<p>Neuronal current MRI (ncMRI) is a field of study to directly map electrical activity in the brain using MRI, which has many benefits over functional MRI. One potential ncMRI method, Lorentz effect imaging (LEI), has shown promise but needs a better theoretical understanding to improve its use.</p><p>We develop three computational models to simulate the LEI experiments of an electrolyte filled phantom subject to a current dipole based on: ion flow, particle drift, and electromagnetohydrodynamics (EMHD). With comparative experimental results, we use the EMHD model to better understand the Lorentz effect over a range of current strengths. We also quantify the LEI experimental images and assess ways to measure the underlying current strength, which would greatly benefit comparative brain mapping.</p><p>EMHD is a good predictor of LEI signal loss. We can measure the underlying current strength and polarity in the phantom using LEI images. We can also use trends from the EMHD model results to predict the required current density for signal detection in future LEI experiments. We can also infer the electric field strength, flow velocity, displacement, and pressure from the predicted current magnitude in an LEI experiment.</p><p>The EMHD model provides information that greatly improves the utility and understanding of LEI. Future study with our EMHD model should be performed using shorter dipole lengths, higher density and lower strength of current sources, and varying current source frequencies to understand LEI in the setting of mapping brain activity.</p> / Dissertation

Existe atualmente na sociedade um grande número de sistemas reais de alta complexidade. Esta complexidade pode ser definida tanto do ponto de vista da dificuldade em identificar todas as partes que compõem estes sistemas, como também, pela compreensão e definição real da relação entre estas partes, permitindo, desta forma uma representação adequada do comportamento global do sistema. O comportamento global destes sistemas não se caracteriza pela soma do comportamento de suas partes componentes. Normalmente, a modelagem destes sistemas não reflete, de forma realística, o seu comportamento, devido ao excesso de simplificações realizadas. Por outro lado, alguns modelos são impraticáveis de serem aplicados, devido ao excessivo esforço computacional e a restrições de tempo. O presente trabalho de pesquisa apresenta uma proposta de um modelo de otimização para um problema real de alta complexidade e com fortes requisitos de segurança (safety) encontrado na Infra-estrutura Aeronáutica Brasileira e Mundial. Este problema está relacionado ao desbalanceamento entre a capacidade e demanda em infra-estrutura aeronáutica em sistemas de transporte aéreo. Para tanto, o trabalho propõe um Modelo de Otimização de Demanda (MOD) em infra-estrutura aeronáutica, através da técnica de Inteligência Artificial denominada de Algoritmos Genéticos. A pesquisa analisa a eficiência do modelo proposto em termos da resolução do problema, bem como quanto à qualidade das respostas apresentadas. De forma complementar é avaliada a importância de cada um dos parâmetros do modelo de otimização através da sua flexibilização. / Nowadays, in the society, there are a great number of real systems with high complexity. This complexity can be justified in function of the difficulty in identifying all parts that compose these systems, but also the complex relationship between them. The global behavior of these systems is not characterized for the addition of the behavior of its contracting parties. Normally, the modeling of these systems does not reflect its realistic behavior, due the excess of simplifications carried out. On the other hand, some models are impracticable to be solved, because the extreme computational effort necessary. The present research develops a proposal of an optimization model for a real problem of high complexity and with hard safety requirements found in the Brazilian and world-wide aeronautical infrastructure. This problem deals with the unbalancing between the capacity and demand in infrastructure aeronautics in air transportation systems. The work considers a Demand Optimization Model (DOM) for aeronautical infrastructure through the technique of artificial intelligence denominated Genetic Algorithms. The research analyzes the efficiency of the considered model in terms of problem resolution, as well as, the quality of the presented answers. Of complementary form, some parameters of the model were adjusted and their importance were avaluated.

O interesse no uso de técnicas de aquisição de dados 3D em vídeos interativos e sistemas de videoconferência imersiva aumentou significativamente nos últimos anos. A disponibilidade de sensores de profundidade baseados em luz estruturada no varejo apresenta uma série de novas oportunidades em sistemas de teleconferência, entretenimento e e-learning. No entanto, problemas de oclusão frequentemente ocorrem quando é utilizado um único sensor ou técnicas de reconstrução 2,5D. Outras técnicas de interação e aplicações de teleconferências podem exigir uma reconstrução mais completa do usuário. Uma possível solução para isso implica na utilização de múltiplos dispositivos simultaneamente, o que traz novos desafios relacionados ao processo de calibração de câmaras e a aferição do aumento da superfície capturada quando é adicionado um novo sensor. Neste trabalho é apresentada a proposta VMD (Video-avatar from Multiple Depth maps), uma arquitetura de sistema que trata esses dois problemas. Com a finalidade de validar a viabilidade dessa proposta, três experimentos foram feitos resultando em uma análise qualitativa e quantitativa a fim de encontrar uma configuração adequada de múltiplos sensores de profundidade. / The interest in the use of 3D data acquisition techniques in video based interaction and immersive videoconferencing systems has noticeably increased in recent years. The availability of structured light 3D sensors as off-the-shelf hardware presents a series of new opportunities in teleconferences, entertainment and e-learning. However, occlusion issues often occur when it is used a single sensor or 2,5D reconstruction techniques. Other interaction techniques and teleconferencing applications may require a more complete reconstruction of the user. One possible solution to this involves the use of multiple devices simultaneously, which may bring new challenges related to the calibration process of cameras and measurement of the increase in covered area when it is added a new sensor. In this work we present VMD (Video-avatar from Multiple Depth maps), a system architecture that addresses this two issues. In order to validate the feasibility of this proposal, three experiments were performed resulting in a qualitative and quantitative analysis with the purpose of finding a suitable setup with multiple depth sensors.

Durante o desenvolvimento de um neurônio, genes são ativados e desativados, a anatomia se forma e as funcionalidades emergem. Estes três componentes influenciam continuamente uns aos outros. O estudo da forma, função e expressão gênica nos neurônios e no cérebro permanece um tema desafiador e com potencial a ser explorado. Neste contexto, uma importante questão ainda a ser respondida é como quantificar o inter-relacionamento entre forma, função e genes. Para isso, foram realizadas atividades envolvendo caracterização e comparação da forma neuronal, o estudo de processos dinâmicos ocorrendo em redes de estruturas ramificadas, e a comparação entre expressões gênicas. Os dados da base pública NeuroMorpho, que possui quase 6.000 neurônios segmentados, foram caracterizados utilizando-se métodos estatísticos e foram analisados pelo conceito de morfoespaço proposto por McGhee. Outra base pública explorada foi o Mouse Allen Brain Atlas, com imagens de expressão gênica de cérebros de camundongo. Foi proposta a utilização de um método baseado em diagramas de Voronoi para a comparação da distribuição espacial de densidades de expressão gênica entre genes, com o propósito de encontrar correlações entre distribuições. Também foram gerados dados sobre raízes de feijão para o estudo da influência de sua estrutura ramificada na dinâmica de propagação de doenças, seguindo o modelo SIR (Suscetível-Infectado-Recuperado). Integrando os desenvolvimentos anteriores, foi proposto um arcabouço para mensurar a influência da expressão gênica ao longo da escala biológica. Este arcabouço permite mensurar a influência da expressão gênica (escala molecular) na morfologia dos neurônios (escala celular), avançando à escala topológica formada pelas conexões sinápticas, e alcançando o nível funcional das dinâmicas sobre essa rede. Nesse contexto, deve-se ressaltar que a influência da expressão gênica é direta sobre a morfologia e indireta sobre a topologia e a dinâmica. As informações obtidas a partir do arcabouço são relevantes na investigação de como a expressão gênica influencia todo o processo, desde o neurônio individual até o funcionamento cerebral. O arcabouço proposto fornece uma metodologia sistemática, com um conjunto de ferramentas para essas análises. / During the development of a neuron, genes are turned on and off, the anatomy is shaped and the functionality emerges. These three components influence each other continuously. The study of form, function and gene expression in neurons and brain is still challenging and has many issues yet to be explored. In this context, an important question yet to be answered is how to quantify the inter-relationship between form, function and gene expression. In this way, we developed activities involving characterization and comparison of the neuronal form, the study of dynamical processes occurring in networks of branching structures, and the comparison between gene expressions. The data of the public database NeuroMorpho, which comprise almost 6,000 segmented neurons, were characterized using statistical methods and were analyzed by the concept of McGhee\'s morphospace. Another public database that was explored was the Mouse Allen Brain Atlas, with images of gene expression of mouse brains. We proposed to use a method based on Voronoi diagrams to compare the spatial distribution of the gene expression densities between genes, in order to find correlations in the distribution. We also generated data on bean roots to study the influence of their branched structures in the dynamics of disease spread, following the SIR model (Susceptible-Infected-Recovered). Integrating the previous developments, we proposed a framework to measure the gene expression influence through the biological scale. This framework allows the measurement of the gene expression (molecular scale) influence in the morphology of the neurons (cellular scale), advancing towards the topological scale formed by the synaptic connections, and reaching the functional level of the dynamics over this network. In this context, it is worth to note that the gene expression influence is direct on the morphology and indirect on the topology and dynamics. The obtained information through the framework is important on the investigation of how the gene expression influences the whole process, since the individual neuron to the cerebral functioning. The proposed framework yields a systematic methodology with a toolbox to carry out these analyses.

Esta pesquisa tem como principal objetivo apresentar uma análise do comportamento dos elementos passivos mais utilizados para compensação reativa e na composição dos filtros passivos sintonizados: os capacitores de potência. Tal análise foi focada na comparação de resultados obtidos via simulação computacional com os resultados oriundos de ensaios laboratoriais em ambiente controlado, servindo de base para estabelecer os limites de validade do modelo computacional hoje implementado em softwares comerciais de simulação de fluxo de carga e fluxo de harmônicos de uso bastante difundido no ambiente industrial. Os resultados alcançados demonstram que o modelo clássico de capacitores apresenta uma excelente precisão quando operando em condições ideais. Porém, quando operando na presença de situações adversas às ideais, o modelo demonstrou possuir limitações que serão devidamente reportadas neste documento. / This research has as aim to present a behaviors analysis of the electrical power capacitors which are used for reactive compensation and in the tuned harmonic passive filters. Such analysis was focused on the results comparison obtained via computer simulation with the results obtained in laboratory tests done in a controlled environment, providing the basis to establish the validity limits of the computational model implemented in today\'s commercial load flow and harmonic flow software simulation widespread use in industrial environments. Results show that the classical model capacitor has excellent accuracy when operating under ideal conditions. However, when operating in presence of adverse situations the classical model has demonstrated limitations that will be duly and reported in this work.

Este trabalho teve como objetivo adicionar ao programa computacional SAAM for Windows a capacidade de simular o transporte de poluentes em cursos d´água e substituiu com vantagens o modelo computacional QUAL2E para simulações em regime transiente para substâncias conservativas e não conservativas em casos de injeção instantânea. Desta maneira, os pesquisadores dispõem agora de uma ferramenta adicional para simulação de transporte de poluentes em cursos d´água. O SAAM foi desenvolvido originalmente para a simulação de conjuntos discretos, mas neste trabalho, o programa foi adaptado para a simulação de sistemas contínuos. O trabalho de implementação foi feito tomando-se por base a equação unidimensional de transporte de massa por advecção - dispersão adaptada ao processo de simulação do programa SAAM utilizando-se para isto o método de resolução de MacCormack. O SAAM foi implementado também com o recurso de avaliar as concentrações de DBO e OD de maneira simplificada. Foram analisados diversos cenários de transporte de massa através de simulação computacional utilizando o SAAM, o programa QUAL2E e quando possível, soluções analíticas. Os resultados obtidos nestas simulações foram bastante similares, com isso foi possível concluir que a implementação do programa SAAM foi um sucesso. / This work had as objective to implement the capacity of simulation of pollutant transport in watercourses to the program SAAM for Windows for time-variable simulations for the dispersion of conservative and non-conservative substances from instantaneous sources, as an advantageous alternative to QUAL2E. This way, researchers may have an additional tool for the simulation of pollutant transport in watercourses. SAAM was developed originally for the simulation of discrete systems; the program is now adapted for the simulation of continuous problems. This implementation was made through the use of the advection-dispersion mass transfer equation adapted to SAAM\'s simulation features, using, for numerical solution, the method of MacCormack. SAAM was also implemented for the evaluation of concentrations of BOD and DO in a simplified way. Several scenarios of mass transport were analyzed through computational simulation using SAAM, the program QUAL2E, and, when possible, analytical solutions. As the results obtained in these simulations were quite similar, it is possible to conclude that the proposed implementation to the program SAAM was successful.

A crescente preocupação com a qualidade de vida nos centros urbanos aliada ao aumento da densidade demográfica nas regiões próximas de aeroportos tem chamado a atenção das autoridades de aviação civil para a poluição sonora provocada por aeronaves. Nesse contexto, os limites de ruído externo para homologação de aeronaves tornaram-se muito restritivos nos últimos anos, com o claro objetivo de confinar o ruído no interior dos aeroportos. Com a evolução tecnológica dos motores aeronáuticos, diminuir o ruído aerodinâmico gerado por trens de pouso e hipersustentadores tornou-se uma competência fundamental para manter a competitividade da aeronave no requisito ruído. Esse trabalho estuda o mecanismo de geração de ruído aerodinâmico pelo \"slat\" através de simulações numéricas nas seguintes condições de túnel de vento: número de Mach 0,1, número de Reynolds \'Aproximadamente\' 10\'POT.6\' e ângulos de ataque 4°, 6° e 8°. As estimativas de ruído foram comparadas com medições experimentais baseadas da técnica de beamforming, tendo sido observada diferença máxima de 2:5 dB no nível global de ruído. A variação de ruído com o ângulo de ataque foi superestimada em 0:8 dB pelas simulações. O recolamento da camada cisalhante foi identificado através dos contornos de flutuação de pressão na superfície do \"slat\" como a principal fonte de ruído do \"slat\". Para explicar a diminuição do ruído com o aumento do ângulo de ataque foi proposto que as flutuações na camada cisalhante seriam intensificadas através de realimentação de energia dos vórtices capturados pela zona de recirculação na cova. A existência desse mecanismo foi testada comparando os perfis de vorticidade na cúspide e bordo de fuga do \"slat\" e espectros ao longo da trajetória da camada cisalhante para os ângulos de ataque 4° e 8°. Embora o perfil inicial da camada cisalhante seja o mesmo nas duas condições, a esteira no bordo de fuga indica que maior parcela dos vórtices é capturada na condição 4°. Como consequência, as flutuações da camada cisalhante nas proximidades do recolamento são maiores nessa condição, consistente com os maiores níveis de ruído. / The growing concern about the life quality in urban centers coupled with increasing population density in near airports areas has drawn the attention of civil aviation authorities for aircraft noise pollution. In this context, external noise limits for approval of aircraft have become very restrictive in recent years, with the clear objective to confine aircraft noise inside airports. With the technological evolution of aircraft engines, reducing noise generated by aerodynamic landing gear and highlift devices have become a core competency to keep the aircraft competitive regarding noise requirements. This work studies the generation mechanism of aerodynamic noise by slats through numerical simulations in the following wind tunnel conditions: Mach number 0.1, Reynolds number \'Approximately\' 10\'POT.6\' and angles of attack 4°, 6° and 8°. The noise estimates were compared with experimental measurements based on beamforming technique, and it was observed the maximum difference of 2:5 dB in the overall noise level. The noise variation with angle of attack was over-estimated at 0.8 dB by the simulations. The reattachment of the shear layer was identified by the contours of pressure fluctuation on the surface of the slat as the key noise generation mechanism. To explain the noise reduction when the angle of attack is increased it has been proposed that fluctuations in the shear layer would be enhanced through feedback of energy captured by the vortex recirculation zone in the slat cove. The existence of this mechanism was tested by comparing the vorticity profiles at both the cusp and trailing edge, as well as velocity fluctuation spectra along the trajectory of the shear layer for angles of attack 4° and 8 degree. Although the initial profile of the shear layer is the same in both conditions, the wake at the trailing edge indicates that a higher percentage of the vortices is trapped in the recirculation for the condition 4°. Consequently, fluctuations in the shear layer near the reattachment are greater in this condition, which is consistent with the higher noise levels.

Tendo em vista as questões ambientais relacionadas com a disposição oceânica de esgotos sanitários, muito tem sido debatido sobre qual nível de tratamento deve ser adotado ou quais constituintes presentes nos esgotos devem ser removidos antes do lançamento em regiões costeiras. Dentro deste contexto, este estudo teve como objetivo principal fornecer subsídios para uma tomada de decisão quanto à necessidade de remoção de nutrientes para lançamento de esgotos sanitários por meio de emissários submarinos, de maneira a garantir um nível de tratamento mínimo sem que haja um comprometimento do corpo receptor em termos de potencial de eutrofização. Para isso, foram utilizados dois sistemas de disposição oceânica de esgotos sanitários: Santos/São Vicente e Praia Grande 2. O impacto ambiental do lançamento de esgotos pelos emissários submarinos foi avaliado por um modelo numérico de eutrofização, sendo as características da pluma de esgoto no campo próximo determinada pelo software CORMIX e acoplado no modelo de campo distante. A necessidade de remoção de nitrogênio e fósforo foi estimada com base na metodologia do Plano Oceânico da Califórnia. Os resultados demonstraram que tanto para o caso do emissário submarino de Santos quanto para o de Praia Grande haveria necessidade de remover amônia e fosfato para atender a legislação CONAMA 357/2005 quando operados com vazões de 3,0 e 5,3 m³.s-¹. Além disso, quando os sistemas foram operados sem tratamento ocorreu um aumento significativo na concentração de clorofila-a, atingindo valores de até 16 µg chl-a/L 12 µg chl-a/L na baía de Santos e Praia Grande, respectivamente. Os resultados demonstraram também que a utilização de um tratamento secundário com oxidação parcial da amônia promoveria uma redução de apenas 30% na concentração de clorofila-a, enquanto que a utilização de um TPQA com remoção de fosfato promoveria uma resposta ambiental melhor, levando a uma redução de até 71% na concentração de clorofila-a, resultados semelhantes ao tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo, resultados semelhantes aos obtidos quando foi considerado o tratamento terciário com remoção de nitrogênio e fósforo. / Due to environmental issues related to wastewater ocean discharge, much has been debated about the level of treatment that should be adopted or which constituents must be removed from wastewater before its final disposal in coastal zones. Within this context, this study aimed to provide support for a decision making on the need of wastewater nutrient removal before its final disposal through submarine outfalls in order to ensure an adequate treatment level, minimizing the environmental impact on the receiving body in terms of eutrophication potential. For this purpose, two wastewater ocean disposal systems: Santos/San Viciente and Praia Grande 2, were evaluated. The environmental impact of wastewater discharge through submarine outfalls was evaluated by a 2D eutrophication numerical model. Wastewater mixing conditions in the near field plume was evaluated using the software CORMIX, and the results were coupled to a far-field model. Nitrogen and phosphorus removals were evaluated through the California Ocean Plan methodology. The results showed that the removal of ammonia and phosphate is required for both submarine outfalls, Santos and Praia Grande, to meet the Brazilian legislation(CONAMA357/2005) when they are operated with flow rates of 3.0 and5.3m³.s-¹. Furthermore, when the systems are operated without treatment, modeled chlorophyll-a concentrations increased up to 16 µg chl-a/L and 12 µg chl-a/L in Santos bay and Praia Grande, respectively. The results also demonstrate that the use of a secondary treatment with partial ammonia oxidation promote a reduction of only 30% in the chlorophyll-a, while the use of a CEPT with phosphate removal promote a better environmental response, resulting a chlorophyll-a concentration reduction of 71%, similar results were obtained when tertiary treatment was considered for nitrogen and phosphorus removals.

Uma potencial alternativa para o transplante de tecidos é a engenharia de tecidos. Células-tronco mesenquimais e scaffolds eletrofiados são comumente utilizados nesta área devido à capacidade multipotente de diferenciação destas células e à rede de poros interconectados destas estruturas fibrosas. Além disso, bioreatores de perfusão podem ser utilizados para melhorar o transporte de nutrientes e reduzir o acúmulo de metabolitos tóxicos. Neste contexto, uma maneira de estudar e otimizar o sistema de cultivo é utilizar técnicas de modelagem para descrever interações ou processos individuais envolvidos no crescimento celular. Deste modo, o objetivo geral deste estudo é realizar o cultivo de células-tronco mesenquimais da polpa de dente decíduo (DPSCs) utilizando scaffolds tridimensionais eletrofiados de policaprolactona (PCL), biorreatores e técnicas de modelagem. Inicialmente foram testadas diferentes misturas de solventes (clorofórmio e metanol), a fim de produzir scaffolds com poros adequados ao cultivo tridimensional. Os diâmetros de fibra e de poro foram determinados por microscopia eletrônica de varredura (MEV). O crescimento e o metabolismo das células foram avaliados através da determinação da atividade metabólica e das concentrações de glicose e lactato do meio de cultivo, e a infiltração celular foi observada com a marcação do núcleo celular. Depois de estabelecidos os parâmetros de eletrofiação, o efeito da perfusão direta no desprendimento de DPSCs de scaffolds eletrofiados de PCL foi estudado. A atividade metabólica das células foi determinada para diferentes tempos de adesão, vazões e densidades de semeadura, e a tensão de cisalhamento na parede do poro foi calculada para cada vazão. A morfologia das células foi avaliada através de imagens de microscopia confocal e MEV. Paralelamente, foram realizadas simulações utilizando o software OpenFOAM para estudar como os parâmetros e variáveis de entrada (concentração inicial de glicose, porosidade e espessura do scaffold) afetam as saídas (fração volumétrica de células e concentração de substrato) de um modelo de proliferação celular que considera a difusão e o consumo de glicose. As contribuições do teor de oxigêno na cinética de crescimento de Contois e da variação da porosidade com o tempo devido à degradação do polímero também foram avaliadas. Inicialmente, foi observado que apenas um tamanho de poro maior que o diâmetro da célula permitiu a infiltração das células no scaffold. Então, observou-se que o aumento do tempo de adesão acarretou em maior espalhamento das células e, assim como a diminuição da densidade de semeadura e da tensão de cisalhamento, resultou em uma redução do desprendimento das células sob perfusão. Quanto ao modelo fenomenológico, observou-se maior sensibilidade à concentração inicial de glicose e à porosidade do scaffold, e aos parâmetros adimensionais relacionados à proliferação e morte celular e ao consumo de nutrientes. Além disso, o número inicial de células apresentou maior impacto no transporte de massa do que no crescimento celular. Neste estudo, foi possível obter scaffolds eletrofiados e conduções de cultivo dinâmico adequadas ao cultivo tridimensional de DPSCs, e elucidar os efeitos da limitação do transporte de massa e do oxigênio no crescimento celular, e da degradação do polímero no transporte de massa. / A potential alternative to tissue transplant is tissue engineering. Mesenchymal stem cells and electrospun scaffolds are commonly used in this field due to the multipotent differentiation capacity of these cells and the interconnected pore network of these fibrous structures. In addition, perfusion bioreactors can be used to enhance nutrient transport and reduce the accumulation of toxic metabolites. In this context, one way to study and optimize the culture system is to use modeling techniques to describe interactions or individual processes involved in cell growth. Thus, the objective of this study is to perform the three-dimensional culture of mesenchymal stem cells of dental pulp (DPSCs) using electrospun polycaprolactone (PCL) scaffolds, bioreactors and modeling techniques. Initially, different solvent mixtures (chloroform and methanol) were tested to produce scaffolds with pores suitable to three-dimensional culture. Fiber and pore diameter was determined using a scanning electron microscope. Cell growth and metabolism were evaluated through the metabolic activity and the culture medium concentration of glucose and lactate, and the cell infiltration was observed with cell nuclei staining. After the establishment of the elesctrospinning parameters, the effect of direct perfusion on DPSCs detachment from PCL electrospun scaffolds was investigated. The metabolic activity of the cells was determined for different adhesion times, flow rates and seeding densities and the pore wall shear stress was calculated for each flow rate. The cell morphology was evaluated through scanning electron and confocal microscopy imaging. In parallel, simulations with the software OpenFOAM were performed to study how parameters and inputs (initial glucose concentration, porosity and thickness of the scaffold) affect the outputs (cell volume fraction and substrate concentration) of a model of cell proliferation and glucose diffusion and consumption. The contribution of the oxygen in the Contois growth kinetics and the porosity variation with time due to polymer degradation was also evaluated. Initially, it was observed that only a pore size higher than the cell diameter allowed the infiltration of the cells through the scaffold. Then, it was observed that a higher adhesion time leaded to higher cell spreading in static conditions and, similar to smaller seeding densities and shear stresses, reduced cell detachment under perfusion. Regarding the phenomenological model, it was observed that the model is more responsive to the initial glucose concentration and scaffold porosity, and to the dimensionless parameters related to cell proliferation, death and nutrient uptake. Furthermore, the initial cell number had a more significant impact on mass transport than on cell growth. In this study, it was possible to obtain an electrospun scaffold and dynamic culture conditions suitable for the three-dimensional culture of DPSCs, and to elucidate the effects of transport limitations and of oxygen on cell growth, and of polymer degradation on mass transport were elucidated.

A Ressonância Magnética Nuclear (RMN) é uma importante técnica empregada nas principais áreas de conhecimento, tais como, Física, Química e Medicina. Importantes trabalhos da RMN aplicada ao estudo da dinâmica de moléculas em fluidos presentes em meios porosos permitiram que esta técnica ganhasse também notoriedade na indústria do petróleo. O presente projeto é fundamentado em alguns destes trabalhos seminais, reproduzindo, através de modelos físico-computacionais, os principais efeitos físicos da difusão e a consequente relaxação dos spins dos núcleos atômicos presentes nas moléculas dos fluidos imersos nos meios porosos. Os métodos teóricos utilizados para a interpretação dos parâmetros de relaxação transversal (T2) e longitudinal (T1), levam em consideração as propriedades macroscópicas da dinâmica de um ensemble de spins nucleares. Para a compreensão da difusão e relaxação nuclear em meios porosos, é de fundamental importância o emprego de métodos físico-computacionais que levam em consideração tanto a microestrutura quanto a difusão translacional dos spins nucleares através desses meios. Dentro dos modelos propostos nesta dissertação, foram utilizados conceitos básicos de mecânica estatística e de relaxação nuclear, resultando em programas envolvendo consideráveis recursos computacionais. Para a realização das simulações numéricas, foi necessária a construção da microestrutura digital dos meios porosos, usando como base do processo as imagens obtidas por microtomografia de raios-X 3D. Tendo disponível a microestrutura digital, o processo de difusão através do meio poroso e a consequente relaxação dos spins nucleares foram simulados através de modelos Random Walk, um exemplo clássico de Método de Monte Carlo. As simulações numéricas dos experimentos clássicos de RMN, empregados para a determinação de distribuições de tempos de relaxação transversal (conhecidas pela sigla CPMG), e mais avançados, para a determinação de taxas de troca entre diferentes sítios dos meios porosos (experimentos de troca ou Exchange), produziram importantes resultados para a compreensão da dinâmica de fluidos em meios porosos através de difusão translacional. / Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is a versatile technique applied in many different areas of science such as Physics, Chemistry and Medicine. Several important NMR works applied in the study of the molecular dynamics of fluids inside porous media allowed this technique to become popular in the oil industry. This project is based on some of these seminal works. Using computational physics models, the main physical effects of diffusion and relaxation for the nuclear spins in an ensemble of molecules in a fluid permeating the porous media are reproduced. The theoretical methods used to interpret the transverse (T2) and longitudinal (T1) relaxation parameters take into consideration the macroscopic dynamical properties of an ensemble of nuclear spins. In order to comprehend the diffusion and relaxation in porous media, the use of computational physics methods that take into account the translational diffusion of the nuclear spins inside the media as well as its microstructure is essential. In the proposed models by this dissertation, basic statistical mechanics and nuclear relaxation concepts were used, resulting in programs that demand considerable computational resources. For the numerical simulations it was necessary to digitally construct the microstructure of the porous media and that was achieved with the use of X-ray 3D microtomography. On this digital microstructure, the diffusion process and the resulting relaxation of the nuclear spins were simulated with random walk models, an example of the Monte Carlo Method. The numerical simulation of classic NMR experiments, such as the one used to determine the distribution of relaxation times (known as CPMG), and more advanced ones, such as the one used to determine exchange rates between different sites (2D exchange experiments), produced fundamental results to the understanding of the fluid dynamics in porous media.