Experimental design methodologies for the identification of Michaelis-Menten type kinetics

The main objective of this work was to investigate the application of experimental design techniques for the identification of Michaelis-Menten kinetic parameters. More specifically, this study attempts to elucidate the relative advantages/disadvantages of employing complex experimental design techniques in relation to equidistant sampling when applied to different reactor operation modes. All studies were supported by simulation data of a generic enzymatic process that obeys to the Michaelis-Menten kinetic equation. Different aspects were investigated, such as the influence of the reactor operation mode (batch, fed-batch with pulse wise feeding and fed-batch with continuous feeding) and the experimental design optimality criteria on the effectiveness of kinetic parameters identification. The following experimental design optimality criteria were investigated: 1) minimization of the sum of the diagonal of the Fisher information matrix (FIM) inverse (A-criterion), 2) maximization of the determinant of the FIM (D-criterion), 3) maximization of the smallest eigenvalue of the FIM (E-criterion) and 4) minimization of the quotient between the largest and the smallest eigenvalue (modified E-criterion). The comparison and assessment of the different methodologies was made on the basis of the Cramér-Rao lower bounds (CRLB) error in respect to the parameters vmax and Km of the Michaelis-Menten kinetic equation. In what concerns the reactor operation mode, it was concluded that fed-batch (pulses) is better than batch operation for parameter identification. When the former operation mode is adopted, the vmax CRLB error is lowered by 18.6 % while the Km CRLB error is lowered by 26.4 % when compared to the batch operation mode. Regarding the optimality criteria, the best method was the A-criterion, with an average vmax CRLB of 6.34 % and 5.27 %, for batch and fed-batch (pulses), respectively, while presenting a Km’s CRLB of 25.1 % and 18.1 %, for batch and fed-batch (pulses), respectively. As a general conclusion of the present study, it can be stated that experimental design is justified if the starting parameters CRLB errors are inferior to 19.5 % (vmax) and 45% (Km), for batch processes, and inferior to 42 % and to 50% for fed-batch (pulses) process. Otherwise equidistant sampling is a more rational decision. This conclusion clearly supports that, for fed-batch operation, the use of experimental design is likely to largely improve the identification of Michaelis-Menten kinetic parameters

Secure and efficient storage of multimedia: content in public cloud environments using joint compression and encryption

The Cloud Computing is a paradigm still with many unexplored areas ranging from the technological component to the de nition of new business models, but that is revolutionizing the way we design, implement and manage the entire infrastructure of information technology. The Infrastructure as a Service is the delivery of computing infrastructure, typically a virtual data center, along with a set of APIs that allow applications, in an automatic way, can control the resources they wish to use. The choice of the service provider and how it applies to their business model may lead to higher or lower cost in the operation and maintenance of applications near the suppliers. In this sense, this work proposed to carry out a literature review on the topic of Cloud Computing, secure storage and transmission of multimedia content, using lossless compression, in public cloud environments, and implement this system by building an application that manages data in public cloud environments (dropbox and meocloud). An application was built during this dissertation that meets the objectives set. This system provides the user a wide range of functions of data management in public cloud environments, for that the user only have to login to the system with his/her credentials, after performing the login, through the Oauth 1.0 protocol (authorization protocol) is generated an access token, this token is generated only with the consent of the user and allows the application to get access to data/user les without having to use credentials. With this token the framework can now operate and unlock the full potential of its functions. With this application is also available to the user functions of compression and encryption so that user can make the most of his/her cloud storage system securely. The compression function works using the compression algorithm LZMA being only necessary for the user to choose the les to be compressed. Relatively to encryption it will be used the encryption algorithm AES (Advanced Encryption Standard) that works with a 128 bit symmetric key de ned by user. We build the research into two distinct and complementary parts: The rst part consists of the theoretical foundation and the second part is the development of computer application where the data is managed, compressed, stored, transmitted in various environments of cloud computing. The theoretical framework is organized into two chapters, chapter 2 - Background on Cloud Storage and chapter 3 - Data compression. Sought through theoretical foundation demonstrate the relevance of the research, convey some of the pertinent theories and input whenever possible, research in the area. The second part of the work was devoted to the development of the application in cloud environment. We showed how we generated the application, presented the features, advantages, and safety standards for the data. Finally, we re ect on the results, according to the theoretical framework made in the rst part and platform development. We think that the work obtained is positive and that ts the goals we set ourselves to achieve. This research has some limitations, we believe that the time for completion was scarce and the implementation of the platform could bene t from the implementation of other features.In future research it would be appropriate to continue the project expanding the capabilities of the application, test the operation with other users and make comparative tests.A Computação em nuvem é um paradigma ainda com muitas áreas por explorar que vão desde a componente tecnológica à definição de novos modelos de negócio, mas que está a revolucionar a forma como projetamos, implementamos e gerimos toda a infraestrutura da tecnologia da informação. A Infraestrutura como Serviço representa a disponibilização da infraestrutura computacional, tipicamente um datacenter virtual, juntamente com um conjunto de APls que permitirá que aplicações, de forma automática, possam controlar os recursos que pretendem utilizar_ A escolha do fornecedor de serviços e a forma como este aplica o seu modelo de negócio poderão determinar um maior ou menor custo na operacionalização e manutenção das aplicações junto dos fornecedores. Neste sentido, esta dissertação propôs· se efetuar uma revisão bibliográfica sobre a temática da Computação em nuvem, a transmissão e o armazenamento seguro de conteúdos multimédia, utilizando a compressão sem perdas, em ambientes em nuvem públicos, e implementar um sistema deste tipo através da construção de uma aplicação que faz a gestão dos dados em ambientes de nuvem pública (dropbox e meocloud). Foi construída uma aplicação no decorrer desta dissertação que vai de encontro aos objectivos definidos. Este sistema fornece ao utilizador uma variada gama de funções de gestão de dados em ambientes de nuvem pública, para isso o utilizador tem apenas que realizar o login no sistema com as suas credenciais, após a realização de login, através do protocolo Oauth 1.0 (protocolo de autorização) é gerado um token de acesso, este token só é gerado com o consentimento do utilizador e permite que a aplicação tenha acesso aos dados / ficheiros do utilizador ~em que seja necessário utilizar as credenciais. Com este token a aplicação pode agora operar e disponibilizar todo o potencial das suas funções. Com esta aplicação é também disponibilizado ao utilizador funções de compressão e encriptação de modo a que possa usufruir ao máximo do seu sistema de armazenamento cloud com segurança. A função de compressão funciona utilizando o algoritmo de compressão LZMA sendo apenas necessário que o utilizador escolha os ficheiros a comprimir. Relativamente à cifragem utilizamos o algoritmo AES (Advanced Encryption Standard) que funciona com uma chave simétrica de 128bits definida pelo utilizador. Alicerçámos a investigação em duas partes distintas e complementares: a primeira parte é composta pela fundamentação teórica e a segunda parte consiste no desenvolvimento da aplicação informática em que os dados são geridos, comprimidos, armazenados, transmitidos em vários ambientes de computação em nuvem. A fundamentação teórica encontra-se organizada em dois capítulos, o capítulo 2 - "Background on Cloud Storage" e o capítulo 3 "Data Compression", Procurámos, através da fundamentação teórica, demonstrar a pertinência da investigação. transmitir algumas das teorias pertinentes e introduzir, sempre que possível, investigações existentes na área. A segunda parte do trabalho foi dedicada ao desenvolvimento da aplicação em ambiente "cloud". Evidenciámos o modo como gerámos a aplicação, apresentámos as funcionalidades, as vantagens. Por fim, refletimos sobre os resultados , de acordo com o enquadramento teórico efetuado na primeira parte e o desenvolvimento da plataforma. Pensamos que o trabalho obtido é positivo e que se enquadra nos objetivos que nos propusemos atingir. Este trabalho de investigação apresenta algumas limitações, consideramos que o tempo para a sua execução foi escasso e a implementação da plataforma poderia beneficiar com a implementação de outras funcionalidades. Em investigações futuras seria pertinente dar continuidade ao projeto ampliando as potencialidades da aplicação, testar o funcionamento com outros utilizadores e efetuar testes comparativos.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT

Oxygen transport enhancement by functionalized magnetic nanoparticles (FMP) in bioprocesses

The enhancement of fluid properties, namely thermal conductivity and mass diffusivity for a wide range of applications, through the use of nanosized particles’ suspensions has been gathering increasing interest in the scientific community. In previous studies, Olle et al. (2006) showed an enhancement in oxygen absorption to aqueous solutions of up to 6-fold through the use of functionalized nanosized magnetic particles with oleic acid coating. Krishnamurthy et al. (2006) showed a remarkable 26-fold enhancement in dye diffusion in water. These two publications are landmarks in mass transfer enhancement in chemical systems through the use of nanoparticles. The central goal of this Ph.D. thesis was to develop functionalized magnetic nanoparticles to enhance oxygen transport in bioprocesses. The experimental protocol for magnetic nanoparticles synthesis and purification adopted in this thesis is a modification of that reported by Olle et al. (2006). This is facilitated by employing twice the quantity of ammonia, added at a slower rate, and by filtering the final nanoparticle solution in a cross-flow filtration modulus against 55 volumes of distilled water. This modification in the protocol resulted in improved magnetic nanoparticles with measurably higher mass transfer enhancement. Magnetic nanoparticles with oleic acid and Hitenol-BC coating were screened for oxygen transfer enhancement, since these particles are relatively inexpensive and easy to synthesize. A glass 0.5-liter reactor was custom manufactured specifically for oxygen transport studies in magnetic nanoparticles suspensions. The reactor geometry, baffles and Rushton impeller are of standard dimensions. Mass transfer tests were conducted through the use of the sulphite oxidation method, applying iodometric back-titration. A 3-factor central composite circumscribed design (CCD) was adopted for design of experiments in order to generate sufficiently informative data to model the effect of magnetic nanoparticles on interfacial area and mass transfer coefficient. The parameters ranges used were: 250-750 rpm for stirring speed, 0-2 vvm for aeration and 0-0.00120 g g−1 magnetic nanoparticles mass fraction. It was found that 36 nm-sized nanoparticles produced during the course of this dissertation enhanced the volumetric mass transfer coefficient up to 3.3-fold and the interfacial area up to 3.3-fold in relation to gas-liquid dispersions without nanoparticles. These results are concordant with previously published enhancement data (kLa enhancement by 7.1-fold and a enhancement by 4.1-fold) (Olle et al. 2006). The magnetic nanoparticles synthesized in this thesis were stable (constant diameter) over a 1wide pH range (2-9). Statistical regression models showed that both kLa and a have high sensitivity to the nanoparticles loading. Empirical correlation models were derived for kLa and for interfacial area, a, as function of physical properties and nanoparticles loading. These correlations lay out a methodology that can help the scientific community to design and scale-up oxygen transfer systems that are based on nanoparticle suspensions

Sistema de rádio digital para White Spaces UHF

Mestrado em Engenharia Eléctrónica e TelecomunicaçõesNos últimos anos tem-se assistido a uma impressionante disseminação das comunicações móveis assim como ao surgimento de novos protocolos de comunicação. Este facto traduz-se numa utilização intensiva de certas bandas do espectro eletromagnético, enquanto a utilização de outras é por vezes mínima ou inexistente. Consequentemente surgiu o conceito de white spaces, que representa as porções do espectro não utilizadas. Atualmente, o espectro eletromagnético é alocado de forma estática, associando cada tecnologia a uma determinada banda de frequências, o que leva a um uso ineficiente do mesmo. Deste modo seria vantajoso alterar a forma como o espectro eletromagnético é acedido, adotando um paradigma de acesso dinâmico – Dynamic Spectrum Access. No entanto, para que tal seja possível, além de alterações regulamentares, é necessário que a camada física dos rádios se torne flexível e adaptável, possibilitando uma configuração eficiente de diversos parâmetros tais como frequência de transmissão, modulação, potência do sinal a transmitir, largura de banda, entre outros. Os conceitos ou paradigmas de Rádio Definido por Software (Software Defined Radio) e Rádio Cognitivo (Cognitive Radio) visam precisamente dar resposta a estes requisitos. Este trabalho de Mestrado enquadra-se precisamente na área dos rádios definidos por software. O objetivo principal consiste no projeto e implementação de um sistema de rádio digital para white spaces UHF baseado em FPGA (Field Programmable Gate Array). Pretende-se que este sistema seja flexível relativamente à frequência da portadora e largura de banda do sinal transmitido. A componente de transmissão do sistema é composta por um all-digital transmitter, cujo conceito, é essencialmente um transmissor onde o caminho do sinal desde a banda base até ao andar de rádio-frequência seja integralmente digital. O recetor é baseado em bandpass sampling, que consiste na amostragem direta do sinal de rádio, utilizando uma frequência inferior. Ambas arquiteturas representam abordagens bastante próximas do conceito de Software Defined Radio ideal. Nesta dissertação são apresentadas as arquiteturas e os aspetos de implementação do sistema e discutidos os resultados obtidos através de parâmetros como a taxa de erros da transmissão, a potência dissipada, entre outros. O sistema de rádio desenvolvido no contexto desta dissertação foi distinguido com o primeiro lugar no concurso internacional “IEEE International Microwave Symposium 2013 Software Defined Radio and Digital Signal Processing Student Design Competition”.In the last years has been an impressive spread of mobile communications as well as the emergence of new communication protocols. This fact renders in an overutilization of some spectrum bands while the utilization of other bands is sometimes minimal or nonexistent. Consequently it has arisen the white spaces concept, which represents the unused portions of the spectrum. Currently, the electromagnetic spectrum is statically allocated associating each technology to a particular frequency band, which leads to an inefficient use of it. Thus, it would be advantageous to change the way the electromagnetic spectrum is accessed adopting a dynamic access paradigm- Dynamic Spectrum Access. However, for this to be possible, in addition to regulatory changes, it is necessary that the radio physical layer becomes flexible and adaptable, enabling efficient configuration of various parameters such as transmit frequency, modulation, power of the signal to be transmitted, bandwidth, among others. The concepts or paradigms of Software Defined Radio and Cognitive Radio are precisely the key to meet these requirements. This master thesis fits precisely in the area of Software Defined Radio. The main goal consists in the project and implementation of a FPGA (Field Programmable Gate Array)-based digital radio system for UHF white spaces. It is intended for this system to be flexible on the carrier frequency and the bandwidth of the transmitted signal. The transmission component of the system is composed by an all-digital transmitter, whose concept is essentially a transmitter where the datapath from the baseband to the radio-frequency stage is fully digital. The receiver is based on a bandpass sampling receiver approach sampling directly at radio-frequency stage using a lower frequency. Both architectures represent very close approaches to the ideal Software Defined Radio concept. This master thesis presents the architecture and the implementation aspects of the system and discusses the obtained results using parameters such as error rate of transmission, power dissipation, among others. The developed radio system was distinguished with first prize in the international contest "IEEE International Microwave Symposium 2013 Software Defined Radio and Digital Signal Processing Student Design Competition

EMICOM: Enhanced Media Independent COnnection Manager

With the increasing amount of mobile interfaces combining different kinds of access technologies, ranging from Wi-Fi to 3G and LTE, the integration of flexible and mediaindependent link control mechanisms becomes of paramount importance. By employing an abstract way of obtaining access link status information and exercising control over the network interface operations, these control mechanisms become able to optimize device connectivity and network attachment. This paper presents EMICOM, an Enhanced Media Independent COnnection Manager framework where a GNU/Linux Network Manager and Link Service Access Points for the IEEE 802.3 and 802.11 technologies were implemented and integrated through crosslayer Media Independent Handover (MIH) mechanisms from the IEEE 802.21 standard. Through an open-source implementation of the framework, the (MIH) command set capabilities are extended, allowing the support of network association and authentication, as well as Layer 3 services such as IP configuration, providing a generic solution for optimal network connectivity management

Receptores de rádio-frequência melhorados e disruptivos

This Ph.D. mainly addresses the reception part of a radio front end, focusing on Radio Frequency (RF) sampling architectures. These are considered to be the most promising future candidates to get better performance in terms of bandwidth and agility, following the well-known Software-Defined Radio (SDR) concept. The study considers the usage of an RF receiver in a standalone operation, i.e., used for receiving unknown data at the antenna, and when used as observation path for Power Amplifier (PA) linearization via Digital Predistortion (DPD), since nowadays this represents a mandatory technique to increase overall system’s performance. Firstly, commercial available RF Analog-Digital-Converters (ADCs) are studied and characterized to understand their limitations when used in DPD scenarios. A method for characterization and digital post-compensation to improve performance is proposed and evaluated. Secondly, an innovative FPGA-based RF single-bit pulsed converter based on Pulse Width Modulation (PWM) is addressed targeting frequency agility, high analog input bandwidth, and system integration, taking profit of an FPGA-based implementation. The latter was optimized based on PWM theoretical behavior maximizing Signal-to-Noise-Ratio (SNR) and bandwidth. The optimized receiver, was afterwards evaluated in a 5G C-RAN architecture and as a feedback loop for DPD. Finally, a brief study regarding DPD feedback loops in the scope of multiantenna transmitters is presented. This Ph.D. contributes with several advances to the state-of-the-art of SDR receiver, and to the so-called SDR DPD concept.Este doutoramento endereça principalmente a componente de receção de um transcetor de rádio-frequência (RF), focando-se em arquiteturas de receção de amostragem em RF. Estas são assim consideradas como sendo as mais promissoras para o futuro, em termos de desempenho, largura de banda e agilidade, de acordo com o conhecido conceito de Rádios Definidos por Software (SDR). O estudo considera o uso dos recetores de RF em modo standalone, i.e., recebendo dados desconhecidos provenientes da antena, e também quando usados como caminho de observação para aplicação de linearização de amplificadores de potência (PAs) via pré-distorção digital (DPD), pois atualmente esta é uma técnica fundamental para aumentar o desempenho geral do sistema. Em primeiro lugar, os conversores analógico-digital de RF são estudados e caracterizados para perceber as suas limitações quando usados em cenários de DPD. Um método de caracterização e pós compensação digital é proposto para obter melhorias de desempenho. Em segundo lugar, um novo recetor pulsado de um bit baseado em Modulação de Largura de Pulso (PWM) e implementado em Agregado de Células Lógicas Programáveis (FPGA) é endereçado, visando agilidade em frequência, largura de banda analógica e integração de sistema, tirando proveito da implementação em FPGA. Este recetor foi otimizado com base no modelo comportamental teórico da modulação PWM, maximizando a relação sinalruído (SNR) e a largura de banda. O recetor otimizado foi posteriormente avaliado num cenário 5G de uma arquitetura C-RAN e também num cenário em que serve de caminho de observação para DPD. Finalmente, um breve estudo relativo a caminhos de observação de DPD no contexto de transmissores multi-antena é também apresentado. Este doutoramento contribui com vários avanços no estado da arte de recetores SDR e no conceito de SDR DPD.Programa Doutoral em Engenharia Eletrotécnic

Gestão de riscos na construção de túneis e obras subterrâneas

Na engenharia civil, a construção de túneis e obras subterrâneas sempre foi particularmente afectada por incidentes, nomeadamente colapsos com consequências trágicas, a que nos últimos anos se tem dado uma maior importância. O elevado grau de incerteza que caracteriza este tipo de obras, devido à variável e complexa envolvente geológica, pode muitas vezes sujeitá-las a problemas que põem em causa a sua estabilidade e consequentemente a sua segurança e sustentabilidade económica. A análise destes incidentes e a preocupação de mitigar as suas consequências conduziu a que, organizações internacionais, particularmente as grandes empresas seguradoras, dirigissem a sua atenção para o problema, a ponto de desenvolverem procedimentos adequados à gestão dos riscos que estes obras envolvem. A gestão de riscos em obras subterrâneas tem cada vez mais um papel relevante neste tipo de empreendimentos na identificação, estudo e mitigação dos perigos que põem em causa a sua construção e consequentemente originam derrapagens financeiras. Deste modo, torna-se uma ferramenta de tomada de decisões importante para os elementos responsáveis actuarem de modo atempado no controlo da obra de forma a evitar qualquer tipo de desvio técnico e económico e garantir a sua qualidade. Este Trabalho Final de Mestrado pretende fazer um levantamento e uma sistematização da temática da gestão dos riscos que ocorrem durante a construção de túneis e obras subterrâneas. Neste, são abordados, primeiramente os processos e os princípios globais de gestão de riscos em empreendimentos, os diferentes tipos de riscos e a sua respectiva gestão. Seguidamente, é abordada a aplicação destes princípios à geotecnia e construção de obras subterrâneas e os seus procedimentos. São analisados os diversos mecanismos de colapso de túneis, as suas causas prováveis, incluindo a componente geológica, as várias medidas de monitorização e mitigação dos mesmos. Por fim, é feito um breve resumo das ferramentas que podem ser utilizadas na gestão e monitorização do processo de construção, recorrendo a métodos lógicos e matemáticos

Gestão de ligações baseada em IEEE 802.21

Mestrado em Engenharia de Computadores e TelemáticaAvanços recentes nas telecomunicações conduziram a uma combinação de várias interfaces de acesso à rede num único dispositivo. Os programas de gestão de ligações atuais lidam com as diferentes tecnologias individualmente, e baseiam a seleção da rede de acesso em parâmetros tais como a potência de sinal, ou taxa de transmissão máxima. Nem sempre estes mecanismos refletem a performance real de uma rede, levando a uma experiência de acesso fraca. Neste trabalho é implementada uma framework de gestão de ligações inovadora, baseada na norma IEEE 802.21. Esta norma disponibiliza mecanismos que facilitam e otimizam handovers entre diferentes tecnologias e a seleção de ligações através da troca de informações entre as entidades da rede e o terminal, incluindo informação de QoS, desempenho ou outras características. Além disso, a norma permite a gestão de dispositivos independentemente da tecnologia, através de uma interface uniformizada ao nível da camada de ligação de dados. Em virtude da extensão desta interface com mecanismos multi-camada, a nova framework possibilita a configuração asbtrata das interfaces de rede, incluindo a associação, configurações de segurança e endereçamento IP. O acesso a informação da rede capacita ainda os gestores de ligações para a realização de melhores decisões, tendo em conta o estado da rede e os requisitos das aplicações do terminal. Esta framework é integrada com as ferramentas e applets de configuração de rede do sistema operativo GNU/Linux, através da substituição transparente da aplicação NetworkManager. Em comparação, a nova framework apresenta overhead insignificante, uma quantidade de código inferior e melhor consumo de bateria, além de mecanismos otimizados para ligação oportunística.Recent advances in telecommunications have lead to the combination of various network access interfaces in a single device. Current network management software handles different technologies individually, and base connection decisions on parameters such as signal strength, or maximum throughput. Often, these network attributes do not reflect the real network perfomance, leading to poor network experience. In this work, a novel network management framework is implemented, based on the IEEE 802.21 standard. This standard provides mechanisms to facilitate and optimize inter-technology handovers and network selection through information exchanges between network and terminal entities, including QoS and other network capability and performance information. Moreover, it enables media independent device management via a common link layer interface. By extending this interface with cross-layer mechanisms, the new framework allows abstract configuration of the network interfaces, including network association, security setup procedures and IP address configuration. The access to network information will additionally empower network managers to perform better decisions that take network state and terminal application requirements into account. This framework is integrated with the existing configuration tools and applets from the GNU/Linux Operating System, by seamlessly replacing the existing NetworkManager application. In doing so, the new framework shows insignificant overhead, a reduced code base and better battery consumption, on top of optimized procedures for opportunistic network attachment

Ga(III) chelates of amphiphilic DOTA-based ligands : synthetic route and in vitro and in vivo studies

In this work we report a synthetic strategy of amphiphilic DOTA-based chelators bearing a variable size α-alkyl chain at one of the pendant acetate arms (from six to fourteen carbon atoms), compatible with their covalent coupling to amine-bearing biomolecules. The amphiphilic behavior of the micelles-forming Ga(III) chelates (critical micelle concentration), their stability in blood serum and their lipophilicity (logP) were investigated. Biodistribution studies with the 67Ga-labeled chelates were performed in Wistar rats showing a predominant liver uptake with almost no traces of the radiochelates in the body after 24 hours.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT

Gallium(III) chelates of mixed phosphonate-carboxylate triazamacrocyclic ligands relevant to nuclear medicine: structural, stability and in vivo studies

Three triaza macrocyclic ligands, H6NOTP (1,4,7-triazacyclononane-N,N′,N″-trimethylene phosphonic acid), H4NO2AP (1,4,7-triazacyclononane-N-methylenephosphonic acid-N′,N″-dimethylenecarboxylic acid), and H5NOA2P (1,4,7-triazacyclononane-N,N′-bis(methylenephosphonic acid)-N″-methylene carboxylic acid), and their gallium(III) chelates were studied in view of their potential interest as scintigraphic and PET (Positron Emission Tomography) imaging agents. A 1H, 31P and 71Ga multinuclear NMR study gave an insight on the structure, internal dynamics and stability of the chelates in aqueous solution. In particular, the analysis of 71Ga NMR spectra gave information on the symmetry of the Ga3+ coordination sphere and the stability of the chelates towards hydrolysis. The 31P NMR spectra afforded information on the protonation of the non-coordinated oxygen atoms from the pendant phosphonate groups and on the number of species in solution. The 1H NMR spectra allowed the analysis of the structure and the number of species in solution. 31P and 1H NMR titrations combined with potentiometry afforded the measurement of the protonation constants (log KHi) and the microscopic protonation scheme of the triaza macrocyclic ligands. The remarkably high thermodynamic stability constant (log KGaL =34.44 (0.04) and stepwise protonation constants of Ga (NOA2P)2− were determined by potentiometry and 69Ga and 31P NMR titrations. Biodistribution and gamma imaging studies have been performed on Wistar rats using the radiolabeled 67Ga(NO2AP)− and 67Ga (NOA2P)2−chelates, having both demonstrated to have renal excretion. The correlation of the molecular properties of the chelates with their pharmacokinetic properties has been analysed.The authors thank the financial support from the Fundação para a Ciência e Tecnologia (F.C.T., Portugal, projects RREQ/481/QUI/2006 and RECI/QEQ-QFI/0168/2012), the Rede Nacional de RMN (RNRMN), the Hungarian Scientific Research Fund (OTKA grants K-109029 and K-120224), the János Bolyai Research Scholarship (Gy.T.) of the Hungarian Academy of Sciences and the EU COST Action TD1004 “Theragnostics Imaging and Therapy”. The research was also supported by the EU and co-financed by the European Regional Development Fund (FEDER) under the projects CENTRO-07-CT62-FEDER) and GINOP-2.3.2-15-2016-00008.info:eu-repo/semantics/publishedVersio