ISEP - DM – Biorrecursos
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- Reutilização de águas residuais tratadasPublication . Nunes, Paulo Joel Pereira; Correia, Maria Manuela BarbosaAtualmente, vivemos numa economia maioritariamente linear. No entanto, para que os recursos naturais sejam geridos de uma forma inteligente e sustentável, é necessário passar para uma economia circular, reforçando os fluxos de reutilização, restauração e renovação. A reutilização de água residual no suporte à economia circular é uma das cinco tendências na indústria da água na próxima década. Nos últimos anos foram surgindo vários planos que incentivam à reutilização de água residual, como por exemplo o Plano Estratégico de Abastecimento de Água e Saneamento de Águas Residuais (PENSAAR) 2020 e os 17 Objetivos de Desenvolvimento Sustentável. Ao longo dos anos, na UE, foram adotados vários requisitos legais e estatutários relativos à gestão da água, cujo objetivo principal é assegurar a inexistência de problemas para o ambiente ou para a saúde humana. Para além disso, promovem a reutilização de água, tendo sido inclusive publicado o Regulamento (UE) 2020/741 do Parlamento Europeu e do Conselho relativo aos requisitos mínimos para a reutilização de água. No caso particular de Portugal, foi criada uma estratégia para a reutilização de água residual tratada que passa pela identificação das instalações de tratamento com viabilidade de produção de água para reutilização, a identificação dos potenciais usos e as necessidades de investimento para assegurar os níveis de tratamento em conformidade com as normas de qualidade exigidas, bem como, a definição das medidas necessárias para a promoção e concretização de projetos de reutilização viáveis. A 21 de Agosto 2019 foi publicado o DecretoLei n.º 119/2019, que estabelece o regime jurídico de produção de água para reutilização, obtida a partir do tratamento de águas residuais, bem como da sua utilização. Para assegurar uma promoção correta e segura destes projetos de reutilização e como complemento ao Decreto-Lei n.º 119/2019, a Agência Portuguesa do Ambiente publicou o Guia para Reutilização de Água – Usos não potáveis, essencial de um modelo de gestão e de planeamento do risco, que permite garantir o cumprimento dos objetivos de qualidade aplicáveis à água para reutilização, sem colocar em causa a saúde pública e/ou a proteção dos recursos hídricos. Este estágio teve como objetivo efetuar uma análise detalhada e objetiva dos requisitos legais e estatutários vigentes, aplicáveis à reutilização de água residual, e estabelecer uma metodologia de avaliação de riscos, necessária à eventual obtenção de licença de produção e utilização de água para reutilização para a Estação de Tratamento de Águas Residuais (ETAR) de Gaia Litoral. A proteção da saúde pública e do ambiente são seguramente os pontos fulcrais a considerar em qualquer projeto de reutilização de água residual. A avaliação de riscos efetuada permitiu concluir que, apesar de todas as limitações processuais e a qualidade inferior da ApR produzida, os riscos para a saúde pública e para os recursos hídricos são aceitáveis, isto é, os riscos existem contudo as medidas de prevenção e minimização encontram-se estabelecidas e são eficazes.
- Prevenção e controlo de bactérias do género Legionella em redes de água, sistemas e equipamentos. Implementação de um plano de caraterização e monitorPublication . Costa, Susana Catarina Martins; Soares, Eduardo Jorge ValenteLegionella is problematic bacterium that deserves the attention of the public health, because it developed an almost unique way of adapting to the modern and industrial world that we build. This work had as main objectives: i) to implement three different methodologies used for research and quantification of Legionella spp. and Legionella pneumophila; ii) carry out a risk assessment in the reality of Águas do Douro e Paiva (ADP). To achieve the first objective, the following techniques were used: cultural method, using Buffered Charcoal Yeast Extract (BCYE) agar and Glycine Vancomycin Polymyxin Cycloheximide (GVPC) agar; Legiolert and Legipid. To achieve the second objective, a risk assessment methodology based on the global risk assessment was used. This made it possible to build a history about the reality of the ADP company and the risk of the proliferation of Legionella hitherto unknown. In the implementation of the three methodologies for the quantification of Legionella spp. and L. pneumophila 154 determinations were carried out between December 2019 and September 2020. Of these determinations, 16 were positive and in 138 the presence of Legionella was not detected. The studies showed that, in the context of the ADP company, the best method to adopt will be the cultural method. However, further studies are needed to see if this method will be the best option for all water matrices. From the risk analysis it was possible to notice that there are several systems that have some of the critical aspects for the growth of this bacterium, such as the water temperature above 20 °C during a long period of the year. The highest Global Index value found was 45.4 in a domestic hot water system. None of the evaluated points exceeded the limit value of 60. Considering the analysis carried out, it was possible to conclude that the risk of Legionella proliferation in Águas do Douro e Paiva is not serious. However, this risk must be monitored and reassessed whenever justified.
- Desenvolvimento de uma célula de biocombustível enzimática de glicose / oxigénio baseada em transdutores de minas de grafitePublication . Tavares, Miguel Ângelo Lopes; Morais, Simone BarreiraNowadays, society is heavily dependent on multiple types of energy that are spent in numerous applications. Most of this energy is derived from non-renewable sources such as nuclear and fossil fuels that may represent serious environmental, social and economic concerns. The future of energy supply depends on the innovative design of green, sustainable, and efficient systems for the conversion of clean and readily available energy sources. Biofuel cell is a sustainable, micro-energy production technology with promising applications in the biotechnological field and small consumable electronics. It is based on the application of biological entities such as microorganisms or enzymes in electrochemical transducers to convert the chemical energy of specific compounds into electrical signals. Particularly, enzymatic glucose/O2 biofuel cells have been widely studied due to their promising implantable applications since energy can be extracted from biological fluids to power critical devices such as pacemakers. The main objective of this work was the development of an enzymatic glucose/O2 biofuel cell using low-cost pencil graphite electrodes (PGE) for the enzymatic transduction. Bioanode was based on the immobilization of glucose oxidase (GOx) enzyme for catalysis of glucose fuel while biocathode was based on the immobilization of bilirubin oxidase (BOx) enzyme for reduction of the oxidant O2. The experimental work began with the electrochemical characterization of PGE and comparison with conventional electrodes. Good voltammetric results were obtained for PGE in terms of cathodic/anodic peak intensities, peak-to-peak separation (∆Ep) and electron transfer rate constant (k0 ) justifying therefore their selection as a transducer for the immobilization of enzymes. In order to improve the electrochemical performance of PGE, nanostructuration of the electrode surface was assessed using different carbon nanomaterials (multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs), single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), reduced graphene (rGO)) through cyclic voltammetry (CV). Prior to biofuel cell assembly, the biocathode and the bioanode were individually characterized as biosensors for the respective enzyme substrates. Therefore, the bioelectrode for O2 was first developed by immobilizing BOx into a previously modified PGE (PGE-rGO-MWCNTs) using a pyrene-based succinimidyl ester (PBSE) cross-linker. After assessing enzyme immobilization by CV, O2 was detected by amperometry achieving a sensitivity of 600 µA.mM-1 .cm-2 and a limit of detection of 0.1 mM. When applied as a biocathode, the polarization curves resulted in an open circuit potential (OCP) of 0.52 V vs Ag/AgCl and generated a maximum current density of 170 µA.cm-2 in the presence of O2. The bioelectrode for glucose was fabricated in a similar way, however, using SWCNTs instead of MWCNTs (PGE-rGO-SWCNTs-PBSE-GOx). Although being efficiently immobilized in the electrode surface enabling direct electron transfer, the amperometric analysis revealed some instability and unreproducible problems, requiring the use of a mediator to facilitate the electron transfer between the enzyme and the electrode. In this mediated condition the sensitivity achieved was 55 µA.mM-1 .cm-2 and the limit of detection was 0.09 mM. Finally, the GOx and BOx bioelectrodes were assembled as bioanode and biocathode in a glucose /O2 biofuel cell. In mediated electron transfer conditions, the membraneless biofuel cell achieved an OCP of 0.45 V and generated a power density of 26 µw.cm -2 . A membraneless glucose/O2 biofuel cell was therefore successfully fabricated though requiring the use of a diffusional mediator to achieve maximum power.
- Revisão sobre nanopartículas lipídicas para a encapsulação de extratos e compostos neuroprotetoresPublication . Fernandes, Filipe Jorge Ribeiro; Matos, Cristina Maria Fernandes Delerue Alvim deThe biggest obstacle to the treatment of diseases that affect the central nervous system (CNS) is the passage of drugs across the blood-brain barrier (BBB), a physical barrier that regulates the entry of substances into the brain and assures the CNS’s homeostasis. In this dissertation, a review was done on the lipid-based nanoparticles for the nanoencapsulation of neuroprotective compounds, thus increasing their bioavailability and capacity to cross the BBB. The gastrointestinal absorption was also discussed, as it may pose some obstacles into the absorption of the neuroprotective compounds into the bloodstream. The BBB’s composition was explained, as well as the transport mechanisms through which the compounds may cross into the brain parenchyma. A survey on the different types of lipid-based nanoparticles - nanoemulsions (NEs), nanoliposomes / nanophytosomes and solid lipid nanoparticles (SLNs) / nanostructured lipid carriers (NLCs) - was performed in this thesis, giving particular emphasis for their unique characteristics, the most important parameters influencing the formulation of each one, and some examples of studies that have been carried out in the encapsulation of neuroprotective compounds with the use of these nanoparticles.
- Avaliação da atividade neuroprotetora de plantas medicinais chinesasPublication . Moreira, João Pedro Soares; Matos, Cristina Maria Fernandes Delerue Alvim deAs doenças neurodegenerativas, como a Doença de Alzheimer e a Doença de Parkinson, assim como distúrbios emocionais, como a depressão, englobam um conjunto de condições incuráveis que perturbam a qualidade de vida dos indivíduos afetados. Esta condição tem como características o declínio da capacidade cognitiva e motora que se agrava com o passar dos anos. Apesar destas doenças serem incuráveis, estudos têm vindo a ser realizados de modo a compreender of mecanismos por detrás do agravamento destas condições, de tal modo a suprimir ao máximo a sua propagação. Até hoje, as hipóteses e teorias mais discutidas revolvem a volta de processos enzimáticos, do agonismo e antagonismo de recetores neuronais, de stress oxidativo, e da citotoxicidade de complexos proteicos, portanto, terapias eficazes têm vindo a ser desenvolvidas de modo a suprimir a progressão destas doenças. As terapias já existentes centramse na administração de fármacos que atuam nos mecanismos inerentes de cada condição neurodegenerativa. Neste aspeto, as plantas medicinais surgem como fortes candidatos a integrarem estas terapias, uma vez que, no passado, eram administradas para tratar diferentes doenças inflamatórias, por exemplo. Cada planta apresenta uma panóplia de compostos bioativos que, em alguns casos, compõe alguns fármacos especificados para este tipo de doenças. De todas as terapias existentes, a Medicina Tradicional Chinesa surge como uma das mais antigas, praticadas, e mais bem documentadas do mundo. Esta dissertação tem como principal objetivo averiguar o potencial de algumas das mais utilizadas plantas medicinais (e um fungo) na Medicina Tradicional Chinesa, na intervenção benéfica dos mecanismos inerentes de cada doença neurodegenerativa.
- Dietas funcionais para peixes de aquaculturaPublication . Pinto, Olívia Patrícia Gonçalves; Matos, Cristina Maria Fernandes Delerue Alvim deThis study aimed to test the effects on growth performance, body composition and feed conversion of European seabass Bass (Dicentrarchus labrax) fed a blend of macro and microalgae. For this purpose, 4 isoproteic experimental diets (50.0% on a dry basis), isolipidic (16.2% dry base) and isoenergetic (20.9 KJ/g dry basis) diets were produced with different inclusion rates (0%, 2%, 4% and 6%) of a mixture of 2 microalgae (Chlorella sp. and Nannochloropsis sp.) and two macroalgae (Gracilaria sp. and Ulva sp.). To evaluate the effects of the diets, a growth trial was carried out in triplicate groups of fish with an average ad weight and length of 11.3 ± 2.7 g and 10.5 ± 1.0 cm, respectively, distributed by 12 tanks (46 fish per tank). Fish were fed three times a day by automatic feeders until apparent satiety. The conditions of temperature, pH and salinity of the water were controlled daily in order to meets species needs. Obtained results showed that the blend inclusion in the diets caused a significant increase (P<0.05) in the weight and final length of the fish, and the highest value was presented by the fish that were fed the diet with 6% inclusion rate (62.9 g and 17.7 cm, respectively). There was also a significant increase in the condition factor, voluntary feed intake, specific growth rate and protein efficiency ratio in fish fed Algae 6%. The highest FCR was registered in fish fed the control diet (1,35 ± 0,06) and the lowest in the ones fed with 4% of algae supplementation (1.22 ± 0.011). A significant increase (P<0.001) of hepatosomatic index was observed from a value of 0.953 corresponding to the control up to 1.42 for the diet with 6% supplementation. There were no significant differences (P≥0.126) in whole body ash and protein content, but lipids and body energy showed a significant increase (P<0.001) in fish fed the algal blend. The algae blend caused a significantly higher (P≤0.002) gain of dry matter, lipids, protein and energy when compared to the control diet (0% inclusion). There was a significant increase (P<0.05) in all retention parameters (dry matter, lipids and energy) except for protein retention that did not present significant variations among diets. In conclusion, it is perceptible that algae supplementation proved to bring beneficial effects for European seabass in terms of growth, feed intake, feed conversion rate and nutrient retention. However, it was also notorious that 6% inclusion rate caused a greater body fat gain which may lead to organoleptic changes, so in the future it would be advisable to use inclusion levels below 6%.
- Polimorfismos genéticos de interesse na cardiologia: uma visão geral na EuropaPublication . Gonçalves, Tiago Filipe Coelho; Domingues, Valentina Maria FernandesAs doenças cardiovasculares são a principal causa de morte na Europa, representando cerca de 3.90 milhões de mortes anuais. O anticoagulante mais prescrito para tratar e prevenir complicações advindas destas doenças é a varfarina. Por outro lado, a varfarina é também o fármaco mais associado a efeitos nefastos devido à prescrição de dosagem incorreta. A variação da dose de varfarina é explicada em 56% pela presença dos polimorfismos nos genes VKORC1, CYP2C9 e CYP4F2. Esta significativa variação na dose de varfarina realça a importância da farmacogenética na individualização da dose prescrita. Este estudo foi realizado com o intuito de compilar informação acerca da presença destes polimorfismos em países europeus e avaliar o seu impacto na variação da dose de varfarina necessária. Estes dados foram obtidos através de uma pesquisa sistemática nas bases de dados PUBMED e Web of Knowledge através do uso das seguintes palavras-chave: [*País da Europa*, *gene* e polymorphisms] e [*Nacionalidade de cada país da Europa*, *gene* e polymorphisms]. Esta pesquisa foi levada a cabo de julho de 2020 a agosto de 2020, da qual foram obtidos 119 artigos válidos. Os critérios de exclusão foram artigos de revisão sistemática, meta-análises e estudos que não estivessem escritos em inglês. Para além destes, estudos genotípicos conduzidos em pacientes e em animais foram também descartados. No que diz respeito ao gene VKORC1 avaliou-se a frequência dos polimorfismos -1639 G>A, 1173 C>T, e 3730G>A. Relativamente ao gene CYP2C9 avaliou-se a frequência dos polimorfismos CYP2C9*2 e CYP2C9*3. Por último, o polimorfismo V433M foi o único do gene CYP4F2 avaliado nas populações europeias. Para simplificar a análise dos polimorfismos genéticos nos países europeus, estes foram agrupados em seis subdivisões geográficas: Norte, Este, Sudeste, Centro, Sul e Oeste. As populações estudadas de países do sudeste europeu apresentaram uma maior frequência para os polimorfismos -1639 G>A (de 39.9% a 53.4%) e 1173 C>T (de 46.7% a 50.0%) do gene VKORC1. No sentido inverso, as populações estudadas do sul, centro e oeste europeu apresentaram uma frequência para os polimorfismos -1639 G>A, e 1173 C>T do gene VKORC1 menor do que 43.1% e 44.8%, respectivamente. As populações do sudeste europeu mostraram uma alta frequência para os polimorfismos CYP2C9*2 (de 12.5% a 18.6%), e CYP2C9*3 (de 7.3% a 10.9%). Além disso, as populações estudadas do norte e este europeu apresentaram uma baixa frequência para os polimorfismos CYP2C9*2 (de 8.8% a 14.3%), and CYP2C9*3 (de 4.6% a 7.4%). De acordo com a frequência dos polimorfismos -1639 G>A e 1173 C>T do gene VKORC1, um indivíduo de um país do sudeste europeu tem maior probabilidade de necessitar de uma menor dose de varfarina. Da mesma forma que, atendendo às frequências dos polimorfismos CYP2C9*2 e CYP2C9*3, um indivíduo do sul da Europa tem maior probabilidade de requerer uma dose mais baixa de varfarina. Em relação aos polimorfismos V433M (CYP4F2) e 3730 G>A (VKORC1) não é possível retirar qualquer conclusão acerca da sua frequência em países europeus, devido à escassez de informação.
- Desenvolvimento de um sensor electroquímico baseado em papel de carbono para determinação de ketoprofenoPublication . Martins, Marco André Morais; Morais, Simone BarreiraAmong contaminants of emerging concern (CECs), pharmaceuticals are of paramount concern. Because these products are widely used, CECs keep being released into the environment where they can accumulate over time. Innumerous studies performed throughout the world have confirmed the detection of CECs in different aquatic matrices such as rivers, seas, lakes and marine animals. However, these analyses are usually performed with chromatographic methods using bulky and expensive equipment, only operated by specialized technicians. Therefore, the development of electrochemical sensors is a potential alternative to these conventional methods, and it can be seen as an opportunity for the development of sustainable analytical practices. Non-steroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) are some of the most consumed pharmaceuticals worldwide. A literature review showed that several studies confirmed the presence of NSAIDs in the environment. Until now, electrochemical sensors for NSAIDs such as diclofenac, acetylsalicylic acid and acetaminophen have been the most widely reported. However, they have been developed in a lesser extent for the propionic acid derivatives NSAIDs, such as ketoprofen, which is one of the most prescribed drugs in Portugal. The aim of the present work is the development of a simple and efficient sensor to be applied in the monitoring of ketoprofen. The developed sensor is a paper-based carbon substrate, which is connected in one end to a copper mesh and used directly as working electrode. The electrochemical performance of the sensor was characterized by cyclic voltammetry in a standard solution of the indicator Fe(CN)6 3/4- while quantification of ketoprofen was performed at the optimum conditions (pH 5.0, pulse amplitude of 70 mV, pulse time of 5 ms, step potential of 17.5 mV and interval time of 0.117 s) by differential pulse voltammetry. The developed sensor presented a linear range of 0.125 to 8.60 µM, a sensitivity of 24.02 µA/(µM.cm2 ), and a limit of detection of 0.233 µM. In the reproducibility and repeatability assays, it was possible to obtain relative standard deviation values lower than 8.2% and 6.1%, respectively. The proposed electrochemical sensor was successfully tested for ketoprofen monitoring in WWTP water samples with recoveries ranging from 86% to 99%. The carbon paper-based electrode developed during this work and used in the presented electrochemical sensor can also be integrated into a miniaturized and portable device, that allows in-situ analysis of environmental samples.
- De sistemas integrados de gestão ao modelo Shingo - desenvolvimento de um modelo conceptualPublication . Carvalho, Mariana Pinto de; Sá, José Carlos Vieira deAtualmente, as organizações procuram modelos e ferramentas que lhes proporcionem novas formas de se reinventarem, melhorando continuamente a sua qualidade e trabalhando até ao derradeiro objetivo – a excelência. Este estudo pretende estabelecer um enquadramento de trabalho, através do modelo conceptual desenvolvido, que considera os requisitos do Sistema Integrado de Gestão, relacionando-os com as dimensões presentes no Modelo Shingo permitindo uma avaliação que determina o quão apta uma organização poderá estar para a sua implementação, através da utilização de um sistema de pontuação. O modelo desenvolvido foi validado na Toyota Caetano Portugal – pertencente ao Grupo Salvador Caetano – através de uma observação comportamental que precedeu e fundamentou a avaliação com o sistema de pontuação desenvolvido, a qual se obteve uma pontuação de 732,26 pontos em 1000 possíveis. Posteriormente, os colaboradores da organização acolhedora realizaram uma auto-avaliação quantitativa, através de um inquérito que assentava sob os mesmos moldes do sistema de pontuação desenvolvido, e desta ação obteve-se uma pontuação de 768,28 pontos em 1000 possíveis. Estes resultados permitiram constatar que os métodos de avaliação distintos convergem para as mesmas conclusões pelo que se pode auferir que, nestas circunstâncias, a validação do modelo foi realizada com sucesso visto existir coerência e corroboração dos resultados obtidos do ponto de vista externo e interno. Posto isto, concluiu-se que este modelo tem o potencial de permitir que qualquer organização consiga corresponder às expectativas e exigências dinâmicas de mercado e apresentar-se de forma competitiva em relação às outras organizações, demonstrando orientação para a excelência através da prática da melhoria contínua.
- Ferramenta ótica para controlo alimentar: avanços no perfil metabólico das aminas biogénicas e validação de um biossensor óticoPublication . Teixeira, Ana Beatriz Matias; Morais, Simone BarreiraDuring the previous decade, biosensors emerge as a very versatile methodology, in part because they allow the use of nanomaterials, functionalization with different compounds, and immobilization of enzymes, microorganisms, antibodies, and nucleic acid. Therefore, the main objective of this master thesis was to advance in food security comprehension through the development of an optical biosensor and to evaluate the metabolic pathways of biogenic amines in food products. The strategy used was based on a new and highly sensitive methodology that included the development of an optical biosensor specific for hydrogen peroxide detection. The sensing methodology behind the developed optical biosensor is based on the detection of a luminescence signal from the chemical reaction within a solid cellulose membrane with a round shape of 10 millimeters in diameter. The biosensor optimization was conducted on an experimental level (e.g., cellulose membrane chemical constituents’ optimization, enzymatic reaction parameters, range of H2O2 detection, time of chemiluminescence and enzymatic reaction, and physical aspects of the biosensor) until the final prototype was established. A linear response was attained for pure water from 0.0001% to 0.001 %w/w of H2O2, with a limit of detection of 2.0x10-5% w/w. A coefficient of determination, R2 , greater than 0.99 was achieved, with a relative standard deviation (RSD) not exceeding 10%. The optimized biosensor was successfully applied to milk samples adulterated with H2O2, where higher response levels were obtained for free fat milk. In the analyzed milk samples, the lowest concentration detected was 0.001%w/w for raw milk and 0.002% w/w for skim milk, semi-skimmed milk and whole milk. Concentrations of H2O2 of 0.001% w/w to 0.005% were detected and the method was calibrated for different types of milk, proving that limit of detection and linearity range of the proposed method are suitable for the analysis of milk samples in-situ, which can add value to the food fraud department. A preliminary study of BAs determination by GC-MS was carried out. This allowed the detection of four biogenic amines [histamine (HIS), putrescine (PUT), cadaverine (CAD) and tyramine (TYR)], which can be further applied to its determinations in real samples, for biosensor validation purposes. Since these compounds must be derivatized previously, the silanization method was the chosen method for amines derivatization. Finally, the physico-chemical characteristics and microbiological quality of chicken breast meat were evaluated. Samples stored over 12 days at 8ºC, had significant effects on the physico-chemical characteristics and microbiological quality of meat samples. Microbial counts increased instantaneously, increasing pH values and reducing the color parameters (lightness, yellowness, and redness), indicating breast chicken deterioration. From that study, it was concluded that the evolution of microbial content in chicken meat was coherent with both pH and color determinations, that are dependent on microorganisms grow. The information gathered during this work timeline was useful for the construction of the Food quality chart. This last can be used to renovate and upgrade the existing BAI index, once it gathers and dispose of the information on a new form. On the other hand, it is a practical and user-friendly tool that can be used in the industrial context.