scientia prima vol.3 n.3

VOLUME 03

DEZEMBRO DE 2015

03nº

ISSN impresso: 2446-7804

ISSN online: 2318-4299

PALAVRA DO EDITOR

Ao longo dos últimos três anos, o periódico de publica-ção científica Scientia Prima passou por importantes modi-ficações com o objetivo de consolidar-se como referência na publicação de artigos científicos elaborados por alu-nos pré-universitários. Buscando atender as expectativas dos autores, membros do corpo editorial e associações, o Scientia Prima tem trabalhado na adequação do seu flu-xo editorial. Para isso, estamos migrando para o sistema eletrônico de editoração de revistas (SEER) elaborado pelo Instituto Brasileiro de Informação em Ciência e Tecnologia (IBICT). Dessa forma, após a corrente edição, todos os pro-cessos organizacionais das etapas de revisão científica e publicação basear-se-ão na sistemática dessa plataforma. Tal alteração tornará a etapa editorial dinâmica nos pro-cessos de submissão, correção, atribuição do digital object identifier (DOI), publicação e indexação.

Outro importante ponto refere-se à inclusão de novos membros do corpo editorial com funções específicas para a promoção do impacto da revista. Além disso, convidamos importantes pesquisadores com nomes de destaque na produção científica nacional e internacional para compo-rem o comitê de revisão científica.

Esperamos que haja uma contínua melhoria do periódi-co para atender as demandas no que diz respeito à divul-gação de conteúdo científico, ao retorno para a sociedade e reconhecimento de alunos pré-universitários como auto-res científicos.

Boa leitura.

William LopesEditor chefe

EXPEDIENTE

Associação Brasileira de Incentivo à Ciência

Presidente: Heitor Geraldo da Cruz SantosDiretor Acadêmico: William LopesDiretora de Ações Educativas: Ana Claudia CassantiDiretor de Comunicação e Marketing: Paolo Damas Pul-ciniDiretor Financeiro: Leonardo TurraDiretora de Projetos: Ana Clara Cassanti

Scientia Prima

ISSN Impresso: 2446-7804 ISSN Online: 2318-4299

Editor Chefe: William LopesGerente de Estratégia: Pedro Machado de GodoyGerente Financeiro: Carlos Henrique Leite da SilvaGerente de Marketing: Lívia LourençoGerente de Produção Editorial: Leonardo ReginatoGerente de Revisão Editorial: Joana Paim da Luz

Comitê de Revisão Científica: Ana Karina Oliveira, Aldo Luiz Bizzocchi, Ana Sofia Cardoso, Andrea Paula Santos, Claudius Jardel Soares, Danielle da Silva Trentin, Eduardo Martins, Fabiana da Silva Felix, José de Souza, Karine Rin-gon Zimmer, Marina Scopel, Rosana de Oliveira Gomes e Vivian Boldt Guazzelli

Diagramação: Leonardo ReginatoProjeto Gráfico: Na Mooca

Realização: Diretoria Acadêmica - Associação Brasileira de Incentivo à Ciência

SUMÁRIO VOL. 03, N° 03 - DEZEMBRO, 2015

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3Apresentação

4Guia de leitura

5Luva guia para deficientes visuaisCamila Lopes Schirmer, Bruna Amélia de Oliveira Coelho, Stephanie Vertelo Porto, Leonar-do Vasconcelos Alves e Renato Zanetti

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Estudo da anodização da liga de alumínio 6063 utilizando a bactéria Bacillus cereusJosué Hoffmeister de Azevedo, Matheus Luís da Cruz, Wagner Scheeren Brum, William Lopes e Carla Kereski Ruschel

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APRESENTAÇÃO

Em seu terceiro volume, o periódico Scientia Prima reúne dois artigos expressivos do propósito da revista, uma vez que divulgam percursos de pesquisa de jovens pré-universitários interessados em se aventurar no exercício científico e, assim, compreender e explicar uma pequena porção da realidade que os cerca.

A leitura do trabalho denominado ”Luva Guia Para Deficientes Visuais” permite que nos aproximemos não só da realidade que circunda indi-víduos com algum tipo de deficiência, mas, sobretudo, da iniciativa dos autores de contribuir para a qualidade de vida de deficientes visuais, por meio do desenvolvimento de um dispositivo de fácil confecção e baixo custo, capaz de facilitar o deslocamento desse público, tornando-o mais seguro. Os autores, amparados pela relevância social de seu trabalho e pela fundamentação científica que o sustenta, convidam-nos a repensar nossas concepções e ampliar nosso entendimento acerca das carências de pessoas deficientes e de alternativas factíveis que possam supri-las.

O estudo intitulado “Estudo da Anodização da Liga de Alumínio 6063 uti-lizando a bactéria Bacillus cereus” oferece a nós, leitores, uma visão mais abrangente a respeito da natureza dos biofilmes e da sua relação com novas tecnologias que sejam limpas e que minimizem o impacto gerado pelas indústrias, reduzindo as contaminações ambientais e prevenindo descartes residuais industriais perigosos, hoje recorrentes. Os autores nos convidam a conhecer microrganismos que influenciam a oxidação metálica e a analisá-los como um método alternativo de anodização do alumínio. Alicerçado no rigor científico e motivado pela perspectiva de investir em uma área nova e inexplorada, esse trabalho representa um pequeno passo em direção a uma revolução no segmento de anodização metálica.

Desejo que esses percursos de pesquisa alimentem nossa curiosida-de sobre o mundo e inspirem novas aventuras científicas protagonizadas por diferentes autores cujas motivações, ainda que particulares, compar-tilhem um propósito: o de celebrar o uso da razão e a beleza do conheci-mento.

Joana Paim da LuzGerente de Revisão Editorial

GUIA DE LEITURA

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TÍTULO

AUTORES

RESUMOPALAVRAS-CHAVE

ABSTRACT KEYWORDS

1.INTRODUÇÃO

2.DESENVOLVIMENTO

2.1 Subitens

3.CONCLUSÃO

4. REFERÊNCIAS

Iniciaremos agora um breve percurso pela estrutura de um artigo científico, um texto que costuma ser utilizado especificamente por cientistas, na divulgação de seus estudos. É importante lembrarmos que, mesmo apresentando os mesmos elementos textuais, artigos científicos nem sempre possuem a mesma formatação. Isso significa que você poderá encontrá-los em variados formatos, ou seja, diferentes apresentações dos mesmos elementos textuais. A seguir, percorreremos a estrutura proposta pelo Scientia Prima, para melhor compreendermos os textos do periódico.

É o primeiro contato que temos com o trabalho do qual trata o artigo. Ao tomarmos conhecimento do título, iniciamos a nossa compreensão do trabalho, ou seja, passamos a dar sentido ao texto. Por isso, é importante que o título seja de fácil entendimento e expresse com clareza o assunto do trabalho.

Em seguida, conhecemos as pessoas que escreveram o texto e, portanto, são autoras das ideias que virão a seguir. Isso nos permite buscar mais informações a respeito do assunto do artigo, bem como de outros trabalhos produzidos por elas, capazes de complementar nosso entendimento do tema – antes ou depois da leitura do texto.

Logo após, a leitura do Resumo e das Palavras-Chave explica e, sobretudo, sintetiza não só o assunto do texto, mas também o percurso do trabalho, o modo como ele se desenvolveu, da sua concepção a sua conclusão. A partir de agora, já contamos com uma visão geral do estudo.

As versões em Inglês do Resumo e das Palavras-Chave, que aparecem em seguida, oferecem a possibilidade de buscarmos informações acerca do assunto em outra língua e, assim, diversificarmos nossas fontes de pesquisa.

Para que possamos iniciar a leitura mais aprofundada do trabalho, vamos à introdução, um pedacinho do artigo que, como o próprio nome diz, introduz o assunto com maior riqueza de detalhes. Aqui, geralmente, é mencionada a motivação da pesquisa e a relevância do trabalho.

Passamos, então, para desenvolvimento do trabalho realizado pelos autores, momento em que encontramos, detalhadamente, os conceitos trabalhados, a metodologia adotada e todo o processo de pesquisa descrito. Para melhor organizar e expor o processo aos seus leitores, os autores costumam dividi-lo em subitens, cada um destinado a uma etapa ou tópico específico do estudo que realizaram.

Figuras

As figuras encontradas ao longo do artigo auxiliam nossa compreensão do texto ao ilustrarem os conceitos, métodos e processos mencionados pelos autores.

Tabelas

As tabelas, assim como as ilustrações, são inseridas ao longo do artigo com o objetivo de sistematizar dados, resultados e informações importantes para a nossa compreensão do trabalho. As tabelas, assim como as ilustrações, são inseridas ao longo do artigo com o objetivo de sistematizar dados, resultados e informações importantes para a nossa compreensão do trabalho.

A chegada à conclusão nos aproxima do encerramento do artigo. Aqui, obtemos informações sobre os resultados e considerações finais dos autores acerca de todo o percurso de estudo percorrido.

O artigo se encerra com as referências adotadas pelos autores, ou seja, com a listagem de todos os trabalhos consultados, que compuseram a fundamentação científica do artigo que lemos. Muitas vezes, nós, leitores, recorremos às referências para localizarmos um trabalho que foi mencionado no artigo e que gostaríamos de ler futuramente.

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ARTIGO CIENTÍFICOVOL. 03, N° 03 - DEZEMBRO, 2015

LUVA GUIA PARA DEFICIENTES VISUAIS

Camila Lopes Schirmer, Bruna Amélia de Oliveira Coelho, Stephanie Vertelo Porto, Leonardo Vasconcelos Alves e Renato ZanettiCentro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, Av. Amazonas n° 5253, Belo Horizonte -MG, Brasil.

Resumo: A população brasileira apresenta 23,9% de indivíduos com algum tipo de deficiência, segundo o IBGE. Entre eles a estimativa é de que 18,8% sejam deficientes visuais. É comum vê-los andando por ruas cheias de obs-táculos com certa dificuldade, apenas com o apoio de um Bastão de Hoover. Visando melhorar a qualidade de vida dos mesmos propõe-se um dispositivo para aumentar a segurança durante deslocamento a um preço acessível. Trata-se de uma luva, que, dotada de sensores de ultrassom e de um motor vibracall, será capaz de transduzir a distância em que o deficiente se encontra de um obstáculo em estímulos vibratórios. Um microcontrolador PIC18F2550 foi empregado no dispositivo controlando-o, para realizar o calculo da distância com um sensor HC--SR04 e acionar o motor vibracall posicionado no dorso da mão com potência variada por meio de modulação por largura de pulso (PWM). Desenvolveu-se o firmware na ferramenta CCS C Compiler e emulações fodo mesmo fo-ram realizadas no software Proteus ISIS. Obteve-se um protótipo funcional, com exatidão de medição de distância inferior a 1 cm e capaz de gerar intensidades diferentes de estímulo para quatro faixas de distância (2-25, 25-50, 50-75, 75-100 cm). Assim, o protótipo atende a requisitos de precisão de medição e operação, quando comparado a outros dispositivos com mesmo intuito propostos na literatura.

Palavras-chaves: Deficiente visual; Acessibilidade; Luva Guia Microcontrolada.

Abstract: The Brazilian population has 23,9% of people with some kind of disability and 18,8% of that is estimated being visually impaired (VI). With streets full of obstacles, Brazilian VI people are usually seen walking with difficult just helped with a hoover cane. Aiming at improving life quality of those people it is proposed a glove as a supporter for a safe walking. Endowed with a ultrasonic sensor and a vibracall motor it can transduce distance in vibration, indicating presence of an obstacle. A microcontroller PIC18F2550 is used to control the device, calculating distance by the reading of a HC-SR04 sensor and driving vibracall motor by pulse with modulation (PWM). A functional proto-type were obtained, with distance measure resolution less than 1 cm and capable of generating different vibrating stimulus for four distance ranges (2-25, 25-50, 50-75, 75-100 cm). Therefore, the prototype meets requirements of distance measure resolution and operation when compared to other devices at literature.

Keywords: Visually impaired; Accessibility; Guidance Glove Microcontrolled.

http://dx.doi.org/10.18010/sp.v3i3.1

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1 INTRODUÇÃOSegundo o World Health Survey, aproximadamente

765 milhões de pessoas com 15 anos ou mais (cerca de 15% da população mundial) vivem com algum tipo de deficiência – citado pela Organização Mundial de Saúde (OMS) [1]. Na população brasileira, por sua vez, 23,9% dos indivíduos declararam ter alguma dentre as deficiências indicadas no Censo Demográfico de 2010 do IBGE, e des-sas 18,8% apontaram ter alguma deficiência visual [2].

Sabe-se que a visão é o um dos canais que permite ao individuo relacionar-se com o mundo exterior. Por meio dela pode-se, por exemplo, identificar objetos e a que distância estes encontram. É possível distinguir também cores, formas e tamanhos, além de ser uma ferramenta de comunicação não verbal. A perda desse sentido pode ter como consequência a dificuldade de locomoção e a discriminação social [3].

O avanço da tecnologia nas últimas décadas permitiu a criação de diversos dispositivos e ferramentas com in-tuito de facilitar o dia a dia do ser humano. No âmbito da utilização da tecnologia em prol de pessoas portadoras de deficiências, pode-se empregar o termo Tecnologia Assis-tiva (TA). De acordo com Bersch (2013, p. 2):

Tecnologia Assistiva é um termo ainda novo, uti-lizado para identificar todo o arsenal de recursos e serviços que contribuem para proporcionar ou ampliar habilidades funcionais de pessoas com deficiência e consequentemente promover vida independente e inclusão.

Pode-se então chamar de TA as ferramentas, disposi-tivos, softwares, equipamentos, dentre outros, que auxi-liam deficientes a executarem tarefas simples do dia a dia, tais como se locomover, comunicar (por meios escritos ou verbais) e utilizar computadores [4-5]. Em suma, as TAs permitem uma vida mais independente e inclusão social aos deficientes [6].

Existem algumas TAs voltadas a atender deficientes vi-suais. Por exemplo, pode-se citar programas de síntese de voz (tanto em computadores, quanto em Smartpho-nes), navegadores textuais, navegadores com voz, am-pliadores de tela, audiodescrição, reglete, relógio sonoro e impressora braile [5]. Quando se trata de TAs voltadas à locomoção, alguns avanços podem ser citados desde a invenção do bastão de Hoover [7] e da utilização de cães guias, principalmente no que se trata de sistemas de navegação indoor/outdoor [8-9-10]. Tal qual descrito em [9], sistemas avançados para deslocamento indoor já foram propostos. Esses utilizam processamento de ima-gem para identificar objetos no ambiente a ser percorrido e redes wifi para determinação da exata localização do usuário. Porém, devido à complexidade de infraestrutu-ra demandada e à própria tecnologia empregada, esses sistemas não são acessíveis à maioria da população defi-

Luva guia para deficientes visuais

ciente visual.Uma solução relativamente simples se comparada a

anterior e que pode ser de grande utilidade no quesito deslocamento ou na identificação de objetos é o projeto Sonar para Cegos [11]. O dispositivo proposto tem como objetivo permitir ao usuário perceber a existência de obs-táculos ao seu deslocamento. Para isso, utiliza um micro-controlador Arduino Uno, sensores ultrassônicos e dois servomotores, transduzindo a distância entre o usuário e algum objeto em movimentação dos motores. Dessa forma, o usuário poderia ter uma “sensação de distância”.

Desta forma, para criar um projeto de correspondente ao Sonar para Cegos, foi proposto o projeto Luva Guia, que será composta basicamente por um sensor de ultras-som, um microcontrolador da família PIC18 do fabricante Microchip e um motor vibracall, sendo alimentado por ba-teria. A luva deverá ser capaz de determinar a existência de um obstáculo à sua frente bem como a qual distância o objeto se encontra do dispositivo, transduzindo essa dis-tância em estímulos vibratórios de níveis de intensidades pré-determinadas.

2 MATERIAIS E MÉTODOSA Luva Guia baseia-se em três principais componentes,

como é possível visualizar no diagrama de blocos mostra-do na Figura 1.

Figura 1: Diagrama de blocos simplificado

2.1 Sensor de ultrassomO sensor de ultrassom HC-SR04 (Figura 2) foi usado por

ser encontrado facilmente no mercado, ser barato, ter precisão suficiente para a aplicação e já ter sido desenvol-vido para ter uma interface simples com o um dispositivo de maior inteligência a ele conectado, existindo dois pinos de interface com o microcontrolador: echo e trigger [12].

O sensor de ultrassom ao receber um pulso no pino de trigger de pelo menos 10 µs de largura, emite pulsos ultrassônicos. Nesse instante, o nível lógico no do pino de echo muda de nível baixo para alto (lógica TTL - Transis-tor-Transistor Logic). O pino de echo permanece em nível alto enquanto não há retorno do sinal de ultrassom emi-tido. A Figura 3 representa o funcionamento do sensor, segundo seu datasheet [12].

Figura 2: Sensor de ultrassom [12]

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Caso não haja reflexão desse ultrassom, o pino de echo retornará a nível lógico baixo após um período de tempo determinado.

2.2 MicrocontroladorO microcontrolador (Figura 4) utilizado inicialmente foi

o PIC18F4550. Esse possui a vantagem de ter encapsula-mento PDIP (Plastic Dual In line Package), podendo ser montado em Protoboard [13].

2.5 FirmwaresOs firmwares são programas específicos para sistemas

embarcados, microcontrolados. O firmware da Luva Guia foi desenvolvido na ferramenta CCS C Compiler (CCS, Inc) e emulados no software Proteus ISIS Professional da Lab Center Eletronics antes de se projetar uma placa de circui-to integrado.

Basicamente, utilizou-se os dois módulo de Captura, Comparação e PWM (Pulse Width Modulation) do PIC18 para executar as duas principais tarefas da aplicação: a) medir a distância até um objeto por meio do sensor de ultrasson; b) ativar o motor vibracall com diferentes níveis de intensidade vibratória.

Para se medir o tempo em nível alto do sinal de echo, configurou-se um segundo periférico Capture, Compare and PWM em modo Capture, funcionando por interrup-ção gerada por borda. Assim, o firmware foi dividido em dois fluxogramas para facilitar o entendimento. A Figura 5 apresenta o fluxograma para o programa principal e a Figura 6 o fluxograma para a rotina de tratamento de in-terrupção do Capture.

Há um botão (chave com trava) que irá habilitar ou de-sabilitar o funcionamento do circuito. Após este botão ser pressionado o PIC18 envia um pulso de 5 volts durante 10µs para o pino trigger do sensor.

No firmware principal configura-se o módulo CCP2 no modo Capture para detectar borda de subida. O pino echo do sensor está conectado no circuito ao CCP2, e quando este detecta que o houve o início de um pulso, ou seja, borda de subida, uma interrupção (Figura 6) no firmware é iniciada. Na interrupção o modo Capture é re-configurado para detectar agora uma borda de descida. Além disso, é armazenado o valor do contador do módu-lo de timer associado ao CCP do PIC18, criando-se assim uma referência temporal de tal evento.

Se uma borda de descida for detectada faz-se nova-mente uma leitura do contador e então é feita a subtração entre os valores lidos nos dois instantes. Como o timer do PIC18 é configurado para realizar uma contagem a cada 1/3 de microssegundo, o resultado dessa subtração gera o tempo em que o echo ficou em nível alto.


Figura 3: Diagrama de funcionamento do HC-SR04 [12]

Figura 4: Imagem do PIC18F4550 [13]

A função do PIC é coordenar o funcionamento do sis-tema: basicamente gerar um sinal de trigger a cada 1 s, determinar quanto tempo o pino de echo esteve em nível lógico alto e acionar continuamente o motor vibracall em acordo com a distância medida. Uma chave ON/OFF foi a solução utilizada para se determinar quando o sistema está operando, dessa forma, as medições de distância po-dem ser desligadas pelo usuário a qualquer momento.

A distância entre um objeto e o sensor é calculada de acordo com a Equação 1, disponível no datasheet do sen-sor [12], em que “d” é a distância medida em centímetros, tHI é o tempo, em microssegundos, em que o sinal de echo permaneceu em nível lógico alto e “58” uma cons-tante determinada considerando-se a velocidade do ul-trassom no ar de 340 m/s.

d = tHI / 58

2.4 VibracallO vibracall é responsável pela vibração que será senti-

da pelo deficiente visual. Este motor elétrico foi escolhido devido a seu pequeno tamanho.

O vibracall é acionado pelo PIC18 por meio do perifé-rico Capture, Compare and PWM no modo PWM (Pulse Width Modulation). A modulação PWM permite variar a potência média entregue ao motor, fazendo-o ter diferen-tes intensidades de vibração.

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Com o resultado é possível se saber a distância entre o objeto e o sensor, de acordo com a Equação 1. Este valor é armazenado em outra variável e finaliza-se a interrupção.

alto (5 volts). Com diferentes duty cycles a porcentagem do tempo

em que haverá tensão no vibracall será diferente e isso influenciará em sua potência, fazendo-o vibrar mais ou menos. Por exemplo, entre 2 cm e 25 cm o duty cycle do PWM é de 800, o que significa que o vibracall ficará 80% do tempo de contagem recebendo 5 volts.

2.5 Testes realizadosO desenvolvimento foi dividido em etapas, de modo a

poder-se testar cada parte que compõe o dispositivo se-paradamente.

Utilizando-se o ISIS, tanto os firmwares parciais quanto a versão final puderam ser emulados para verificação de funcionamento. Na Figura 7, por exemplo, é possível ob-servar-se a montagem de componentes para a simulação no ISIS, que é similar à montagem real feita em protobo-ard. Para o teste, o sensor foi trocado por um gerador de pulso por não existir no ISIS.


Figura 5: Fluxograma do programa principal

Figura 6: Fluxograma da Interrupção de Capture

A variável que armazena o valor da distância é usada para se determinar as faixas de intensidade do vibracall. Cada faixa apresenta um duty cycle (relação entre tem-po em nível alto e período total em uma onda retangular) diferente. No módulo CCP1 é configurado o PWM, que é associado a um contador, o Timer2 do PIC18. O duty cycle do PWM indica a percentagem de tempo em que pulso liberado pelo pino relativo ao CCP1 permanecerá em nível

Figura 7: Circuito montado no ISIS

Para a comprovação prática, foram feitos inúmeros testes em protoboard com o sensor e o PIC18. Observou--se, por exemplo, a geração do sinal de trigger e a existên-cia do sinal de echo. Posteriormente foi possível se medir o tempo em que o echo permanecia em nível alto e se determinar a distância correta entre um objeto e o sensor de ultrassom por meio de um osciloscópio digital. Um dis-play LCD (Liquid Crystal Display) 16x2 caracteres foi adicio-nado a essa etapa de teste como dispositivo de interface no qual seria exibido o valor da distância calculado pelo microcontrolador. Com o avanço das matérias ministra-das foi possível utilizar-se o periférico Capture, Compare and PWM, que foram usados para se determinar a largu-ra do pulso echo e para se variar as faixas de intensidade do vibracall.

O osciloscópio foi usado para observar os valores obti-dos nestes testes, devido ao fato do tempo dos pulsos ser muito pequeno, e de medições de corrente e tensão, por exemplo, serem mais precisos quando observados neste equipamento. A Figura 8 apresenta uma imagem de um sinal PWM gerado, com aproximadamente 75% de duty

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cycle (relação entre o tempo em nível alto e o tempo em nível baixo do sinal).

Figura 8: Observação do modo PWM no osciloscópio

2.6 Disposição finalPara que houvesse uma adequação dos componentes

na luva um segundo protótipo foi produzido com o objeti-vo de se reduzir espaço ocupado. Foi feita a aquisição do PIC18F2550, que tem as mesmas propriedades do PIC18 usado anteriormente, com a diferença de possuir um me-nor número de pinos (o PIC18F4550 possuía 40 pinos e este, 28).

A confecção de uma nova placa foi feita, podendo ser observada na Figura 9. Todos os testes foram realizados novamente, para assegurar o funcionamento correto do firmware e do circuito.

Figura 9: Nova placa, utilizando o PIC18F2550

3 RESULTADOS E DISCUSSÃOA efetuação de testes possibilitou que vários erros fos-

sem detectados. O simulador ISIS permitiu a validação das configurações do microcontrolador e a detecção de erros no algoritmo desenvolvido.

Nos testes em protoboard detectaram-se problemas como erros de temporização do sistema, valores inespe-rados de distância medida, não detecção de pulsos do echo (que geralmente estavam associados a montagens incorretas e mau contato entre fios e componentes) e novamente problemas no firmware. Os erros foram cor-rigidos, possibilitando medições corretas, como se pode observar na Figura 10 em que há um objeto situado a 3 cm do sensor, e que este valor de distância é mostrado corretamente no display.

A montagem do segundo protótipo, já na luva, possibili-tou que testes mais reais fossem feitos e o comportamen-to do dispositivo fosse avaliado durante sua operação. Definiram-se alguns parâmetros de operação do sistema: as leituras acontecerão a cada 1 segundo; o valor máximo da distância útil (capaz de gerar variação na intensidade de vibração) será de 1 metro; haverá quatro faixas de dis-tância (cm) nas quais o vibracall apresentará diferentes intensidades de vibração (2-25, 25-50, 50-75, 75-100).

A escolha da luva a ser utilizada baseou-se na análise do custo, material e viabilidade. Usou-se uma luva do ma-terial neoprene, que é leve, resistente e flexível. Foram usadas fitas de velcro para se colar a placa na luva. Deste modo, esta pode ser removida, assim como a bateria de 9 volts que alimenta o dispositivo (utilizou-se a recarregá-vel, para proporcionar menor custo ao usuário, que, caso contrário, teria que substituí-la todas as vezes que descar-regasse). O modelo final pode ser visto na Figura 11.

O custo total do protótipo até o momento é de apro-ximadamente R$100,00 (Tabela 1), um valor considerado satisfatório.

Tabela 1: Descrição dos itens utilizados e seus respectivos custos

Descrição Valor (R$)

Componentes 63,85

Luvas 5,90

Bateria 20,00

Outros 10,20

Total 99,95

Figura 10: Teste prático utilizando-se o display LCD

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4 CONCLUSÃOO protótipo é capaz de realizar o que foi proposto, a

medição da distância e o acionamento do vibracall em diferentes intensidades. Construiu-se um protótipo que poderá ser utilizado para avaliação de operação do dispo-sitivo em ambientes variados (dentro de casa, em espaços abertos, na rua, etc.), que atende também ao requisito de preço.

Apesar de ser possível realizar tanto a medição quanto o acionamento do vibracall por PWM, o firmware desen-volvido ainda não trabalha com exceções de operação. Por exemplo, caso o sensor deixe de funcionar, o micro-controlador travará na etapa de medição do tempo em nível alto do sinal de echo.

Dessa maneira, são necessárias melhorias e previsões/contornos de exceções no firmware. Além disso, preten-de-se utilizar os modos de operação em baixo consumo do microcontrolador para reduzir o consumo de energia por parte do dispositivo.

Outras melhorias são estudadas, como a utilização de um acelerômetro. Com isso a Luva Guia só seria acionada quando a luva estivesse posicionada em uma determina-da direção, evitando o gasto de energia quando a mão estiver posicionada para baixo, por exemplo.

REFERÊNCIAS [1] SEDPD-SP/ OMS. Relatório Mundial Sobre a Deficiência. 2011. Disponível em: < http://goo.gl/WnSfYh>. Acesso em 16 de Out. de 2014.

[2] IBGE. Censo demográfico de 2010: características gerais da população, religião e pessoas com deficiências. 2010. Dis-ponível em: <http://goo.gl/P5Xp8F>. Acesso em 12 de Dez. de 2015.

[3] MEC Secretaria de Educação Especial. Subsecretaria Nacio-nal de Promoção dos Direitos da Pessoa com Deficiência. Comi-tê de Ajudas Técnicas. Tecnologia Assistiva. Brasília: CORDE,


Figura 11: Protótipo final da Luva Guia

138 p, 2009.

[4] BERSCH, R. Introdução à tecnologia assistiva. Porto Ale-gre, 2013. Disponível em: <http://goo.gl/1Qm1kJ>. Acesso em 16 Out. 2014.

[5] NUNES, E. V.; DANDOLINI, G.A.; SOUZA, J.A. As tecnologias assistivas e a pessoa cega. DataGramaZero – Revista de Infor-mação – v.15 n.1 fev/2014.

[6] CEZARIO, K. G.; PAGLIUCA, L.M.F.; Tecnologia Assistiva em Saúde para Cegos: Enfoque na Prevenção de Drogas. 2007.

[7] HOFFMANN, S. B. História do Uso e das Técnicas de Ma-nejo da Bengala. 2009. Disponível em < http://goo.gl/45nLSG>. Acesso em 16 out. 2014.

[8] LOOMIS, J. M.; GOLLEDGE, R.G.; KLATZKY, R.L.; Navigation System for the Blind: Auditory Display Modes and Guidance. Presence, Vol. 7, No. 2, April 1998.

[9] HUB, A.; DIEPSTRATEN, J.; ERTL, T. Design of an Object Identification and Orientation Assistant for the Deaf blind. 2005.

[10] RAN, L.; HELAL, S.; MOORE, S.. Drishti: An Integrated Indo-or/Outdoor Blind Navigation System and Service. Computer & Information Science & Engineering Department University of Florida, Gainesville, FL 32611, USA, 2004.

[11] HOEFER, S. Meet The Tacit Project. It’s Sonar For The Blind. Grathio Labs. Disponível em < http://goo.gl/nsnen>. Aces-so em 24 jul. 2014.

[12] ElecFreaks. HCSR04 User Guide. Disponível em: <http://goo.gl/QpdJr5>. Acesso em: 18 fev. 2015.

[13] Microchip, Inc. Datasheet PIC18F4550. DS39632D, 2007. Disponível em: <http://goo.gl/KgZhS5>. Acesso em: 18 fev. 2015.

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ARTIGO CIENTÍFICOVOL. 03, N° 03 - DEZEMBRO, 2015

ESTUDO DA ANODIZAÇÃO DA LIGA DE ALUMÍNIO 6063 UTILIZANDO A BACTÉRIA BACILLUS CEREUS

Josué Hoffmeister de Azevedo, Matheus Luís da Cruz, Wagner Scheeren Brum, William Lopes e Carla Ke-reski RuschelFundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha. Rua Inconfidentes nº 395.Novo Hamburgo - RS, Brasil.

Resumo: A anodização do alumínio é um processo realizado com o propósito de tornar o material mais resistente à abrasão e à corrosão, através da formação de uma camada de óxido de alumínio sobre o metal. Esse processo gera uma grande quantidade de resíduo na forma de lodo, composto principalmente por água, hidróxido de alu-mínio e ácido sulfúrico degradado, que deve ser tratado e depositado em aterros industriais controlados, o que torna o descarte dispendioso e poluente. O objetivo do projeto é diminuir a quantidade de resíduo de anodização utilizando um método alternativo de anodização da liga de alumínio 6063, através da utilização da bactéria Bacillus cereus, uma vez que foi relatada como agente estimulante da corrosão de ligas de alumínio 2024. O ensaio foi realizado aplicando corrente elétrica de 5 mA em microplacas que continham meio nutritivo, B. cereus, ânodo e cátodo em diferentes tempos. Após o término dos ensaios com a aplicação de corrente, os corpos de prova foram analisados em microscópio óptico com magnificação de 100x e com microscópio eletrônico de varredura. A análise com microscópio óptico apresentou alteração no aspecto das peças similar à alteração promovida pelo método padrão de anodização. As peças analisadas com microscópio eletrônico de varredura apresentaram a formação de uma camada de óxido de alumínio similar à camada formada em decorrência do método de anodização padrão documentado na literatura, indicando o potencial de desenvolvimento de um processo biotecnológico alternativo de anodização de ligas de alumínio, a partir do método proposto neste trabalho.

Palavras-chaves: Alumínio; Anodização; Liga 6063; Bacillus cereus.

Abstract: Aluminum anodization is a process used to make this material more resistant to corrosion and abrasion, forming an uniform oxide layer on the metal surface. This process generates a large amount of waste in the form of sludge, composed mainly by water, aluminium oxide and degraded sulphuric acid, that must be treated and deposited in controlled landfills, which turns its disposal expensive. This study aims to decrease the amount of anodization sludge applying an alternative method of anodizing aluminum alloy 6063 by using Bacillus cereus bac-teria, since it was reported as an aluminium alloy 2024 enhancing agent. The experiment was conducted applying 5 mA electrical current to microtiter plates contining nutrient medium, B. cereus, anode and cathode in different time periods. After the experiment, the specimens were analysed with an optical microscope with a 100x magnification and with scanning electron microscope. The optical microscope analysis pointed surface changes to the specimen similar to those promoted by the conventional anodizing method. The scanning electron microscope analysis re-vealed the formation of an aluminium oxide layer similar to the one observed on surfaces anodized with the con-ventional method as referred in the literature, confirming the potential development of an alternative anodizing biotechnological process based on the technique proposed in this work.

Keywords: Aluminium; Anodization; Alloy 6063; Bacillus cereus.

http://dx.doi.org/10.18010/sp.v3i3.2

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1 INTRODUÇÃOA anodização do alumínio é um processo de formação

de camada de óxido na superfície do metal, que objetiva protegê-lo contra a abrasão e corrosão. O processo rea-lizado pelas empresas utiliza ácido sulfúrico e hidróxido de sódio, além de uma quantidade significativa de água, para que, através de uma reação de eletrólise, uma cama-da de óxido de alumínio uniforme seja depositada sobre o metal [5]. No entanto, esse método resulta na geração de uma grande quantidade de lodo de anodização, que é constituído por óxidos metálicos e tem alto potencial po-luidor.

O lodo é composto principalmente por água, hidróxido de alumínio e alumínio dissolvido, além de outras substân-cias como sódio, sulfato, sílica, níquel e cálcio, decorrentes de impurezas e outras etapas do processo. Quando esse é descartado de forma inapropriada, se torna um grande problema ambiental, visto que os íons metálicos em alta concentração representam uma ameaça não só ao ecos-sistema aquático e ao solo, como também, se consumi-dos de forma indireta, aos seres humanos. O tratamento ideal deste resíduo é constituído pela neutralização do pH do lodo, seguida pela floculação, sedimentação, que gera o efluente líquido tratado, e, por fim, da filtração, que gera o lodo concentrado. A execução destas etapas de-manda a implementação de uma estação de tratamento de efluente nas empresas de anodização, para minimizar o impacto ambiental [3].

Para atingir as metas de um desenvolvimento susten-tável, é indispensável o manejo racional dos recursos naturais, utilizando diferentes tecnologias. Entre essas tecnologias está a biotecnologia, que vem sendo um dos melhores mecanismos para o tratamento de resíduos (biorremediação), produção de alimentos, geração de energia e prevenção de poluição ambiental [9].

Atualmente verifica-se uma quantidade muito grande de pesquisas relacionadas à inibição biocorrosão associa-das a biofilmes – colônia de células aderidas a uma su-perfície, geralmente metálica, e revestidas por uma matriz exopolissacarídica (em maturação) [8]. Além disso, a espé-cie de bactéria Bacillus cereus foi documentada como um fator do processo oxidativo do alumínio em ligas 2024 em tanques de aviões [7].

Dado o exposto, neste projeto busca-se não a inibição da oxidação metálica influenciada por microrganismos, mas o estudo da utilização desse mecanismo como um método alternativo de anodização do alumínio em ligas 6063 utilizando a bactéria Bacillus cereus a fim de promo-ver uma redução da produção de lodo de anodização.

2 MATERIAIS E MÉTODOSA metodologia da pesquisa foi executada nas depen-

dências da Fundação Escola Técnica Liberato Salzano Vieira da Cunha, com exceção da análise de microscopia eletrônica de varredura (MEV), que foi realizada na Univer-sidade Federal do Rio Grande do Sul. As peças de liga de alumínio 6063 foram adquiridas junto à AlCOA - Tubarão/SC.

2.1 Cultivo do microrganismoA bactéria Bacillus cereus foi adquirida em forma de endós-poros, contidos no medicamento Biovicerin. A suspensão foi cultivada em placas de Petri contendo meio triptona de soja (TSB) e realizou-se um teste de coloração de Gram para confirmar o isolamento do microrganismo.

2.2 Preparo dos corpos de provaAntes dos ensaios de anodização realizou-se um pré-

-tratamento dos corpos de prova através das etapas de decapagem com lixa, desengraxe com acetona e fosquea-mento com NaOH 10% p/v.

2.3 Ensaio padrão de anodizaçãoPrimeiramente, foi realizado um ensaio padrão de ano-

dização, utilizando as mesmas condições verificadas na indústria - eletrólito de H2SO4 3,5 mol.L-1 e densidade de corrente de 1,6 A.dm-2 -, para obter-se um parâmetro das modificações superficiais das peças de alumínio após a anodização.

2.4 Preparo do microrganismo A preparação dos microrganismos para os ensaios

de anodização microbiológica consistiu em preparação de um inóculo overnight em caldo TSB a partir de uma colônia pura. O inóculo foi diluído com água estéril até a densidade óptica (OD) da diluição a 625 nm estar na faixa de 0,08 e 0,10, mesma faixa do padrão McFarland 0,5, que indica concentração de células de 1,5.108 UFC/mL [1]. Este processo foi realizado individualmente para o preparo de cada ensaio de anodização.

2.5 Ensaio microbiológico sem corrente elétricaFoi realizado um ensaio utilizando uma concentração

celular de 106 UFC.mL-1 de B. cereus em dois meios nutriti-vos diferentes, contendo glicose para estimular a produ-ção da enzima desidrogenase - fator contribuinte para a anodização, pois polariza o ânodo, por catalizar a reação de evolução do hidrogênio [6] -, e um corpo de prova de alumínio, sob agitação de 120 rpm, em períodos de 4, 6, 9 e 13 dias, com o propósito de verificar a ação bacteriana sobre o metal.

2.6 Ensaio microbiológico com corrente elétricaEm microplacas estéreis de 12 poços, foram distribui-

Estudo da anodização da liga de alumínio 6063 utilizando a bactéria Bacillus cereus

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Após a finalização deste ensaio foi realizada a verifica-ção da viabilidade celular dos microrganismos nas sus-pensões em que se aplicou corrente elétrica.

2.7 Análise dos corpos de provaApós a realização dos ensaios, os corpos de prova fo-

ram submetidos a uma temperatura de 100 °C durante 15 min, processo denomidado selagem, pelo qual ocorre o fechamento dos poros da estrutura hexagonal de óxido de alumínio superficial.

Em seguida, os corpos de prova foram analisados em microscópio óptico e de varredura eletrônica (MEV), pelo qual pôde-se observar as modificações superficiais dos metais após a anodização.

2.8 Ensaio de formação e quantificação de biofilmeCom o objetivo de verificar se a linhagem de B. cereus

utilizada é formadora de biofilme, realizou-se um ensaio utilizando uma suspensão de B. cereus de 0,15 OD (600 nm), distribuidos numa microplaca e cultivados overnight, assim como o caldo estéril para controle negativo. Após isso, a placa foi incubada a 35ºC por 24h. Então se realizou a lavagem salina dos poços e a coloração com cristal-vio-leta. Em seguida removeu-se o sobrenadante e os poços foram lavados novamente. Após isso adicionou-se uma solução de dimetilsulfóxido, solubilizando o cristal-violeta retido no biofilme. Finalmente, o conteúdo dos poços foi analisado em espectrofotômetro em 570 nm.

Para a classificação da intensidade de formação de biofilme da linhagem de B. cereus utilizada neste trabalho, utilizou-se o critério de Stepanovic [10], no qual a ODBC foi calculada a partir da média das absorvâncias de três po-ços, e este valor foi comparado à ODCN, obtida através da

3.2 Ensaio microbiológico sem corrente elétricaOs corpos de prova tiveram sua massa medida antes e

após a finalização de cada período de ensaio. A variação, em percentual, é indicada na tabela 1, que possui os nú-meros 1 e 2 sendo os ensaios com o meio TSB e 3 e 4 com o meio B, sendo 1 e 3 os controles negativos do ensaio.

Tabela 1: Variação mássica após 4, 6, 9 e 13 dias

Amostra m após 4 dias

(%)

m após 6 dias

(%)

m após 9 dias

(%)

m após 13 dias

(%)1A 0.29 -0.22 -0.11 -0.06

1B 0.23 0.16 0.06 0.27

2A 0.056 0.11 0.27 0.06

2B 0.11 0 0.11 0.23

3A -0.45 -0.16 0.17 0

3B -0.16 0 -0.11 0.16

4A 0.33 0.43 0.34 -0.11

4B 0.11 0.11 0 0.06

A variação de massa observada nos diferentes tem-pos de ensaios foi de magnitude muito pequena e hete-rogênea quanto ao sinal. Os corpos de prova dos tubos que continham microrganismo (tubos 2 e 4) não tiveram

Figura 1: Esquema de anodização em microplaca


dos, individualmente, o meio nutriente, concentração ce-lular de 3,5.106 UFC.mL-1 de B. cereus e os corpos de prova, conectados num circuito elétrico sob corrente de 5 mA. A presença de eletricidade foi utilizada para favorecer a atração dos microrganismos ao corpo de prova (polo po-sitivo), uma vez que bactérias Gram positivas possuem caráter majoritariamente negativo, devido à presença de ácido teicóico na parede celular [11]. Neste ensaio variou--se os tempos de aplicação de corrente em 30 min, 1 e 2 h, conforme indica a figura 1.

absorvância média dos três poços contendo o meio esté-ril (controle negativo).

3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Isolamento do microrganismo

A análise de coloração de Gram de uma colônia isolada obtida a partir da inoculação de uma suspensão de en-dósporos do medicamento Biovicerin indicou células iso-ladas, Gram positivas e em forma de bacilo, carctéristicas da espécie Bacillus cereus.

Figura 2: Coloração de Gram

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uma variação de massa de magnitude significante, o que indica, uma vez que foi confirmado por Rajasekar [7] a capacidade da bactéria Bacillus cereus oxidar superfícies de alumínio, que o microrganismo não teve ação corro-siva destrutiva sobre a peça nos períodos de 4, 6, 9 e 13 dias. Tendo em vista que a alteração visada no processo de anodização é superficial, uma perda de massa elevada poderia estar associada à degradação da peça.

3.3 Ensaio microbiológico com corrente elétricaOs corpos de prova foram analisados antes e depois

(Figura 4) dos ensaios microbiológicos com aplicação de corrente elétrica em microscópio óptico com magnifica-ção de 100x. As imagens foram obtidas a partir de análi-ses do corpo de prova considerado com melhor aspecto visual, este que passou pelo ensaio microbiológico com B. cereus com corrente elétrica por 1 h em meio TSB.

Figura 3: Micrografia de antes e após o ensaio microbiológico

Analisando a micrografia do corpo de prova antes e depois do ensaio microbiológico, pode-se observar que a peça escureceu e que houve uma diminuição no padrão de ranhuras observadas na superfície, possivelmente jus-tificada pela formação de óxido de alumínio.

Comparando as micrografias obtidas através do méto-do padrão às obtidas com o método microbiológico, ob-serva-se, conforme demonstra a figura 4, que houve uma diminuição nas ranhuras e que a superfície também escu-receu, de modo que a alteração observada na superfície anodizada com o método padrão é similar à alteração ob-servada após o ensaio microbiológico com aplicação de corrente elétrica (Figura 3), sugerindo a possibilidade do revestimento com óxido de alumínio.

Figura 4: Micrografia antes e após a anodização

Figura 5: MEV

Na análise de microscopia eletrônica de varredura ob-servou-se uma estrutura aderida à superfície metálica (Figura 5). A formação de óxido de alumínio sobre super-fícies anodizadas em estruturas como a observada na fi-gura 5 foi documentada na literatura por Banu [2], como evidenciado na figura 6.

Figura 6: MEV de alumínio anodizado convencionalmente (es-querda) e alumínio anodizado microbiologicamente (direita)

Quanto à verificação da viabilidade celular, foi observa-do que as células permanceream viáveis, indicando uma possibilidade da reutilização dos microrganismos no pre-paro e execução de novos ensaios em etapas cíclicas.

3.4 Ensaio de formação e quantificação do biofilmeOs valores obtidos para ODBC foi de 0,527 e para ODCN

foi de 0,039. Verificou-se que, de acordo com o critério de Stepanovic et al [10], a linhagem de Bacillus cereus utili-zada neste trabalho é altamente formadora de biofilme, classificação estabelecida pela relação 4.ODCN<ODBC. Esta análise permite um melhor entendimento da interação entre bactéria e superfície metálica. Já que se trata de uma bactéria formadora de biofilme, é possível que essa estrutura tenha se formado na superfície dos corpos de prova de alumínio, induzindo a oxidação do metal, uma vez que a produção da matriz exopolissacarídica foi do-cumentada como fator contribuinte para a polarização formada devido ao gradiente de oxigênio entre o meio interno e externo desse biopolímero [4].

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4 CONCLUSÃOA busca por tecnologias limpas e que minimizem o im-

pacto gerado pelas indústrias é uma tendência mundial e necessária para redução das contaminações ambientais e prevenção dos perigosos descartes residuais industriais recorrentes. Dessa maneira, investir nessa área nova e inexplorada pode significar o início de uma revolução no segmento de anodização metálica.

A partir dos resultados obtidos pôde concluir-se que a hipótese de formação de uma camada de óxido promo-vida pela aplicação de corrente elétrica juntamente com B. cereus é possível, uma vez que a formação de óxido de alumínio em estrutura como a observada na análise do corpo de prova submetido ao ensaio microbiológico está descrita na literatura. As análises em microscópio óptico e microscópio eletrônico de varredura indicaram a possibi-lidade de que a bactéria Bacillus cereus, sob aplicação de corrente elétrica de 5 mA em meio TSB durante 1h, foi ca-paz de promover a anodização em liga de alumínio 6063. Desta forma, diminui-se a quantidade de energia elétrica necessária para a anodização, assim como a quantidade do lodo de anodização gerado. Verificou-se também que este processo possui a vantagem de ser renovável, visto que as células dos microrganismos se mantiveram viáveis após a aplicação da corrente elétrica de 5 mA.

A análise da formação e quantificação de biofilme da linhagem de Bacillus cereus utilizada indica que essa bac-téria possui a capacidade de gerar uma matriz exopolis-sacarídica, que provavelmente influencia no processo oxidativo na superfície do alumínio no processo de ano-dização alternativo.

Considerando etapas posteriores, ainda se tornam ne-cessárias pesquisas posteriores que visem a ampliação das variáveis, a fim de aperfeiçoar o processo de anodiza-ção utilizando células bacterianas.

REFERÊNCIAS[1] ANVISA, Agência Nacional de Vigilância Sanitária. Controle Interno da Qualidade para Testes de Sensibilidade e Antimi-crobianos, 2006.

[2] BANU, M. S. Studies on corrosion behaviour of various surface treated aluminium. Periyar University, Tamil Nadu, In-dia, 2012.

[3] CARVALHO, M. Estudo de reaproveitamento dos resídu-os da indústria de anodização do alumínio para fabricação de isoladores elétricos de alta tensão. Universidade Federal de Pernambuco, Recife, PE, 2010.

[4] DUFOUR, D.; LEUNG, V., LÉVESQUE, C. Bacterial biofilm:

strucute, function, and antimicrobial resistance. Endodontic Topics, Nova Jérsei, NJ, 2012, v. 22, pág. 2-16.

[5] GENTIL, Vicente. Corrosão. 4ª edição. Rio de Janeiro: LTC, 2003. p. 239-240.

[6] LIENGEN, T.; BEECH, I.; BASSEGUY, R.; FERON, D. Unders-tanding Biocorrosion. 1ª edição. Cambridge: Woodhead Pu-blishing, 2014. 446 p.

[7] RAJASEKAR, A.; TING, Y. Inhibition of biocorrosion alumi-num 2024 aeronautical alloy by conductive ladder polymer poly(o-phenylenediamine). I&EC Research, v. 50, p. 2040-2046, 2011.

[8] SAUER, K. Pseudomonas aeruginosa displays multiple phenotypes during development as a biofilm. Journal of Bac-teriology, American Society for Microbiology, Washington DC, EUA, v. 184, p. 1140-1154, 2002.

[9] SCHENBERG, A. Biotecnologia e desenvolvimento sus-tentável. Revista Estudos Avançados, São Paulo, SP, v. 70, 2010.

[10] STEPANOVIC, S.; VUKOVIC, D.; HOLA, V.; DI BONAVENTURA, G.; DJUKIC, S.; CIRKOVIC, I.; RUZICKA, F. Quantification of bio-film in microtiter plates: an overview of testing conditions and practical recommendations for assessment of biofilm production by staphylococci. Acta Pathologica, Microbiolo-gica et Immunologica Scandinavica, Nova Jérsei, NJ, EUA, v. 387, pág. 399-408, 2007.

[11] SILHAVY, T.; KAHNE, D.; WALKER, S. The bacterial cell en-velope. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, Cold Spring Harbor, EUA, 2010

REALIZAÇÃO APOIO

scientia prima vol.3 n.3

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