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Development and in vitro assessment of injectable, adhesive, and self-healing chitosan-based hydrogels for treatment of spinal cord injury
No full textSupplementary data to this article can be found online at https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2024.214090.Injured spinal cords have a limited ability to regenerate because of the inhibitory environment formed in situ that affects neuronal regrow. Ensuring stable contact between the injuried nerves to support neural regeneration in the lesion microenvironment remains a significant challenge. To address this challenge, we have engineered a new injectable and adhesive hydrogel to treat spinal cord injuries. This hydrogel was produced by functionalizing chitosan with catechol groups and crosslinking it with different amounts of β-glycerophosphate to obtain adhesive hydrogels with tunable mechanical properties. The softest hydrogel (G' ~ 300 Pa) demonstrated strong adhesion to different biological soft tissues, including porcine skin (adhesion strength of 3.4 ± 0.9 kPa) and spinal cord, as well as injectability and self-healing abilities, making it ideal for a minimally invasive administration in difficult-to-reach areas. Additionally, this composition promoted the attachment, viability, proliferation, and the expression of neuronal marker β-III tubulin (Tuj-1) by the neuroblastoma SH-SY5Y cells. Moreover, SH-SY5Y cells cultured on the hydrogel modulated its mechanical properties (G' ~ 3500 Pa). In summary, we propose a material that is compatible with different therapies for soft tissue healing, including repairing injured nerve tissue.The authors acknowledge the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT) and the European program FEDER/FEEI for the financial support through PTDC/BTM-MAT/28123/2017 project. FCT is also acknowledged for the PhD scholarship SFRH/BD/143209/2019 granted to Cátia Correia and DL57 contract under the SFRH/BPD/85790/2012 granted to Diana Soares da Costa. This research has also been supported by the European Union under the Maria Sklodowska-Curie programme (SHIFT Project, grant agreement n. 101008041) and HORIZON-EIC-2022-PATHFINDEROPEN-01-101099063 (Project Aptadegrad). The authors would like to acknowledge the contributions to this research from the project “TERM RES Hub—Scientific Infrastructure for Tissue Engineering and Regenerative Medicine”, reference PINFRA/22190/2016 (Norte-01-0145-FEDER-022190), funded by the FCT in cooperation with the Northern Portugal Regional Coordination and Development Commission (CCDR-N), for providing relevant lab facilities, state-of-the art equipment, and highly qualified human resources
Uma célula de trabalho colaborativa para melhorar a ergonomia e produtividade de trabalhadores
No full textDissertação de mestrado integrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresPresently, the occurrence of Work-related Musculoskeletal Disorders in modern manufacturing industries
constitutes a major occupational health problem, resulting in absenteeism and decreased productivity.
Collaborative manufacturing with human-robot interaction has been hypothesised to tackle these issues.
This dissertation aims to determine how such collaborative manufacturing can, in fact, reduce these ergonomic
concerns whilst improving productivity through the design, development, and implementation
of a collaborative work-cell. In this context, a collaborative work-cell is defined as a bounded connected
space where the human and a collaborative robot interact in a joint task. Contrary to traditional robotic
applications, in a collaborative environment robots are not enclosed in safeguard cages, and as such there
is not a clear temporospatial separation of the operator and machine domains.
To test the hypothesis that collaborative assembly leads to a reduction of occupational health problems,
different work-cell designs were investigated and simulated in a virtual environment. Once a design was
selected, it was firstly simulated in more detail to allow for a prediction of its impact in terms of productivity
and ergonomics. Secondly, a physical prototype was built in laboratory environment, which enabled the
confirmation of the work-cell’s effects. Lastly, the prototype was deployed in factory floor making it possible
to validate its significance. The complete machine was then certified, and was the first collaborative workcell
with a collaborative robot installed at XYZ Industry PT. The results show a noteworthy reduction in
the global risk score associated to the postures and actions of the workers and a substantial increase in
production rates, compared to the previous traditional process.
These results suggest that collaborative work-cells are capable of effectively reducing the physical
demands of manufacturing tasks, while improving productivity. On this basis, the concept of collaborative
work-cells should be taken into account when designing manufacturing workstations in factory floors.Atualmente, a ocorrência de distúrbios musculoesqueléticos relacionados com o trabalho realizado
em industrias de manufatura modernas constitui um dos principais problemas de saúde ocupacional,
resultando no absentismo e decréscimo de produtividade. A manufatura colaborativa com interação
humano-robô tem vindo a ser teorizada como uma forma de resolver este problema. O objetivo desta
dissertação é determinar de que forma estas células de trabalho colaborativas conseguem reduzir estas
preocupações ergonómicas e ao mesmo tempo aumentar a produtividade através do desenho, desenvolvimento,
e implementação de uma célula de trabalho colaborativa. Contrariamente ás aplicações
tradicionais de robótica, num ambiente colaborativo os robôs não estão contidos em jaulas, não existindo
uma separação temporo-espacial clara dos domínios do operador e da máquina.
Para testar a hipótese que a montagem colaborativa conduz a uma redução dos problemas de saúde
ocupacionais, diferentes conceitos de células foram investigados e simulados num ambiente virtual. Uma
vez escolhido um conceito, em primeiro lugar foi realizada uma simulação com mais detalhe para prever
o seu impacto em termos de produtividade e ergonomia. Em segundo lugar, um prototipo físico foi
construído em ambiente laboratorial, que possibilitou a confirmação dos efeitos da célula. Por fim, o
protótipo foi implantado em espaço de fábrica sendo então possível a sua validação. A célula de trabalho
foi certificada e é a primeira célula colaborativa com um robô colaborativo instalada na empresa XYZ.
Os resultados demonstram uma redução notória no risco global das posturas dos trabalhadores e um
aumento substancial na produção quando comparado com o processo de montagem tradicional.
Estes resultados sugerem que células de trabalho colaborativas são capazes efetivamente de reduzir
as exigências das tarefas de manufactura, e simultaneamente aumentar a produtividade. Tendo isto por
base, o conceito de células de trabalho colaborativas deve ser considerado aquando da conceção de novas
células de manufactura em chão de fábrica
Critical incidents as a strategy to enhance student teachers’ reflection about practice through immersive learning
No full textCritical incidents are unanticipated events (either positive or negative) that teachers may encounter during a lesson or other situation causing them to reflect on their approach and change accordingly. .Critical incidents have great potential for learning as they are vividly remembered and set the conditions for systematic reflection. However, despite the importance of the critical incident technique for professional learning in Initial Teacher Education (ITE), it is not generally used in teacher education programmes until the practicum stage when video-analysis is used. This study aims to analyse student teachers’ individual and group reflections regarding two cases recorded on video in Portugal and Spain. Under the context of an Erasmus research project entitled ‘Digital Practicum 3.0: Exploring Augmented Reality, Remote Classrooms, and Virtual Learning to enrich and expand preservice teacher education preparation (2020–1-ES01-KA226-HE - 096,120)’ two cohorts of 39 and 22 student teachers, respectively, reflected upon two critical incidents previously selected by the student teachers who had taught the two lessons that were video recorded. They had to watch the videos and analyse the incidents both in group discussion and individual reflection. Findings suggest that such a strategy is key to enhancing the development of critical reflection in Initial Teacher Education.This work was financially supported by Portuguese national funds through the FCT (Foundation for Science and Technology) within the framework of the CIEC (Research Center for Child Studies of the University of Minho) projects under the references UIDB/00317/2020 and UIDP/00317/2020
Algoritmos baseados em Deep Learning no contexto da Agricultura 4.0
No full textPrograma doutoral em Industrial and Systems EngineeringThe present thesis, entitled ”Deep Learning-Based Algorithms in the Context of Agriculture 4.0”,
explores the use of artificial intelligence algorithms, with an emphasis on deep learning techniques, to
address critical challenges of modernization in the agricultural sector, focusing on olive cultivation.
The research was structured around two main axes: exploration of artificial intelligence algorithms
specifically applied to the olive cultivation sector and optimization of these studies through hybrid approaches
and hyper-parameter tuning techniques.
Three distinct case studies were conducted: (i) automated identification of olive cultivars; (ii) detection
and monitoring of pests; and (iii) classification of fruit ripeness. These studies involved the application of
transfer learning techniques, hyper-parameter tuning, and experimental methodologies, ensuring replicable
and adaptable results across different contexts.
The hybrid approaches, explored in a complementary manner, integrated feature extraction techniques
such as Local Binary Patterns with convolutional neural network-based models for the early detection of
foliar diseases, such as Aculus olearius and Olive Peacock Spot. The second study focused on hyperparameter
optimization for convolutional neural networks using transfer learning strategies with the VGG16
architecture, evaluating the impact of variables such as learning rate, number of layers, and batch size on
the precise identification of olive cultivars.
The results demonstrated significant advances in the accuracy and efficiency of the models, with
metrics exceeding 99% across the main classification tasks.. Additional contributions include the creation
of specialized public datasets, the reduction of computational complexity in hybrid solutions. The conclusions
highlight the impact of artificial intelligence on agricultural practices, promoting a technological,
efficient, and sustainability-aligned agriculture.A presente tese, intitulada ”Algoritmos Baseados em Deep Learning no Contexto da Agricultura 4.0”,
explora o uso de algoritmos de inteligência artificial, com ênfase em técnicas de deep learning, para
responder a desafios críticos da modernização no setor agrícola, com foco na olivicultura.
A investigação foi estruturada em dois eixos principais: a exploração de algoritmos de inteligência
artificial especificamente aplicados ao setor da olivicultura e a otimização desses estudos através de
abordagens híbridas e técnicas de ajuste de hiperparâmetros.
Foram realizados três estudos de caso distintos: (i) identificação automatizada de cultivares de oliveira;
(ii) deteção e monitorização de pragas; e (iii) classificação da maturação de frutos. Estes estudos
envolveram a aplicação de técnicas de transferência de aprendizagem, afinação de hiperparâmetros e
metodologias experimentais que asseguraram resultados replicáveis e adaptáveis a diferentes contextos.
As abordagens híbridas, exploradas de forma complementar, integraram técnicas de extração de
características texturais, como local binary patterns, com modelos baseados em redes neurais convolucionais
para a deteção precoce de doenças foliares, como Aculus olearius e Olive Peacock Spot. O segundo
estudo focou-se na otimização de hiperparâmetros para redes neurais convolucionais utilizando estratégias
de transferência de aprendizagem com a arquitetura VGG16, avaliando o impacto de variáveis como
taxa de aprendizagem, número de camadas e tamanho do batch na identificação precisa de cultivares
de oliveira.
Os resultados demonstraram avanços significativos na precisão e eficiência dos modelos, com métricas
superiores a 99% nas principais tarefas de classificação. Contribuições adicionais incluem a criação
de datasets públicos especializados, a redução da complexidade computacional de soluções híbridas. As
conclusões destacam o impacto da inteligência artificial em práticas agrícolas, promovendo uma agricultura
tecnológica, eficiente e alinhada aos desafios globais de sustentabilidade
Bioadhesive materials for spinal cord regeneration
No full textTese de doutoramento em Engenharia de Tecidos, Medicina Regenerativa e Células EstaminaisSpinal cord injury (SCI) remains one of the most challenging conditions in regenerative medicine as current clinical approaches often fail to promote effective functional recovery and only delay the pathology progression. Tissue engineering offers a promising solution to overcome this challenge by the development of bioconstructs that can fill the injury site and promote tissue regeneration. A critical aspect of this approach is the adhesion of the construct to the injury site, followed by integration with the host tissue. In this thesis, bioadhesives for soft tissue regeneration, with particular emphasis on spinal cord repair, were developed and characterized. Natural polymers, namely collagen (Chapter III), fucoidan (Chapter IV), hyaluronan (Chapter V and VI), and chitosan (Chapter VII and VIII) were functionalized using a biomimicking approach inspired by the underwater adhesion of marine mussels - functionalization with catechol groups was performed by different synthetic routes. This functionalization improved the adhesive and mechanical properties of the used biopolymers without compromising their biocompatibility, as shown by the enhanced cell viability and metabolic activity of the L929 fibroblast cell line (Chapters IIIIV). Biofunctionality was also improved: SH-SY5Y neuroblastoma cell line in contact with the modified materials expressed the neuronal marker β-III tubulin, indicating the capacity of these materials to support neuronal cell development (Chapters V, VI, and VII). Additionally, the bioadhesive hydrogels can serve as delivery vehicles, e.g. for antibodies, without compromising the mechanical properties, adhesiveness, injectability or self-healing characteristics (Chapter V). The importance of electrical conductivity in the context of spinal cord repair was also addressed in this thesis (Chapter VI): conductive bioadhesive hydrogels were developed and revealed to effectively mimic the native microenvironment of spinal cord tissue when subjected to electrical stimulation, thus, offering a promising approach to neural signal transmission. The therapeutic potential of the used biomimicking approach was validated ex vivo using mice spinal cords (Chapters V, VI, and VII) and in vivo (Chapter VIII): wounds treated with bioadhesives exhibited significantly accelerated healing, characterized by reduced wound size and controlled inflammatory response. These results demonstrated that the tissue-adhesive biomaterials developed under this thesis are sustainable therapeutic alternatives for soft tissue engineering, particularly in the context of spinal cord repair.As lesões da medula espinhal (LM) são uma das condições mais desafiantes na medicina regenerativa, uma vez que as abordagens clínicas atuais não promovem uma recuperação funcional eficaz e apenas atrasam a progressão da patologia. A engenharia de tecidos oferece uma solução promissora para superar este desafio através do desenvolvimento de biomateriais capazes de preencher o local da lesão e promover a regeneração do tecido. Um aspeto crítico desta abordagem é a adesão do biomaterial ao local da lesão, seguido pela integração com o tecido do hospedeiro. Nesta tese, foram desenvolvidos e caracterizados bioadesivos para regeneração de tecidos moles, com particular enfoque na reparação da medula espinhal. Polímeros naturais, como o colagénio (Capítulo III), fucoidano (Capítulo IV), ácido hialurônico (Capítulos V e VI) e quitosano (Capítulos VII e VIII), foram funcionalizados utilizando uma abordagem biomimética inspirada na adesão subaquática dos mexilhões marinhos – a funcionalização com grupos catecol foi realizada através de diferentes mecanismos. Esta funcionalização melhorou as propriedades adesivas e mecânicas dos biopolímeros sem comprometer a sua biocompatibilidade, como demonstrado pelo aumento da viabilidade celular e da atividade metabólica da linha celular de fibroblastos L929 (Capítulos III-IV). A biofuncionalidade também foi melhorada: a linha celular de neuroblastoma SH-SY5Y em contacto com os materiais modificados expressou o marcador neuronal β-III tubulina, indicando a capacidade destes materiais para suportar o desenvolvimento de células neuronais (Capítulos V, VI e VII). Adicionalmente, os hidrogéis bioadesivos podem servir como veículos de entrega, por exemplo, para anticorpos, sem comprometer as propriedades mecânicas, adesividade, injectabilidade ou características de autorreparação (Capítulo V). A importância da condutividade elétrica no contexto da reparação da medula espinhal também foi abordada nesta tese (Capítulo VI): foram desenvolvidos hidrogéis bioadesivos condutores que demonstraram mimetizar eficazmente o microambiente nativo do tecido da medula espinhal quando sujeitos a estimulação elétrica, oferecendo assim uma abordagem promissora para a transmissão de sinais neuronais. O potencial terapêutico da abordagem biomimética utilizada foi validado ex vivo em medulas espinhais de ratos (Capítulos V, VI e VII) e in vivo (Capítulo VIII): as feridas tratadas com bioadesivos exibiram uma cicatrização significativamente acelerada, caracterizada por uma redução do tamanho da ferida e uma resposta inflamatória controlada. Estes resultados demonstraram que os biomateriais adesivos desenvolvidos são alternativas terapêuticas sustentáveis para a engenharia de tecidos moles, particularmente no contexto da reparação da medula espinhal.I acknowledge the financial support from the Portuguese Foundation for Science and Technology
(FCT), which funded this thesis through the scholarships SFRH/BD/143209/2019 and
COVID/BD/153529/2024. This work was also supported by the SHIFT project, funded by the European
Union’s Horizon 2020 Research and Innovation Programme under the Maria Sklodowska-Curie grant
agreement no. 101008041), APTADEGRAD project funded by European Union’s Horizon 2020 Research
(101099063), and project “TERM RES Hub – Scientific Infrastructure for Tissue Engineering and Regenerative Medicine” PINFRA/22190/2016 (Norte-01-0145-FEDER-022190, co-funded by FCT and the
Northern Portugal Regional Coordination and Development Commission, CCDR-N), for providing lab facilities, state-of-the-art equipment, and highly qualified human resources
Tribunais (tributários) e novos desafios: empresarialização, “inteligência” artificial e ativismo principalista
No full textO Direito e os sistemas jurídicos têm vindo a sofrer os impactos da pós-modernização da sociedade e do saber, neles se refletindo os exageros de uma visão utilitarista e empresarialista da existência, de um encadeamento vertiginoso de alterações tecnológicas e de uma excessiva informalidade nos procedimentos de tomada de decisão. Neste quadro, a importação de códigos típicos da gestão, a aceitação acrítica da inteligência artificial e o facilitismo principialista constituem desafios relativamente aos quais a jurisdição administrativa e fiscal e os respetivos juízes não podem ficar indiferentes
Project management practices to direct and control the project planning and execution in R&D units
No full textProjects lead organisations create utility, value and capabilities, by delivering innovative outcomes. Project managers must foster collaboration and people commitment in a coordinated effort involving feasibility and viability assessments and the application of project management practices and processes to kick off, direct, and control its execution. To know and better understand which project management practices are in use in organisations with research and development (R&D) units, this article presents a study analysing the frequency of use of project management practices and compares them with project management students’ expectations of applying them as a professional. Seventy-seven practices have been analysed and evidence of significant differences has been found in 29 practices. The results provide inputs to direct and control projects reinforcing the importance of applying fundamental concepts, skills, and processes to meet the project objectives, giving us insights on the importance of training and recruiting project management professionals.FCT - Fundação para a Ciência e a Tecnologia(UIDB/05549/2020
Desenvolvimento de estratégias altamente eficazes de processamento de microalgas visando melhorar a produção de pigmentos e lipídios
No full textTese de doutoramento em Chemical and Biological EngineeringThe microalga Dunaliella salina has emerged as a promising and sustainable source of β-carotene,
a bioactive compound with numerous health benefits and significant industrial applications,
particularly in the food and nutraceutical sectors. This thesis explores innovative methodologies to
enhance the production, extraction, and bioaccessibility of β-carotene from D. salina, contributing
to developing efficient and eco-friendly processes. Optimizing cultivation conditions for D. salina
significantly improved biomass and β-carotene production. Through experimental design, salinity
(64 PSU), airflow (500 mL.min⁻¹), and nitrate and phosphate concentrations (6 and 0.4 mmol.L⁻¹,
respectively) were optimized, resulting in a 88 % increase in β-carotene concentration and a 132
% improvement in biomass yield compared to standard conditions. Further, D. salina and P. gyrans
extracts were evaluated for their bioactivity and safety. Both aqueous and ethanolic extracts showed
antioxidant, antibacterial, antidiabetic, and antihypertensive activities, with no cytotoxic effects on
Caco-2 and BJ5ta cell lines. A sustainable process utilizing ionic liquids (ILs) was developed to
recover β-carotene efficiently. This IL-based method achieved β-carotene recovery rates exceeding
84 %. It enabled to sequentially use the IL as an emulsifier for nanoemulsion (NE) production.
These NEs demonstrated high entrapment efficiency (100 %), excellent physical stability over 30
days, and improved β-carotene bioaccessibility, reaching up to 92 % under optimal lipid
concentrations. Additionally, innovative extraction methods (pressurized liquid extraction) were
optimized to recover carotenoids and lipids simultaneously. Using ethanol at 125 °C, 150 MPa,
and 3 extraction cycles of 5 min yielded recovery rates of 90.4 % for carotenoids and 80.1 % for
lipids. These findings demonstrate the feasibility of integrating sustainable cultivation, extraction,
and formulation strategies to enhance the industrial potential of D. salina. By leveraging green
technologies and innovative approaches, this work contributes to advancing the microalgae
industry as a sustainable source of high-value bioactive compounds.A microalga Dunaliella salina destaca-se como uma fonte promissora e sustentável de β-caroteno,
um composto bioativo com inúmeros benefícios para a saúde e importantes aplicações industriais,
especialmente nos setores alimentar e nutracêutico. Esta tese explora metodologias inovadoras
para aumentar a produção, extração e bioacessibilidade do β-caroteno obtido a partir de D. salina,
contribuindo para o desenvolvimento de processos eficientes e ecológicos. A otimização das
condições de cultivo para D. salina resultou em melhorias significativas na produção de biomassa
e β-caroteno. Através de um desenho experimental, otimizaram-se parâmetros como salinidade
(64 PSU), fluxo de ar (500 mL.min⁻¹) e concentrações de nitrato e fosfato (6 e 0,4 mmol.L⁻¹,
respetivamente), resultando em aumentos de 88 % e 132 % na concentração de β-caroteno e
biomassa, respetivamente, comparativamente às condições padrão. Além disso, avaliaram-se
extratos de D. salina e P. gyrans quanto à bioatividade e segurança. Os extratos aquosos e
etanólicos apresentaram atividades antioxidantes, antibacterianas, antidiabéticas e antihipertensivas,
sem efeitos citotóxicos nas linhas celulares Caco-2 e BJ5ta. Desenvolveu-se um
processo sustentável utilizando líquidos iónicos (LI) para recuperar β-caroteno de forma eficiente.
Este método alcançou taxas de recuperação de β-caroteno superiores a 84 % e permitiu o uso
sequencial do LI como emulsificante na produção de nanoemulsões (NEs). As NEs demonstraram
alta eficiência de encapsulamento (100 %), excelente estabilidade física ao longo de 30 dias e uma
bioacessibilidade de β-caroteno melhorada, atingindo os 92 % sob condições ideais. Também
foram otimizados métodos inovadores de extração, como a extração líquida pressurizada, para
recuperar simultaneamente carotenoides e lípidos. Usando etanol a 125 °C, 150 MPa e 3 ciclos
de extração de 5 min, alcançaram-se taxas de recuperação de 90,4 % para carotenoides e 80,1 %
para lípidos. Esses resultados demonstram a viabilidade de integrar estratégias sustentáveis de
cultivo, extração e formulação para ampliar o potencial industrial da D. salina. Ao utilizar
tecnologias verdes e abordagens inovadoras, este trabalho contribui para o avanço da indústria de
microalgas como uma fonte sustentável de compostos bioativos de alto valor.This thesis was financially supported by a PhD scholarship from Fundação para a Ciência e Tecnologia (Ref.: UI/BD/151238/2021) with https://doi.org/10.54499/UI/BD/151238/2021 funded by the Portuguese Foundation for Science and Technology (FCT, POPH-QREN and FSE Portugal)
Microbiota de Philaenus spumarius: caracterização e implicações no controlo do inseto
No full textTese de doutoramento em BiologyPhilaenus spumarius é um inseto amplamente disseminado, conhecido pela sua eficiência em
vetorizar o patogénico de plantas Xylella fastidiosa na Europa. Apesar dos avanços no estudo da biologia
de P. spumarius, as estratégias eficazes de controlo populacional, particularmente aquelas baseadas em
microrganismos, permanecem limitadas. Este trabalho visa colmatar essa lacuna, caracterizando de
forma abrangente o bacterioma nos vários estágios de desenvolvimento, sexos e órgãos de P. spumarius.
Além disso, procura esclarecer o potencial papel deste microbioma na aptidão do inseto e compreender
a interação entre o microbioma de P. spumarius e o da sua planta hospedeira. Para este propósito, foi
utilizada uma combinação de abordagens dependentes e independentes de cultura. A comunidade
bacteriana de P. spumarius era rica e abundante, com os taxas mais dominantes pertencentes aos filos
Proteobacteria, Bacteroidota, Actinobacteria e aos géneros Candidatus Sulcia e Cutibacterium. Membros
bacterianos dos géneros Rhodococcus, Citrobacter, Halomonas, Streptomyces e Providencia foram
detetados, pela primeira vez, em P. spumarius. Os machos adultos exibiram maior diversidade bacteriana
do que as fêmeas, mas a composição bacteriana era muito semelhante. Em contraste, os três órgãos
analisados (cabeça, abdómen e genitália) acolheram uma comunidade bacteriana com composição
distinta, mas não diferiram na diversidade bacteriana. As ninfas exibiram uma diversidade e composição
bacteriana distintas em comparação com os adultos; no entanto, mantiveram ainda um bacterioma
central. A análise funcional indicou papéis distintos para as comunidades bacterianas ao longo dos
estágios de desenvolvimento, com as ninfas apresentando funções enriquecidas de processamento
metabólico e de informação genética comparativamente com os adultos. Bioensaios usando Drosophila
melanogaster mostraram que algumas estirpes bacterianas isoladas de P. spumarius podem afetar a
prole e a morfologia do inseto. A comparação do bacterioma entre as ninfas de P. spumarius e a sua
planta hospedeira, Coleostephus myconis, revelou uma troca bacteriana significativa, particularmente
dos géneros Methylobacterium, Curvibacter, Cutibacterium, Pseudomonas e Rhizobium. Investigação
futura deverá focar-se em abordagens inovadoras baseadas em microrganismos para controlar e
manipular a população de P. spumarius.Philaenus spumarius is a widespread insect known for its efficiency in vectoring the plant pathogen Xylella fastidiosa in Europe. Despite advancements in understanding P. spumarius biology, effective population control strategies, particularly those based on microbes, remain limited. This work aims to address this gap by comprehensively characterizing the bacteriome across various developmental stages, sexes, and organs of P. spumarius. Additionally, it seeks to elucidate the potential role of this microbiome on insect’s fitness and to understand the interaction between the microbiome of P. spumarius and that of its host plant. A combination of culture-dependent and -independent approaches were used for this purpose. The bacterial community of P. spumarius was rich and abundant, with the most dominant taxa being from the phyla Proteobacteria, Bacteroidota, Actinobacteria, and the genera Candidatus Sulcia and Cutibacterium. Bacterial members of the genera Rhodococcus, Citrobacter, Halomonas, Streptomyces, and Providencia were detected, for the first time, in P. spumarius. Male adults exhibited higher bacterial diversity than females, but their bacterial composition was very similar. In contrast, the three organs surveyed (head, abdomen and genitalia) hosted a bacterial community with distinct composition, but they did not differ in bacterial diversity. Nymphs exhibited a distinct bacterial diversity and composition compared to adults; however, they still maintained a core bacteriome. Functional analysis indicated distinct roles for bacterial communities across developmental stages, with nymphs having enriched metabolic and genetic information processing functions compared to adults. Bioassays using Drosophila melanogaster showed that some bacterial strains isolated from P. spumarius can affect insect’s progeny and morphology. The comparison of the bacteriome between P. spumarius nymphs and their host plant, Coleostephus myconis, revealed a significant bacterial exchange, particularly from the genera Methylobacterium, Curvibacter, Cutibacterium, Pseudomonas and Rhizobium. Future research is required to focus on microbial innovative approaches to control and manipulate P. spumarius population.This PhD thesis was possible duo to the PhD grant SFRH/BD/148586/2019 received by the
Foundation for Science and Technology (FCT, Portugal). The facilities, logistical, and financial supports
were supported by the FCT for financial support by national funds FCT/MCTES to CIMO
(UIDB/00690/2020) unit and to the Associate Laboratory SusTEC (LA/P/0007/2020); to the research
Project XF-ACTORS ‘Xylella fastidiosa Active Containment Through a multidisciplinary-Oriented Research
Strategy' (Grant Agreement 727987); and by Recovery and Resilience Plan (PRR) within the project
“Bio4Med - implementation of innovative strategies to increase sustainability in perennial Mediterranean
crops” (PRR-C05-i03-I-000083)
Development of multifunctional cementitious composites for 3D concrete printing
No full textPrograma doutoral em Civil EngineeringA manufatura aditiva (AM), com foco na impressão 3D de concreto (3DCP), está revolucionando a indústria da construção. Ao contrário dos métodos tradicionais de fundição ou construção de elementos pré-fabricados, o 3DCP utiliza um processo baseado em camadas para criar geometrias complexas de forma livre. Isto permite elementos estruturais otimizados, redução de desperdícios e minimização da necessidade de cofragem, conduzindo potencialmente a poupanças significativas de materiais. Este programa de pesquisa de doutorado investiga compósitos cimentícios avançados especificamente adaptados para aplicações 3DCP. O foco inicial está no desenvolvimento de composições cimentícias confiáveis e imprimíveis. Isso envolve a otimização de misturas simples e reforçadas com fibra para as propriedades reológicas necessárias, como trabalhabilidade, capacidade de impressão, capacidade de construção e tempo aberto para garantir uma deposição suave em camadas durante a impressão. Uma vez estabelecidas, estas formulações passam por uma caracterização abrangente do seu comportamento mecânico e físico. Será dada especial ênfase à avaliação do comportamento anisotrópico/ortotrópico, onde as propriedades do material variam dependendo da direção do carregamento em relação à orientação das camadas impressas. Além disso, a pesquisa irá comparar as propriedades das amostras impressas em 3D com as moldadas convencionalmente para compreender o impacto do processo de impressão no comportamento do material. Reconhecendo as interfaces entre as camadas impressas como potenciais zonas fracas, a pesquisa investigará várias técnicas de tratamento e fortalecimento de superfície, como revestimento de areia, jato de areia e malhas de reforço para melhorar a ligação interfacial das camadas, crucial para a integridade estrutural dos elementos impressos em 3D. Além das propriedades mecânicas básicas, a pesquisa irá explorar a integração de funcionalidades avançadas nos compósitos desenvolvidos por meio de fotocatálise e autocura. A fotocatálise que potencialmente leva a superfícies autolimpantes explorará a incorporação de nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2) por meio de métodos de revestimento de superfície. A pesquisa explorará as propriedades de autocura dos compósitos reforçados com fibra, com foco na recuperação mecânica e na autovedação. Finalmente, a pesquisa investigará o desempenho de durabilidade a curto prazo dos compósitos desenvolvidos sob condições ambientais adversas, como ciclos de congelamento e descongelamento e ambientes de carbonatação.Additive manufacturing (AM), with a focus on 3D concrete printing (3DCP), is revolutionizing the construction industry. Unlike traditional casting or prefabricated element construction methods, 3DCP uses a layer-wised process to create complex geometries free-form. This allows for optimized structural elements, reduced waste, and minimized need for formwork, potentially leading to significant material savings. This PhD research program investigates advanced cementitious composites specifically tailored for 3DCP applications. The initial focus is on developing reliable and printable cementitious compositions. This involves optimizing both plain and fibre reinforced mixtures for required rheological properties such as workability, printability, buildability, and open time to ensure smooth layer-wised deposition during printing. Once established, these formulations undergo a comprehensive characterization of their mechanical and physical behaviour. A particular emphasis will be placed on evaluating anisotropic/orthotropic behaviour, where material properties vary depending on the loading direction relative to the printed layers' orientation. Additionally, the research will compare the properties of 3D printed specimens with conventionally mould cast to understand the impact of the printing process on the material behaviour. Recognizing the interfaces between printed layers as potential weak zones, the research will investigate various surface treatment and strengthening techniques like sand coating, sandblasting, and reinforcing meshes to improve layer interfacial bonding, crucial for the structural integrity of 3D printed elements. Beyond core mechanical properties, the research will explore integrating advanced functionalities into the developed composites through photocatalysis and self-healing. Photocatalysis potentially leading to self-cleaning surfaces will explore incorporating titanium dioxide (TiO2) nanoparticles via surface coating methods. On the other hand, developing composites with self-healing capabilities can significantly enhance long-term durability and reduce maintenance costs. The research will explore fibre reinforced composites' self-healing properties, focusing on mechanical recovery and self sealing. Finally, the research will investigate the short-term durability performance of the developed composites under harsh environmental conditions such as freeze-thaw cycles and carbonation environments. The impact of these conditions on the mechanical properties and overall integrity of the materials will be evaluated by comparing them to control specimens exposed to a laboratory environment.The author acknowledges the scholarship provided by the Portuguese Foundation for Science and
Technology (FCT) under the PhD grant SFRH/BD/143636/2019.
The author also wishes to acknowledge the support of DST group construction company for funding the
project Chair dst/IB-S: Smart Systems for Construction.
This work was partly financed by FCT / MCTES through national funds (PIDDAC) under the R&D Unit
Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering (ISISE), under reference UIDB /
04029/2020 (doi.org/10.54499/UIDB/04029/2020), and under the Associate Laboratory Advanced
Production and Intelligent Systems ARISE under reference LA/P/0112/2020