
forma de gancho cujo sinal ótico é produzido em resposta a fases de desdobramento causadas por
hibridação com um analito nucleótido complementar.
Neste trabalho, desenvolvemos uma plataforma de biosensor avançada através da deposição de
uma monocamada de grafeno que é depois funcionalizada com sensores de ADN em forma de gancho,
que, por sua vez, estão ligados a um repórter fluorescente. Devido a interações “nearfield” com o grafeno,
a fluorescência do repórter é diminuída conforme a sua proximidade à camada. Esta distância axial muda
ao longo do tempo com base nos processos de hibridação com o analito. Ferramentas óticas de TIRF
acopladas a uma camara sensível EM-CCD foram usadas para detetar estas flutuações de sinais num
regime de deteção singular molecular. Estes sinais esporádicos permitiram a determinação da PSF do
sistema ótico e consequente reconstrução de super resolução das imagens. A combinação destas
técnicas óticas permitiu a extração do sinal fluorescente de moléculas individuais e consequente
informação do mecanismo cinético do sensor, cujos tempos de desdobramento duraram 7s. Fenómenos
cinéticos que levaram a fases intermédias da forma em gancho também foram identificadoss e causaram
o dobro do tempo de desdobramento.
Conversão do sinal fluorescente em distâncias fluoróforo-grafeno com base num modelo semi
empírico mostraram a uma resolução nanométrica que o processo de desdobramento tem caraterísticas
em escada com fases ativas e estáticas no processo cinético, que, em alguns casos podem ser atribuídos
a fenómenos de nucleação. A plataforma de biodeteção e métodos óticos associados podem ser usado
em trabalhos futuros que visam avaliar a cinética de moléculas de ADN em diferentes condições.; The field of studies of DNA kinetics and hybridization is dominated by ensemble predictions based
on semi-empirical or theoretical models. These insights are often employed in the context of fluorescent
biosensing assays such as the case of the DNA hairpin probe whose optical signal is produced as a result
of an unfolding kinetic phase due to hybridization with a complementary target analyte strand.
In this work we develop an advanced biosensing platform fabricated by deposition of a single
layer of graphene which is then functionalized with fluorophore labelled DNA hairpin probes. Because of
the nearfield photonic effects of graphene that produce a distance dependent quenching effect on the
fluorescent label, axial displacements of the fluorophore as a result of hybridization produce different
optical signals. A widefield TIRF optical setting with a sensitive EM-CCD camera was employed to detect
these signal fluctuations in a single molecule regime environment of low concentrations. These sparce
fluorescent signals were used in the determination of the PSF of the optical setup in a novel approach to
super resolution reconstruction. The combination of these techniques allowed for single molecule
fluorescence detection and consequent kinetic assessment of individual hairpins, whose unfolding times
were estimated to be around the 7s. Kinetic phenomena resulting in intermediate partially hybridized
states were also identified and estimated to double the time required for unfolding of the hairpin probes.
Conversion of the fluorescent signal into distances of fluorophore-graphene by a semi-empirical
model showed at a nanometre resolution that the unfolding process is a step-like phenomena of
intermittent metastates of unfolding and static periods which can be in some cases attributed to
nucleation events. The developed biosensing platform and associated optical methods can be adopted
for further research into the kinetics of DNA molecules under different environmental conditions.
Descrição: Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas
<b>Tipo</b>: masterThesis2023-11-19T07:00:44ZCarbon nanotubes-reinforced cell-derived matrix-silk fibroin hierarchical scaffolds for bone tissue engineering applicationsLemos, Rafael André Valentehttps://hdl.handle.net/1822/807142022-11-17T16:17:44Z2022-11-17T16:17:43ZTítulo: Carbon nanotubes-reinforced cell-derived matrix-silk fibroin hierarchical scaffolds for bone tissue engineering applications
Autor: Lemos, Rafael André Valente
Resumo: As lesões ósseas são o tipo lesões traumáticas mais comuns. O processo regenerativo do osso é um
processo biológico complexo que é influenciado por vários fatores. Atualmente, os autoenxertos representam
o padrão mais elevado da medicina regenerativa óssea, contudo apresentam várias desvantagens, tais como
disponibilidade limitada do tecido dador ou necessidade de intervenção cirúrgica adicional para colheita do
tecido dador. Assim, na área da engenharia de tecidos do osso têm-se procurado desenvolver novos sistemas
artificiais que simultaneamente enderecem esta problemática e consigam mimetizar com maior precisão o
tecido nativo. Neste trabalho, as excelentes propriedades regenerativas da fibroína de seda foram
combinadas com nanotubos de carbono e uma matriz descelularizada derivada de células para a obtenção
de novas matrizes porosas (scaffolds) e hierarquizadas para aplicação em abordagens da engenharia do
tecido ósseo. Estes scaffolds foram fabricados recorrendo ao método de reticulação enzimática, modelagem
através de congelamento e descelularização. A caracterização físico-química revelou que os poros do scaffold
tinham cerca de 112 ± 22 µm e este apresentava uma porosidade total de 75 ± 3%. Para além disso,
observou-se que os scaffolds possuem um E’ a rondar os 5 kPa, e que são bioativos, in vitro. Adicionalmente,
os estudos ex vivo de avaliação do possível comportamento hemolítico revelaram que os scaffolds não
possuem qualquer efeito hemolítico. Por sua vez, os estudos realizados in vitro envolvendo o uso de células
estaminais obtidas da gordura humana (hASCs) mostraram que os scaffolds são capazes de suportar a
proliferação celular. Para além disto, apesar do nível de atividade metabólica exibido pelas células nos
scaffolds desenvolvidos ser semelhante aos scaffolds só de fibroína de seda, foi observada uma atividade da
ALP superior. Por sua vez, a análise histológica mostrou que células foram capazes de migrar para o interior
dos scaffolds e a produzir colagénio. A expressão de vários marcadores osteogénicos, tais como a ALP, OPN,
Runx-2 e Col Iα, também foi observada confirmando assim o potencial osteogénico dos scaffolds
desenvolvidos. Em suma, os scaffolds hierárquicos desenvolvidos neste trabalho mostraram um alto
potencial para uso em abordagens da engenharia de tecido ósseo.; Bone injuries are the most common traumatic injuries. The regenerative process of bone healing is
a complex biological process that is influenced by several factors. The current gold standard in bone
regenerative medicine are autografts which present several drawbacks, such as limited supply or donor-site
morbidity. Thus, in the field of bone tissue engineering, the development of new scaffold systems that
addresses the current limitations and more closely mimic the native tissue is being pursued. In this work, the
excellent regenerative properties of silk fibroin were combined with carbon nanotubes and decellularized cell derived extracellular matrix to obtain new scaffolds for bone tissue engineering applications. These easy to
produce scaffolds were fabricated using enzymatic cross-liking, freeze modeling and decellularization
methods. The physicochemical characterization revealed that the developed scaffolds presented pores with
≈ 112 ± 22 µm in size and a total porosity of ≈ 75 ± 3%. Furthermore, scaffolds presented an E’ of ≈ 5 kPa
and were bioactive in vitro. Additionally, ex vivo hemolytic assay evidenced that scaffolds expressed no
hemolytic effect. Regarding biological evaluation, the cellular in vitro studies performed on adipose-derived
stem cells (hASCs) showed that scaffolds supported cell proliferation. Besides, despite the hASCs seeded on
developed scaffolds evidenced similar metabolic activity to standard silk fibroin scaffolds, they presented an
increased ALP activity. Moreover, the histological stainings showed that cells were capable to migrate into the
scaffolds and produce de novo collagen. The expression of several osteogenic markers such as ALP, OPN,
Runx-2 and Col Iα was also verified, further supporting the osteogenic potential of the developed scaffolds.
Overall, the hierarchical scaffolds produced in the present work show great promise for finding applications
in bone tissue engineering.
Descrição: Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas
<b>Tipo</b>: masterThesis2022-11-17T16:17:43ZElectrochemical pH monitoring in cell culture systemsOliveira, Micaela Tavareshttps://hdl.handle.net/1822/807002022-11-16T18:03:18Z2022-11-16T18:03:18ZTítulo: Electrochemical pH monitoring in cell culture systems
Autor: Oliveira, Micaela Tavares
Resumo: O cancro é umas das doenças com maior taxa de mortalidade em países desenvolvidos. Em ordem a
desenvolver estratégias terapêuticas para a prevenção do seu crescimento e propagação, uma
compreensão detalhada do tecido cancerígeno e a atividade metabólica das células é requerida. Todavia,
a monotorização in vivo do cancro em humanos é desafiante e os modelos animais oferecem uma
exatidão limitada na reprodução desta doença. Por esse motivo, modelos in vitro organ-on-a-chip
melhorados, que mimetizam as suas características são necessitados urgentemente.
O microambiente do cancro tem uma grande influência no seu comportamento, onde o pH e a
acidificação extracelular são alguns dos parâmetros essenciais. Por esta razão, nesta tese nós
desenvolvemos um sistema de deteção para a monitorização do pH, em tempo real, em modelos
cancerígenos on-a-chip. A nossa abordagem baseia-se na deteção eletroquímica potenciométrica, na qual
variações na concentração de protões são detetadas através da medição das diferenças de potencial
entre um elétrodo de óxido de irídio e um elétrodo de referência de cloreto de prata. Os testes de
otimização têm sido realizados com o objetivo de obter um sistema de medição para monitorização em
culturas celulares por longos períodos de tempo. Primeiramente, o sistema foi testado em modelos de
cultura celular em 2D, uma placa de 6 poços. Este passo intermediário funciona para comprovar que o
sistema otimizado poderá ser utilizado com sucesso em culturas celulares, antes de prosseguirmos com
a integração e os testes no modelo 3D desenvolvido. Por outro lado, também potencia o desenvolvimento
de uma nova aplicação para este sistema de medição, como por exemplo um sistema de monitorização
do pH durante testes realizados em modelos em 2D, como em testes para o desenvolvimento de
fármacos. Deste modo, nós apresentamos o progresso da otimização de um modelo microfluídico para
o cancro, integrado com um sensor de pH. Tal sistema pode ser útil como plataformas para a pesquisa
do cancro e, eventualmente, traçar o caminho como um instrumento clínico para determinar a melhor
opção de tratamento personalizado.; Cancer is one of the diseases with the highest mortality rates in developed countries. In order to develop
therapeutic strategies for the prevention of its growth and spreading, detailed understanding of the
cancerous tissue and metabolic activity of cells is required. However, in vivo monitoring of cancer in
humans is challenging and animal models can only offer limited accuracy in reproducing this disease.
Therefore, improved in vitro cancer on-a-chip models, mimicking its features are urgently needed. It is
known that cancer microenvironment has a high influence on its behaviour, where local pH and
extracellular acidification are one of the essential parameters. Hence, in this thesis we have developed a
sensing system for monitoring pH in real time in cancer models on-a-chip. Our approach is based on
electrochemical potentiometric sensing, in which changes in the concentration of protons are detected
by measuring potential differences between an IrOx based electrode and a Ag/AgCl reference electrode.
Optimization testing has been directed towards achieving a stable sensing system for long term cell
culturing. This system has been first tested in a 2D cell culture system, a 6 multiwell plate. This middle
step provides a proof of concept that the sensing system can be successfully applied to cell culture
systems before undergoing further developments to integrated it in the 3D chip. On the other hand, it
also allows for the development of new application for such system, such as pH monitoring during
different assays involving multiwell culturing, for instance for drug testing applications. Hereby, we present
an ongoing development and optimization of a microfluidic system for cancer on a chip model with the
integrated sensing capabilities. Such system can be useful as cancer research platforms and eventually
pave the way also to clinical tools for determining the best personalized treatment options.
Descrição: Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas
<b>Tipo</b>: masterThesis2022-11-16T18:03:18ZDesenvolvimento e otimização de nanoformulações lipídicas com ação microbicida anti-VIHFaria, Maria João Fernandeshttps://hdl.handle.net/1822/652422023-09-29T11:02:18Z2023-01-01T07:00:20ZTítulo: Desenvolvimento e otimização de nanoformulações lipídicas com ação microbicida anti-VIH
Autor: Faria, Maria João Fernandes
Resumo: O vírus da imunodeficiência humana (VIH) é um dos maiores problemas de saúde pública ao nível mundial e as terapias à base de antirretrovirais (ARV) continuam a ser, nos dias de hoje, a melhor opção para o seu tratamento. No entanto, e apesar dos ARV terem melhorado significativamente a qualidade e esperança média de vida dos indivíduos infetados, é imperativo que, para além de propostas de tratamento, se invista no desenvolvimento de novas estratégias de prevenção para o combate da infeção pelo VIH e os nanossistemas provaram ser uma alternativa promissora, particularmente para a administração vaginal de microbicidas. A presente dissertação teve como principal objetivo o desenvolvimento de uma estratégia profilática tópica para o combate do VIH/SIDA, tendo por base a formulação comercial Truvada®. Mais concretamente, desenvolveram-se sistemas coloidais lipídicos carregados com tenofovir disoproxil fumarato (TDF) que foram, posteriormente, incorporados em hidrogéis (HG) de carbómero com emtricitabina (FTC) para administração vaginal.
De modo a avaliar a influência da carga superficial dos nanossistemas na sua capacidade de interação com a mucina, vesículas unilamelares grandes (LUV) catiónicas, aniónicas e neutras foram caracterizadas quanto ao seu diâmetro hidrodinâmico, índice de polidispersão (PDI) e potencial zeta (ζ) antes e após incubação com uma suspensão de mucina. Avaliou-se ainda o efeito dos LUV na fluorescência intrínseca da proteína e no comportamento reológico de HG com 25 % (v/v) de mucina. Os estudos posteriores prosseguiram apenas com sistemas zwitteriónicos com diferentes graus de rigidez membranar, nos quais se encapsulou TDF por três metodologias distintas. Os nanossistemas foram caracterizados quanto ao tamanho e PDI; potencial-ζ; eficácia de encapsulamento (EE %) e efeitos biofísicos dos fármacos no nanossistema. O desempenho terapêutico foi igualmente avaliado através do estudo in vitro da: cinética de libertação e permeação dos fármacos; citotoxicidade e avaliação reológica após incorporação dos LUV nos HG.
Os nanossistemas desenvolvidos não demonstraram citotoxicidade; apresentaram uma elevada capacidade de carga de TDF e permitiram que a libertação do fármaco a partir da base semissólida fosse mais controlada, favorecendo ainda a permeação do TDF encapsulado. As características do HG após incorporação dos nanossistemas mantiveram o adequado perfil pseudoplástico favorável à administração.; Human immunodeficiency virus (HIV) is an increasing global health concern, and antiretroviral-based therapies remain, in the present days, the best treatment option. However, even though these therapies have greatly improved life quality and expectancy of infected individuals, the development of new preventive strategies to prematurely fight HIV infection is imperative and nanotechnology-based systems have proven to be a promising alternative, mainly in microbicides field. The aim of this study was to develop a topical prophylactic strategy to fight HIV/AIDS, based on the commercial formulation Truvada®. Specifically, lipid-based colloidal systems loaded with tenofovir disoproxil fumarate (TDF) were developed and further incorporated in carbomer-based hydrogels (HG) with emtricitabine (FTC) for vaginal administration.
In order to evaluate the influence of nanosystems surface charge on its ability to interact with mucin molecules, cationic, anionic and neutral large unilamellar vesicles (LUV) were characterized regarding their size, polydispersity index (PDI) and zeta (ζ) potential before and after incubation with a mucin suspension. Furthermore, LUV’s effect on mucin intrinsic fluorescence and on 25 % (v/v) of mucin HG was assessed. The following studies were carried out using zwitterionic nanosystems with different membrane rigidity degrees, in which TDF was encapsulated by three different methodologies. A thorough characterization of the nanosystems was carried out, including evaluation of size and PDI; ζ-potential; encapsulation efficiency (EE %); and drugs biophysical effects in the nanosystem. The therapeutic performance was also evaluated through the in vitro study of: drug kinetics release and permeation; cytotoxicity and rheological evaluation after incorporation of LUV into HG.
The developed nanosystems did not show cytotoxicity; it showed a high TDF loading capacity and allowed the drug release from the semi-solid base to be more controlled, favouring the encapsulated TDF permeation. The characteristics of HG after incorporation of the nanosystems maintained the suitable pseudo plastic profile adequate for administration.
Descrição: Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas
<b>Tipo</b>: masterThesis2023-01-01T07:00:20Z