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Thesis (PhD)-Open University. BLDSC no.DX94698.

Magnetotactic bacteria are a group of prokaryotes that share the ability to align with external magnetic fields, due to the presence within their cytoplasm of one or several chains of nanometer-sized magnetic crystals called the magnetosomes. The orientation of the chain within the cell is critical for magnetotaxis, which allows these bacteria to swim along the geomagnetic field lines. To do so, the magnetic moment and thus the chain need to lie parallel to the swimming direction which, for elongated bacteria such as AMB-1, is roughly parallel to the long axis of the cell. In most studies, the alignment between the magnetic moment and the cell axis is taken for granted, however no precise measurement has been performed to confirm this. In this thesis, experiments performed to test this assumption are presented, and the results show that for most studied bacteria the alignment is not perfect. The effect on the orientation distributions is discussed and accounted for in the analysis performed to measure the magnetic moment of individual bacteria. A second project presented in this thesis is focused on the biomineralization process in AMB-1. Magnetotactic bacteria synthesize crystals characterized by a well-controlled morphology and a high chemical purity, which makes them interesting for biomedical applications. To study how these crystals are produced, we used scanning trans- mission X-ray microscopy, and preliminary results show that this tool is suitable for studying this complex process. The methods developed and improved during this MSc to perform these experiments are presented, and the first results show an evolution in the spectroscopy of the magnetosomes as they grow. / Thesis / Master of Science (MSc)

O objetivo desta tese foi o estudo da detecção de campos magnéticos fracos através da utilização de gradiômetros supercondutores acoplados à SQUIDs e sua aplicação ao biomagnetismo. Um novo modelo teórico para descrição do gradiômetro foi desenvolvido com a obtenção da sua função de transferência espacial. Através desta função de transferência a atuação do gradiômetro sobre os sinais detectados pode ser quantificada. Além disso, foi desenvolvido para a medida experimental da função de transferência, onde as imperfeições no processo de construção do sensor podem ser medidas e avaliadas. Foi proposta uma nova terminologia para descrição do gradiômetro ao invés de sua descrição física. Nesta terminologia, o gradiômetro ficará especificado pelo seu roll off, freqüência de corte espacial e ganho máximo. Também foi generalizado o método para projeto de gradiômetros onde novas configurações podem ser construídas e testadas. A partir da obtenção desta função de transferência um método para calibração tesla /volt do sistema foi desenvolvido, com uma precisão até então não alcançada por outros métodos e perfeitamente apropriado para utilização em sistemas multicanais. Finalmente foi desenvolvido um algorítimo de desconvolução para, a partir de sinais detectados com gradiômetros planares, recuperar o sinal original como ele tivesse sido detectado somente por uma bobina. Este algorítmo também pode ser utilizado para auxílio no projeto de arrays destes gradiômetros. / The objective of this thesis was to study the detection of weak magnetic fields through the use of superconducting gradiometers coupled to SQUIDs and its application to biomagnetism. A new theoretical model for the specification of the gradiometer was developed by obtaining its spatial transfer function. Through the transfer function the signal detected by the gradiometer can be quantified. Besides, a procedure was developed to experimentally measure the spatial transfer, where the imperfections in the construction process of the sensor can be measured and evaluated. A new terminology was proposed for specification of the gradiometer instead of his physical description. Using this terminology, the gradiometer will be specified by its roll off, spatial cutoff frequency and maximum gain. Also the method was generalized for design of gradiometers where new configurations can be built and tested. From the transfer function a method for tesla/volt calibration of the system was developed. Finally a deconvolution algorithm was developed, that from signals detected by the gradiometer the original signal can be recovered. This algorithm also can be used in the design of gradiometer arrays.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:57Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-07-29Bitstream added on 2014-06-13T18:41:13Z : No. of bitstreams: 1 stelzer_m_dr_botib.pdf: 918862 bytes, checksum: bc6a3bc2154c49c9ab02546521651045 (MD5) / O estudo da atividade do sistema digestório apresenta vários desafios, pois para termos medidas eficientes do seu funcionamentos as técnicas atualmente aplicadas ou são invasivas ou apresentam o uso de radiação ionizante, o que pode causar desconforto ou outros problemas ao individuo. ABiosusceptometria de Corrente Alternada (BAC), tem sido utilizada com sucesso no estudo da motilidade do trato gastrintestinal, sem a necessidade de radiação ionizante e sem ser invasiva.Essatese foi desenvolvida em três partes, com cada parte representando um trabalho, no primeiro foi estudado aOscilação Tônica no Estomago Proximal, no segundo foi feita a validação da BAC in vitro e in vivo como um método biomagnético para registrar contrações gástricas e finalmente no terceiro foi iniciado o desenvolvimento de uma nova instrumentação de modo a permitir a obtenção de imagens tomográficas utilizando a BAC. Desta forma, este trabalho apresenta estudos de validações da BAC para análise das atividades de contração tônica e fásica do estômago e de emprego como técnica tomográfica / The evaluation of gastric-intestinal activity presents a lot of challenges, because, the techniques to obtain efficient measures or is an invasive technique or it makes use of ionizing radiation, what could cause some discomfort or another problems related to the radiation. The Alternated Current Biosusceptometry (ACB) has been utilized with success, in the gastricintestinal activity studies, without the necessity of ionizing radiation and it isn´t a invasive method. This thesis has been developed in three parts, in the first part was studied the stomach proximal tonic oscillation, in the second was studied the validation of theACB method in vitro and in vivo as a biomagnetic method to register the gastric contractions, and finally the third, it was started the development of a new instrumentation capable of obtain tomography images by means of BAC

Orientador: José Ricardo de Arruda Miranda / Banca: Andrés Vercik / Banca: Sérgio Paulo Amaral Souto / Banca: José Roberto Corrêa Saglietti / Banca: Eder Rezende Moraes / Resumo: O estudo da atividade do sistema digestório apresenta vários desafios, pois para termos medidas eficientes do seu funcionamentos as técnicas atualmente aplicadas ou são invasivas ou apresentam o uso de radiação ionizante, o que pode causar desconforto ou outros problemas ao individuo. ABiosusceptometria de Corrente Alternada (BAC), tem sido utilizada com sucesso no estudo da motilidade do trato gastrintestinal, sem a necessidade de radiação ionizante e sem ser invasiva.Essatese foi desenvolvida em três partes, com cada parte representando um trabalho, no primeiro foi estudado aOscilação Tônica no Estomago Proximal, no segundo foi feita a validação da BAC in vitro e in vivo como um método biomagnético para registrar contrações gástricas e finalmente no terceiro foi iniciado o desenvolvimento de uma nova instrumentação de modo a permitir a obtenção de imagens tomográficas utilizando a BAC. Desta forma, este trabalho apresenta estudos de validações da BAC para análise das atividades de contração tônica e fásica do estômago e de emprego como técnica tomográfica / Abstract: The evaluation of gastric-intestinal activity presents a lot of challenges, because, the techniques to obtain efficient measures or is an invasive technique or it makes use of ionizing radiation, what could cause some discomfort or another problems related to the radiation. The Alternated Current Biosusceptometry (ACB) has been utilized with success, in the gastricintestinal activity studies, without the necessity of ionizing radiation and it isn't a invasive method. This thesis has been developed in three parts, in the first part was studied the stomach proximal tonic oscillation, in the second was studied the validation of theACB method in vitro and in vivo as a biomagnetic method to register the gastric contractions, and finally the third, it was started the development of a new instrumentation capable of obtain tomography images by means of BAC / Doutor

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:25:26Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-07-27Bitstream added on 2014-06-13T20:13:53Z : No. of bitstreams: 1 agostinho_mr_me_botib.pdf: 487460 bytes, checksum: e3edd62113cd3612c5b439f526eb253b (MD5) / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) / A utilização de técnicas não invasivas, de baixo custo e inócuas ao indi-víduo proporcionam um grande desafio para o estudo do trato gastrintestinal. Métodos biomagnéticos como a BAC trazem todas essas vantagens e incluem a possibilidade de expansão para novos estudos, arranjos instrumentais e mo-delos biológicos. A consolidação dessa técnica nos últimos anos permitiu a ampliação dos estudos na área farmacêutica, avaliações após alterações nas condições fisiológicas e mesmo após administração de drogas, fornecendo subsídios para uma melhor interpretação dos parâmetros motores do trato gas-trintestinal. As imagens de traçadores e marcadores magnéticos no trato gas-trintestinal proporcionadas pela BAC foi um importante aspecto explorado, no entanto, houve a necessidade de aperfeiçoar a instrumentação para obter me-lhores e também novos resultados. A proposta de implementação de algumas melhorias nesta instrumentação através de implementação de novo arranjo de bobina excitadora, cancelamento de ruído respiratório e nova eletrônica de de-tecção permitiram que os dados in vitro e in vivo refletiram numa melhor quali-dade de sinais e imagens obtidos por este técnica. A BAC multi-sensores é uma ferramenta valiosa com vasta aplicabilidade para aplicação em tecnologia farmacêutica e em fisiologia do trato gastrintestinal / The use of non-invasive techniques, at low cost and harmless to the indi-vidual, provides a great challenge for the study of the gastrointestinal tract. Biomagnetic methods such as the BAC have all these advantages and also include the possibility of expanding to new studies, to instrumental ar-rangements and to biological models. The consolidation of this technique in re-cent years allowed the extension of studies in the pharmaceutical field, after rating changes in physiological conditions and even after drug administration, supporting a better interpretation of the motor parameters of the gastrointestinal tract. The images of tracers and magnetic markers in the gastrointestinal tract offered by the BAC was an important aspect explored. However, there was a necessity of improving the equipment in order to obtain new and better re-sults. The proposal to implement some improvements in this equipment through implementation of the new exciter coil arrangement, the cancellation of the noise of breathing, and the new electronics of detection have allowed that the data in vitro and in vivo reflected a better quality of signals and images obtained by this technique. The BAC multi-sensors is a valuable tool with wide applica-bility to pharmaceutical technology and physiology of the gastrointestinal tract

O objetivo desta tese foi o estudo da detecção de campos magnéticos fracos através da utilização de gradiômetros supercondutores acoplados à SQUIDs e sua aplicação ao biomagnetismo. Um novo modelo teórico para descrição do gradiômetro foi desenvolvido com a obtenção da sua função de transferência espacial. Através desta função de transferência a atuação do gradiômetro sobre os sinais detectados pode ser quantificada. Além disso, foi desenvolvido para a medida experimental da função de transferência, onde as imperfeições no processo de construção do sensor podem ser medidas e avaliadas. Foi proposta uma nova terminologia para descrição do gradiômetro ao invés de sua descrição física. Nesta terminologia, o gradiômetro ficará especificado pelo seu roll off, freqüência de corte espacial e ganho máximo. Também foi generalizado o método para projeto de gradiômetros onde novas configurações podem ser construídas e testadas. A partir da obtenção desta função de transferência um método para calibração tesla /volt do sistema foi desenvolvido, com uma precisão até então não alcançada por outros métodos e perfeitamente apropriado para utilização em sistemas multicanais. Finalmente foi desenvolvido um algorítimo de desconvolução para, a partir de sinais detectados com gradiômetros planares, recuperar o sinal original como ele tivesse sido detectado somente por uma bobina. Este algorítmo também pode ser utilizado para auxílio no projeto de arrays destes gradiômetros. / The objective of this thesis was to study the detection of weak magnetic fields through the use of superconducting gradiometers coupled to SQUIDs and its application to biomagnetism. A new theoretical model for the specification of the gradiometer was developed by obtaining its spatial transfer function. Through the transfer function the signal detected by the gradiometer can be quantified. Besides, a procedure was developed to experimentally measure the spatial transfer, where the imperfections in the construction process of the sensor can be measured and evaluated. A new terminology was proposed for specification of the gradiometer instead of his physical description. Using this terminology, the gradiometer will be specified by its roll off, spatial cutoff frequency and maximum gain. Also the method was generalized for design of gradiometers where new configurations can be built and tested. From the transfer function a method for tesla/volt calibration of the system was developed. Finally a deconvolution algorithm was developed, that from signals detected by the gradiometer the original signal can be recovered. This algorithm also can be used in the design of gradiometer arrays.