Academic literature on the topic 'SCUOLA DI DOTTORATO DI RICERCA IN NANOTECNOLOGIE'

Questo articolo ripercorre le due giornate del seminario Deconstructing paradigms of Western thought organizzato dalla Scuola di Dottorato in Urbanistica IUAV a Venezia nel maggio 2022. L'obiettivo del seminario era quello di esplorare due approcci emergenti che stanno contribuendo a reinterrogare alcuni paradigmi del pensiero occidentale, al fine di evidenziarne le ripercussioni sulla cultura della ricerca e del progetto urbanistici. Alla discussione sono stati invitati a partecipare gli autori di due libri: Sébastien Marot, autore di Taking the country's side, Agriculture and Architecture, e Antonio Di Campli, autore di La differenza amazzonica, Forme ed ecologie della coesistenza. Due prospettive hanno guidato la discussione all'interno dei rispettivi incontri: come fare ricerca e progettazione Beyond Nature and Nurture e cosa significa Decoloniale dal punto di vista dell'urbanistica. Attraverso la recensione del seminario, l'articolo intende riportare la discussione sulla ricerca e il progetto alla loro dimensione politica ed epistemologica attraverso strumenti rinnovati che tengano conto delle attuali condizioni di crisi e le riflessioni critiche che ne scaturiscono.

RESUMOO artigo resgata discussões dos trabalhos de mestrado e doutorado em educação sobre gênero, sexualidades e a formação docente para lidar com as questões cotidianas das escolas infantis. Sexualidade e gênero são campos inter-relacionados, todavia suas concepções e práticas se confundem e as tornam difíceis para pensá-las distintamente. Apresenta dados empíricos construídos nas produções acadêmicas com prioridade para narrativas de educadore(a)s sobre seus saberes e experiências vivenciadas nas escolas. Gênero e sexualidades são discutidos como concepções constitutivas da subjetividade, que falam sobre cada sujeito, seu corpo, sua cultura e o contexto social em que está inserido. Os trabalham destacam (a) a importância do tema ser refletido por docentes para desmistificar (des)conhecimentos e (pre)conceitos sexuais experienciados na escola (b) a busca de novas concepções e práticas no exercício da profissão, como alternativas e estratégias que contribuam para melhorias do processo formativo docente e das práticas laboriais de educadore(a)s infantis brasileiro(a)s.Formação docente. Gênero e sexualidades. Educação infantil. Gender, sexuality and the infant educators’ challenge ABSTRACT This article brings back master’s degree and PhD education works about gender, sexuality and teachers’ formation to deal with everyday situation in infant schools. Sexuality and gender are connected fields, although the conceptions and practices mix up and make it difficult to think about them clearly. It presents experimental data made in academical productions choosing educators’ narratives about their experiences in schools. Gender and sexualities are discussed as typical conceptions, which discuss about each person, body, culture and the social context in which he/she is inserted. The work appoints (a) this theme is important to be reflected by educators to make (un)known and prejudices sexual experienced in school clear (b) searching new professional conceptions and practices as possibilities and strategies which help to make the teachers’ learning process and working infant educators’ practices improve.Teachers’ formation. Gender and sexualities. Infant education. Género, sexualidad y desafíos para los educadores de la primera infanciaRESUMEN El artículo recupera las discusiones de los trabajos de maestría y doctorado en educación sobre género, sexualidad y formación docente para abordar los problemas diarios de las escuelas infantiles. La sexualidad y el género son campos interrelacionados, sin embargo, sus conceptos y prácticas se confunden y hacen que sea difícil pensarlos distintamente. Presenta datos empíricos construidos en producciones académicas con prioridad para las narraciones de los maestros sobre sus conocimientos y experiencias en las escuelas. El género y las sexualidades son discutidos como concepciones constitutivas de subjetividad, que hablan sobre cada sujeto, su cuerpo, su cultura y el contexto social en el que se inserta. Los trabajadores destacan (a) la importancia de que los maestros reflejen el tema para desmitificar (des)conocimientos y (pre)conceptos sexuales experimentados en la escuela (b) la búsqueda de nuevas concepciones y prácticas en el ejercicio de la profesión, como alternativas y estrategias que contribuyan para mejorar el proceso de formación del profesorado y las prácticas laborales de los educadores infantiles brasileños. Formación del profesorado.Género y sexualidades. Educación Infantil Genere, sessualità e sfide per gli educatori della prima infancia SINTESE L'articolo riprende le discussioni sul lavoro di master e dottorato nell'educazione su genere, sessualità e formazione degli insegnanti per affrontare le questioni quotidiane delle scuole per bambini. Sessualità e genere sono campi correlati, tuttavia le loro concezioni e pratiche sono confuse e rendono difficile pensarle distintamente. Presenta dati empirici costruiti in produzioni accademiche con priorità per le narrazioni degli insegnanti sulle loro conoscenze ed esperienze vissute nelle scuole. Genere e sessualità sono discussi come concetti costitutivi della soggettività, che parlano di ogni argomento, del suo corpo, della sua cultura e del contesto sociale in cui è inserito. I lavoratori sottolineano (a) l'importanza del tema riflesso dagli insegnanti per demistificare la (non) conoscenza e i concetti (pre) sessuali vissuti a scuola (b) la ricerca di nuovi concetti e pratiche nell'esercizio della professione, come alternative e strategie che contribuiscono per migliorare il processo di formazione degli insegnanti e le pratiche di lavoro degli educatori brasiliani dei bambini. Formazione degli insegnanti.Genere e sessualità. Educazione della prima infanzia.

2011/2012
Prefazione: La ricerca nel campo dei nanofili appartiene ancora al laboratorio e non all’industria. Cionondimeno, i nanofili sono oggetto di grande attrazione nella comunità scientifica e nanotecnologica, sia per il loro elevato “aspect ratio”, che per le loro capacità semiconduttrici. Il primo ne fa buoni candidati per usi di sensoristica e interazione con la luce, le seconde potrebbero invece sfruttate per la miniaturizzazione di componenti (opto)elettronici. Il GaAs è un materiale semiconduttore III-V con un band-gap diretto di 1,43 eV a temperatura ambiente. Il suo band gap ne fa un materiale più pregiato del silicio, rispetto al quale ha una minore sensibilità al calore ed una maggiore mobilità elettronica. Tali pregi sono accompagnati da un prezzo maggiore, che oggigiorno limita l’uso del GaAs nei componenti optoelettronici a più alta qualità, come per esempio negli usi satellitari. La sintesi di nanofili di GaAs di alta qualità è una possibiità intrigante per combinare le qualità superiori del GaAs con il minor costo del silicio e della sua tecnologia. L’epitassia da fascio molecolare è una tecnica per sintetizzare materiali con la massima purezza. Operando a pressioni minori di 1E-10 Torr, essa è ideale per la ricerca scientifica e per la sintesi di prodotti di altissima qualità. I prezzi di tali caratteristiche sono un’estrema delicatezza dell’apparato ed un controllo maniacale delle condizioni di crescita per assicurare riproducibilità dei risultati. All’inizio del 2009, la comunità di crescitori di nanofili era alle prese con alcune problematiche riguardanti la scelta di un materiale diverso dall’oro per assistere la crescita e conseguentemente di un substrato acconcio; ulteriori complicazioni alla sintesi di nanofili di alta qualità è(ra) il politipismo cristallino dei nanofili di GaAs. L’uso di oro nella sintesi di nanofili comporta inquinamento chimico responsabile di difetti nel materiale e la presenza di nanoparticelle di oro all’estremità dei nanofili li rende non compatibili con la tecnologia del silicio. Con attenzione sul GaAs, a quel tempo non c’era ancora un substrato di semplice preparazione per la crescita di nanofili di GaAs su GaAs e i difetti cristallini erano una piaga presso che impossibile da eliminare. La mia tesi di dottorato è stata votata allo studio di queste due problematiche. Abbiamo studiato un protocollo semplice per la realizzazione di substrati di GaAs capaci di ospitare la crescita di nanofili di GaAs in assenza di Au, depositando uno strato subnanometrico di silicio su substrati deossidati di GaAs ed espondendoli quindi all’aria. Più semplice ancora, la deposizione di Si direttamente su substrati GaAs epiready si è dimostrata altrettanto efficace. Abbiamo affrontato il problema del politipismo cristallino sia durante la crescita, investigando le relazioni tra parametri di crescita e struttura cristallina dei nanofili, sia dopo la crescita, cercando di alterarla tramite riscaldamento. Abbiamo così scoperto che condizioni ricche in As durante la crescita assistita da Ga favoriscono la struttura cristallina wurtzite, al contrario della più stabile struttura zincoblenda, propria del GaAs di bulk. Il protrarsi di condizioni ricche in As portano quindi alla estinzione della nanoparticella di Ga. In collaborazione con dr. Jakob B. Wagner (DTU CEN, Copenaghen, Danimarca), dott. mag. Damiano Cassese ed il gruppo di ricerca di dr. Marco Lazzarino (IOM CNR, Trieste, Italia) abbiamo scoperto che un periodo di riscaldamento di cento ore in flusso di As è capace di alterare la struttura wurtzite di nanofili assistiti Au in zincoblenda. Tale scoperta è stata in principio fatta tramite microscopia elettronica in trasmissione e quindi confermata per mezzo di spettroscopia Raman. Abbiamo studiato la crescita di nanofili di GaAs in assenza di nanoparticella. In collaborazione con dott. mag. Giacomo Priante (IOM CNR, Trieste, Italia) e prof. Vladimir G. Dubrovskii (SPBAU, San Pietroburgo, Russia) abbiamo trovato che anche dopo la totale consunzione della nanoparticella di Ga, i nanofili possono riprendere la crescita in modo assistito da Ga. Altri studi di minore entità sono stati condotti, come la crescita di nanofili di Si su GaAs senza catalizzatore, lo studio di nanotubi in carbonio contenenti nanoparticelle di catalizzatore, lo studio di microscopia elettronica in trasmissione della crescita laterale dei nanofili, l’effetto di “optical limiting” esercitato da sistemi ibridi. I risultati di questi studi, stonando nella logica della tesi, sono presentati in appendice. Altresì, in appendice è raccolta una sistematica della crescita di nanofili di GaAs. Durante i beam times ad ELETTRA, il Sincrotrone di Basovizza, Trieste, il mio lavoro è stato principalmente votato alla sintesi di nanofili di GaAs drogati Si sui substrati di cui sopra. I nanofili sono stati studiati con spettroscopia a raggi X risolta spazialmente sulla linea di luce ESCAMICROSCOPY, in collaborazione con dr. Mattia Fanetti e lo staff della linea di luce. La prima sessione di esperimenti ha mostrato che i nanofili assisiti da Ga sono meno conduttivi degli assistiti da Au per lo stesso drogaggio nominale. La seconda tranche di esperimenti ha permesso la comprensione del meccanismo di incorporazione delle impurezze di Si durante la crescita mediante lo studio della posizione del livello di Fermi nella band gap dei nanofili di GaAs. Abbiamo così capito che alterando il rapporto As/Ga e senza cambiare la temperatura di crescita (andando cioè a crescere in assenza di nanoparticella) è possibile realizzare eterogiunzioni radiali p-n di alta qualità, con la stessa quantità di drogante.
Abstract: Although still belonging to the laboratory world, nanowires are the object of a big attraction in scientific community for their exploitation in technological devices. Two of the most alluring aspects of nanowires are their high aspect ratio, which makes them candidates for sensing uses as well as light harvesting, and their semiconducting nature, that puts forward their employment for nanoscale transistors and logic units. GaAs is a well-known III-V semiconductor material with a direct band-gap of 1.43 eV at room temperature. It has better properties than Si, such as a large direct band- gap, which also provides lower sensibility to heating, and higher electron mobility. Despite its higher cost, GaAs is nowadays commonly used for highest performance logic units and optoelectronics. The synthesis of high quality GaAs nanowires and their implementation on Si technology encourages the idea of putting together the superior GaAs with the cheaper Si. Molecular beam epitaxy is a growth technique that offers the highest possible purity by means of ultra high vacuum growth regime (base pressure < 1E-10 Torr). It is, therefore, ideal for both research and high quality products. Prices of such advantages are an extreme delicateness of the setup and a maniacal control of the growth conditions, to ensure reproducibility in scientific results. At the beginning of 2009, the nanowire grower community was facing some issues such as the choice of a material different from gold assisting the nanowire growth, the growth substrate and the crystal polytypism. The use of Au as the assistant nanowire growth material had two main drawbacks. Firstly, the verified pollution with Au of the growing nanowires would create defects in the material; secondly, the presence of Au nanoparticles at the nanowire free end would make them non- compatible with Si-based technology. Focusing on GaAs, there was no simple protocol for the substrate treatment in order to trigger the Au-free one-dimensional nanowire growth on GaAs. Nanostructure crystal defects were almost impossible to avoid. My Ph.D. work has been devoted to the study of these problems. We studied a simple protocol to obtain GaAs nanowires on GaAs by MBE. We proved that a sub-nanometric Si layer epitaxially deposited on the deoxidized GaAs surface followed by atmospheric oxidation, or direct Si deposition onto epiready GaAs wafers is able to trigger Ga assisted GaAs nanowire growth. We tackled the nanowire polytypism issue both in a “during growth” action, by studying the effects of the growth parameters on the nanowire crystal structure; and with an “after growth” action, by attempting to change the nanowire crystal structure by thermal annealing after the growth itself. In particular we found that As rich conditions during Ga assisted GaAs nanowire growth leads to a favored wurtzite structure as compared to the default zincblende lattice of the bulk GaAs material. Eventually, As rich conditions lead to the total Ga nanoparticle consumption. In collaboration with dr Jakob B. Wagner (DTU CEN, Copenhagen, Denmark), dott. mag. Damiano Cassese and the research group of dr. Marco Lazzarino (IOM CNR, Trieste, Italy), we discovered that a 100 hours long nanowire annealing step under As flux is capable of transforming the wurtzite structure of Au assisted GaAs nanowires in zincblende. This was carried out by means of transmission electron microscopy and was double checked by means of Raman spectroscopy. We studied the growth of GaAs nanowires in absence of growth assisting droplet. In collaboration with dott. Giacomo Priante (IOM CNR, Trieste, Italy) and prof. Vladimir G. Dubrovskii (SPBAU, Saint Petersburg, Russia), we found that after the total consumption of the Ga nanoparticle, GaAs nanowires can resume the Ga assisted growth. Other minor projects such as, the MBE growth of self catalyzed Si nanowires on epiready GaAs, the TEM study of catalyst-embedded carbon nanotubes bundles, TEM study of the nanowire shell overgrowth, optical limiting effect of hybrid systems were pursued. This information, not fitting in the thesis logic, along with systematics of the Ga assisted GaAs nanowire growth are placed in the appendixes. When being assigned beam time at the ELETTRA Synchrotron facility in Trieste, my work has mainly been the synthesis of Si-doped GaAs NWs on our innovative substrates. Nanowires were then studied in spatially resolved X-ray photoemission spectroscopy experiments on the ESCAMICROSCOPY beamline, performed in collaboration with dr. Mattia Fanetti and the ESCAMICROSCOPY staff. The first measurement set showed that Ga assisted nanowires exhibit a much weaker conductivity than their Au catalyzed counterparts, for the same two- dimensional nominal doping. The second set of experiments gave details about the incorporation of Si in nanowires during the growth, by the detection of the Fermi level in the energy gap. We realised that by tuning the As/Ga flux ratio without need of changing the growth temperature (i.e., shifting from vapor-liquid-solid to vapor- solid regime) and for the same impurity flux, core-shell p-n junctions could be synthesized, with a high uniformity grade along the whole nanowire length.
XXV Ciclo
1982

2010/2011
Cantilever sensors have been the subject of growing attention in the last decades and their use as mass detectors proved with attogram sensitivity. The rush towards the detection of mass of few molecules pushed the development of more sensitive devices, which have been pursued mainly through downscaling of the cantilever-based devices. In the field of mass sensing, the performance of microcantilever sensors could be increased by using an array of mechanically coupled micro cantilevers of identical size. In this thesis, we propose three mechanically coupled identical cantilevers, having three localized frequency modes with well-defined symmetry. We measure the oscillation amplitudes of all three cantilevers. We use finite element analysis to investigate the coupling effect on the performance of the system, in particular its mass response. We fabricated prototype micron-sized devices, showing that the mass sensitivity of a triple coupled cantilever (TCC) system is comparable to that of a single resonator. Coupled cantilevers offer several advantages over single cantilevers, including less stringent vacuum requirements for operation, mass localization, insensitivity to surface stress and to distributed a-specific adsorption. We measure the known masses of silica beads of 1µm and 4µm in diameter using TCC. As it is difficult to obtain one single bead at the free end of the cantilevers, we choose to use the Focused Ion Beam. By sequential removing mass from one cantilever in precise sequence, we proved that TCC is also unaffected from a-specific adsorption as is, on the contrary, the case of single resonator. Finally, we proposed shown the use of TCC can be as micromechanical transistor device. We implemented an actuation strategy based on dielectric gradient force which enabled a separate actuation and control of oscillation amplitude, thus realizing a gating effect suitable to be applied for logic operation.
XXIV Ciclo
1980

2011/2012
In this study, the main objective is to analyze the effect of genetic variations (polymorphisms) on clinical outcome of colorectal cancer patients treated with oxaliplatin (FOLFOX4 regimen) and those with prostate cancer treated with radiotherapy, with the aim to identify those pharmacogenetic parameters able to provide an indication of a possible "personalization" of therapy. Nanomedicine is the application of nanotechnology in biomedical field to the prevention and treatment of diseases in the human body. Pharmacological research in oncology is aimed at the discovery of new antitumor molecules and especially to improve the use of drugs already present in therapy. In fact, the response to a chemotherapeutic agent is highly variable both in terms of efficacy and tolerability and this may be due both to differences between individuals and molecular characteristics of the tumor. Pharmacogenetics, along with radiogenetics, are concerned to investigate how the genetic characteristics of each individual can influence the therapeutic effect of the drug or radiation and susceptibility to side effects. In particular, they focus on how the constitutive alterations of genetic asset of each individual, so-called polymorphisms, can affect transport, metabolism or the interaction with the target of a drug or treatment. In this study I have investigated the role of genetic polymorphisms, previously identified in the metastatic disease, as predictive markers of neurotoxicity, hematological and non-hematological toxicities from oxaliplatin in colorectal cancer patients treated with adjuvant FOLFOX4 regimen; and I have also identified radiogenetic markers of response in terms of risk of biochemical PSA recurrence and overall survival in prostate cancer patients. In conclusion, the work of this thesis allowed defining new molecular markers that may have prognostic value in the treatment of colorectal cancer with FOLFOX4 regimen and in prostate cancer with radiotherapy. The application of these biomarkers in clinical practice may be useful for designing a personalization of treatment based on specific genetic characteristics of the patients with colorectal cancer and prostate cancer.
XXIV Ciclo
1983

2009/2010
Tissue engineering in the orthopedic field is mainly focused on the development and design of material to serve as a temporary extracellular matrix or scaffold to overcame the limitation of actual treatments. In fact, current treatments are based on autologous or autogenous bone grafts and as an alternative to these, metals and ceramics. The limitation of this kind of implants is related to shortage of autograft that can be obtained and to donor site morbidity; the possibility of immune rejection and of pathogen transmission from donor to host in the case of allograft; the poor overall integration with the tissue at the implantation site for the metal and ceramic. The aim of study is the development of bio-composite scaffolds for orthopedic applications, based on the combination of polysaccharides (mainly alginate, Alg) engineered with bioactive molecules and nano-hydroxyapatite (nHap). The first step was the synthesis and characterization of the different components of the scaffold. The nHap was synthesized with sol-gel method and the obtained crystals have been chemically and morphologically characterized by mean of Raman spectroscopy, X-Ray Diffraction and Transmission Electron Microscopy. All the collected results confirm the chemical composition of nHap and information about the average dimension of crystals (120nm). The synthesized nHap was used to produce composite hydrogels of Alg and nHap. The porous structure was achieved through freeze-casting. The obtained scaffold was characterized with µCT (µComputed tomography) and confocal microscopy; the histomorphometric data were compared with the parameters of native tissue with an high level of similarity between trabecular bone and scaffolds structure. Subsequently, the scaffolds have been investigated for their cytocompatibility and the results shows high rate of proliferation of cells seeded into the scaffold. The modification with specific proteins or peptides of the backbone of a polymer can be an effective strategy to tailor and control cell attachment, migration, proliferation and differentiation. Incorporation of peptide motifs containing sequences that are recognized by integrin receptors, such as arginine-glycine-aspartic acid (RGD)-based sequences, are now a common strategy to enhance the biological properties as well as differentiation and proliferation of a variety of cells, including osteoblasts. Along the same line, reducing bacterial adhesion is important since microorganism surface attachment is the first critical step in the development of implant-associated infections. To introduce bioactive molecules and antimicrobial agents, enhancing in this way the biological property of the scaffolds, Chitlac was exploited as vector. Chitlac is a lactitolated-derivative of chitosan that can be modified by chemical grafting of bioactive peptides like RGD and that can be use to produce and stabilize silver nanoparticles (nAg) with antimicrobial activity. By adsorbing the Chitlac on the scaffold’s surface we spread the bio-signal inside the structure to induce a specific cell reaction. Alg/nHap scaffolds were coated with Chitlac-RGD and Chitlac-nAg, respectively, and on those, biological and antimicrobial in vivo tests were performed. For both scaffolds we observed good cytocompatibility and, in the case of scaffold with RGD, an improved cell proliferation; moreover, the scaffold with nAg showed a high level of antimicrobial activity. According the results obtained from the previous cytocompatibility tests, preliminary cytocompatibility in vivo tests were performed. The animal model was New Zealand rabbit and the produced scaffolds were inserted into bone defects on femur. Post-operatively, three fluorochromes were administered sequentially every week. After 5 weeks the rabbits were sacrificed and all the implanted bones were analyzed using µ-CT and light and confocal microscopy. We observed a high level of osteointegration of the scaffolds and ingrowth of newly deposited structured lamellar bone inside them, indicating good osteoconductive properties. In conclusion, the developed scaffolds have suitable biological properties both bioactive and antimicrobial. The in vitro results shows a high level of cytocompatibility for all the scaffolds studied and that the presence of Chitlac-nAg does not compromise the compatibility of scaffolds. In the case of scaffolds modified with RGD the results confirm that the presence of bioactive molecule is able to enhance the healing process also with respect to the BAG (BioActive Glass) control. The findings of the present study revealed that the structures here developed could serve as promising filler for orthopedic application.
XXIII Ciclo
1983

2010/2011
In this work I present a novel approach to the use of biomolecules as constructive material for an autonomous DNA-based platform on which is possible to do sensing consequently actuating the object after the transduction of an environmental signal. The new approach is based on a DNA origami obtained by folding a long polynucleotide with hundreds of shorter oligonucleotides and resulting in a well defined and ordered disks of a diameter of about 100nm. Each disk is composed of two main parts, an external ring and an internal disk, connected each other in only two diametrically opposite points. A linear single stranded DNA molecule, the probe, is inserted on the upper face of the internal moving disk, perpendicularly to the connections and to the axis of constrain; as far as the probe remains single stranded, the DNA-object appears planar, but when it gets in contact with its complementary ssDNA called “target”, forming a double stranded DNA, it opens the origami’s structure. The realization of such autonomous organic structure is preliminary to its application in many contests. The actuation principle was first applied for the development of a revertable biosensing platform, where the addition of a third single stranded molecule, displaces the target from the probe restoring the initial state of the origami. The same principle was also improved with real samples such as viral RNAs. In this thesis, I report the setting up of the single components of the device: complex DNA based objects, the switching mechanism, the validation with real samples and the possible applications of the whole system.
XXIV Ciclo
1982

2010/2011
Abstract (Italian version) Questo progetto di dottorato di ricerca è finalizzato allo studio dell'applicazione nella pratica clinica attuale della medicina di comunità, di tests farmacogenetici utili sia per la determinazione di polimorfismi noti per influenzare la dose iniziale di warfarin nella terapia anticoagulante orale, sia per l’analisi dei polimorfismi associati alla risposta di farmaci antidepressivi. Gli studi si sono perciò svolti in collaborazione con la medicina territoriale, al fuori dei centri di eccellenza e le rigorose condizioni in cui di solito vengono eseguiti i trials. In quest’ottica, i risultati finora ottenuti, in accordo con la letteratura corrente, supportano l'impiego dell’analisi dei polimorfismi per la determinazione della corretta dose iniziale di warfarin. Inoltre, il polimorfismo del trasportatore della serotonina (5-HTTLPR) è stato valutato in relazione alla risposta ai farmaci antidepressivi appartenenti alla classe degli inibitori selettivi della ricaptazione della serotonina (SSRI), e anche nella medicina di comunità, sia in pazienti oncologici che psichiatrici, l’analisi di 5-HTTLPR sembra essere uno strumento utile per predire l’esito della risposta al trattamento con SSRI. Infine, con lo sviluppo di nuove tecnologie, i costi per l'analisi genetica sono diminuiti,e possono essere considerati limitati soprattutto in relazione ai vantaggi raggiunti con il loro impiego. In ogni caso, il rapporto costo-efficacia dei test farmacogenetici potrebbe essere migliorato con lo sviluppo di ulteriori devices che permettano un’analisi più veloce ed economica.
Abstract (English version) This PhD project is aimed to the study of the application, in the current clinical practice of the community medicine, of pharmacogenetic tests known to be associated with the prediction of warfarin dose at the initiation of the oral anticoagulant therapy and moreover, the test for the analysis of the polymorphism related to the response to the antidepressant drugs. The study was carried out in the community care, out of the centers of excellence and the strict conditions in which usually the trials are performed. From this perspective, the results obtained so far, according to the current literature, support the use of the analysis of polymorphisms in determining the correct dose of warfarin. Furthermore, polymorphism of the serotonin transporter (5-HTTLPR) has been assessed in relation to response to antidepressant drugs belonging to the class of Selective Serotonin Reuptake Inhibitors (SSRIs), and also in community medicine, both in oncological and psychiatric patients, the analysis of 5-HTTLPR seems to be a useful tool to predict the outcome of the response to treatment with SSRIs. Finally, since the development of new technologies, the costs for genetic analysis have been decreased, and may be considered limited, particularly in relation to the benefits achieved with their use. In any case, the cost-effectiveness of pharmacogenetic tests could be improved by the development of further devices that allow a faster and cheaper analysis.
XXIV Ciclo
1981

2011/2012
ABSTRACT This thesis deals with the control of light absorption in semiconductor devices by the plasmonic resonances of periodically arranged metallic nanostructures integrated on them. Metallic gratings support propagating (SPP) and localized (LSP) plasmonic excitations and surface plasmons-related phenomena, like Extraordinary Optical Transmission (EOT) and plasmonic band gaps, as well as conventional diffraction effects. We combine all the optical resonances outlined to tune the incoupling and distribution of incident photons in the absorbing semiconductor substrate. In particular we consider the application of these concepts to two typologies of optoelectronic devices: photovoltaic solar cells and phototransistors. In the case of photovoltaic devices the objective is to increase the energy conversion efficiency by enhancing light harvesting and re-shaping the absorption profile, in order to improve the collection of photo-generated charge carriers. We begin analyzing a case study, a one-dimensional lamellar grating placed on a silicon substrate, by numerical optical simulations. The aim is to find the coupling conditions of the resonances supported, by designing the geometric parameters of the nanostructures, and showing their impact on the generation profile. These findings are then applied for light trapping purpose to two realistic solar cell layouts. SPP and LSP resonances are able to provide high near field magnification and effectively enhance the absorption of ultrathin organic solar cells. On the other hand, EOT coupled to diffraction orders are more suited to wafer-based Si cells. Then we present the fabrication process developed to realize the designed nanostructures over the large surface area of Si photovoltaic devices. By experiments and simulation we show that an improvement of Internal Quantum Efficiency can be obtained compared to unpatterned devices. Concerning the phototransistors, the aim is use them as compact and scalable biosensors by integrating a plasmonic crystal on the active area. By simulations the grating is designed to maximize transmittance variation due the plasmon resonance shift related to the surface binding of bio-analyte molecules. This event is transduced into an electrical signal at device terminals, as confirmed by characterizations on the first prototypes fabricated. The metallic grating simultaneously works as plasmonic structure and as electronic gate of the transistor in a fully integrated architecture.
SOMMARIO In questa tesi viene trattata la tematica del controllo dell’assorbimento di luce in dispositivi a semiconduttore tramite le risonanze plasmoniche proprie di nanostrutture metalliche integrate con disposizione periodica. Reticoli metallici supportano eccitazioni plasmoniche propaganti (SPP) e localizzate (LSP) e fenomeni correlati ai plasmoni di superficie, quali la trasmissione ottica straordinaria (EOT) e la creazione band gap plasmoniche, così come effetti di diffrazione convenzionali. Tali risonanze ottiche sono state combinate per regolare l’accoppiamento e la distribuzione dei fotoni incidenti in substrati semiconduttori assorbenti. In particolare consideriamo l’applicazione di tali concetti a due tipologie di dispositivi optoelettronici: celle solari fotovoltaiche e foto-transistor. Nel caso dei dispositivi fotovoltaici, l’obiettivo è aumentare l’efficienza di conversione energetica tramite una maggiore raccolta di luce e la redistribuzione del profilo di assorbimento, in modo da migliorare la raccolta dei portatori di carica fotogenerati. L’analisi di un caso di studio, un reticolo lamellare monodimensionale posto su un substrato di silicio, tramite simulazioni ottiche per via numerica, serve a trovare le condizioni di accoppiamento delle risonanze supportate, dimensionando i parametri geometrici delle nanostrutture, e mostrare il loro impatto sul profilo di generazione. Questi risultati sono quindi applicati, per finalità di “light trapping”, a due strutture realistiche di celle solari. Le risonanze SPP e LSP sono capaci di fornire una grande intensificazione del campo vicino e aumentano efficacemente l’assorbimento di celle solari organiche ultra-sottili. D’altro canto, la combinazione di EOT e ordini di diffrazione è più adatta per celle solari spesse in Si. Quindi presentiamo il processo di fabbricazione sviluppato per realizzare le nanostrutture progettate sulle ampie superfici dei dispositivi fotovoltaici in Si. Esperimenti e simulazioni mostrano che è possibile ottenere un aumento dell’efficienza quantica interna rispetto ai dispositivi non nanostrutturati. Per quanto riguarda i foto-transistor, l’obiettivo è utilizzarli come biosensori compatti e scalabili tramite l’integrazione di cristalli plasmonici sull’area attiva. Il reticolo è stato progettato in modo da massimizzare variazioni di trasmittanza dovute alla modulazione delle risonanze plasmoniche indotta dal legame di bio-molecole sulla superficie. Questo evento è trasdotto in un segnale elettrico misurabile ai capi del dispositivo, come confermato dalle caratterizzazioni sui primi prototipi fabbricati. Il reticolo metallico funziona simultaneamente come struttura plasmonica e come gate elettronico del transistor in un’architettura totalmente integrata.
XXV Ciclo
1984

2012/2013
Le recenti scoperte sulla natura dei processi genetici, implicati nelle trasformazioni neoplastiche, ci hanno permesso di identificare le principali lesioni cellulari che portano alla formazione del tumore, individuando in questo modo target selettivi sulla base dei quali progettare nuovi agenti terapeutici efficaci. La terapia bersaglio ha rappresentato una rivoluzione permettendo di superare l’aspecificità del trattamento antitumorale e colpendo, nello specifico, la causa biomolecolare del processo patologico neoplastico. I recenti sviluppi della modellistica molecolare si sono resi indispensabili per la ricerca oncologica. Questi, infatti, aprono delle opportunità per la scoperta di nuovi farmaci attraverso la comprensione delle basi molecolari delle malattie; si tratta di un metodo conveniente per identificare dei composti che siano in grado di bloccare l’azione di molte proteine, suggerite come fattori fondamentali in diversi tipi di neoplasie. In questo lavoro di tesi verrà adoperata un’ampia gamma di tecniche di simulazione molecolare al fine di studiare differenti problemi che possono comparire durante il trattamento chemioterapico. La scoperta di nuovi dettagli nei meccanismi che conducono alla carcinogenesi ha permesso di identificare proteine target innovative e più precise per affrontare la terapia senza effetti collaterali per le cellule sane. In particolare, saranno riportati in dettaglio gli studi che coinvolgono tre nuovi differenti target: il recettore σ1, la proteina -catenina e lo sviluppo di dendrimeri per una terapia di silenziamento genico. Tuttavia, nonostante i successi clinici della terapia bersaglio, molti pazienti che inizialmente hanno risposto positivamente manifestano una recidiva, come risultato di una resistenza acquisita; questo tipo di risposta può manifestarsi dopo un periodo variabile di trattamento cronico. L’approccio delle tecniche in silico può essere utilizzato per predire l’avvento di mutazioni secondarie attivanti e al contempo resistenti alla terapia e quindi aiutare nello sviluppo di una strategia di prevenzione focalizzata su una terapia multi-farmaco. In questo lavoro, verranno discusse in particolare delle mutazioni che coinvolgono i recettori c-Kit e Smoothened, pre e post trattamento. L’ampia serie di esempi illustrati e discussi qui enfatizza il ruolo e le potenzialità del modeling molecolare nello sviluppo della terapia bersaglio anti tumorale. Una valutazione in silico permette di prendere in considerazione la specificità molecolare del problema e ridurre drasticamente i tempi e i costi richiesti per formulare nuovi farmaci e strategie di intervento.
XXVI Ciclo
1986

2011/2012
Carbon nanotechnology has evolved into a truly interdisciplinary field, bridging material science with medicine. Fullerenes (C60) play a major role in this field and are currently explored for biomedical applications such as radiopharmaceuticals and contrast agents, gene delivery and as carriers for chemotherapeutics. Five fullerene derivatives (F1, F2, F3, F4 and F5), functionalized by 1,3-dipolar cycloaddition of azomethine ylides to the C60 cage, were studied in vitro for their toxicity in a number of cell types and with different assays. Cell cytotoxicity on human mammary carcinoma cell line (MCF7), evaluated with the MTT and NRU tests and further confirmed by a flow cytometry approach with DiOC6 and PI probes, showed that derivative F2 was free of necrotic or apoptotic effects even after a long lasting cell exposure. F3 (differing from F2 for an additional positive charge obtained by quaternarization of the pyrrolidinic nitrogen by introducing a methyl group) was more toxic compared to the other compounds in all cellular models employed (HCT116, MCF7, MCF7/ADR, HT-29, H460, B16F10 and MDAMB231). Its IC50 is 20 µM after 72 hr of incubation by MTT test, and cell accumulation in the G1 phase and arrest in G0 phase (30%) was also observed. The mechanism of cellular uptake (studied with a fluorescein-bearing derivative of F2, hereafter called derivative F2-FITC), and the intracellular distribution were analyzed on MCF7 cell line. The studies of F2 biological effects have shown that this compound is able to enter the treated cells, probably by passive diffusion, to distribute within the cell cytoplasm, without getting into the nucleoplasm or into organelles such as lysosomes and mitochondria; these processes were evaluated by flow cytometry and confirmed by confocal microscopy. Experiments were performed on a multidrug resistant human mammary carcinoma cell line MCF7/ADR, a sub-line resistant to Doxorubicin because of the overexpression of the P-glycoprotein (P-gp) extrusion pump. The choice of these cells was based on our objective to conjugate the anticancer drug Doxorubicin to the fullerene vector in order to overcome adriamycin resistance. The F2 cellular uptake on MCF7/ADR and its maintenance of a constant concentration into cells seem to be insensitive to the presence of P-gp over-expression. These data suggest the possibility for derivative F2 to be used as carrier for anticancer drugs. The experiments on conjugated F2-DOX were made above all to verify if the activity of the drug linked to the fullerene remained the same as the free drug. Furthermore we studied the cellular uptake of F2-DOX in both MCF7 and MCF/ADR lines. Cytotoxicity tests have shown that F2-DOX has an irrelevant activity compared to free drug because Doxorubicin cannot get into the nucleus to perform its activity as it remains linked to F2. Nevertheless, the internalization of F2-DOX is higher in MCF7/ADR compared to the free drug. Fluorescent microscopy technique suggested that the F2-DOX inactivity might be associated with the stability of the bond between the carrier and the drug, which is not released and so is localized in the cytosol, as we have also observed for F2. Since many studies showed contradictory results and the molecular and cellular mechanisms of the cytotoxicity of this class of nanomaterials are not yet fully understood we performed a whole genome expression analysis, by high throughput RNA sequencing, using Illumina technologies. All together, the RNA-seq expression data confirmed the experimental evidence collected with previous in vitro studies showing that F3 is definitely the derivative causing more alterations on MCF7 cells on both the molecular and the cellular levels. However, also F2 is capable of affecting the same molecular pathways, although to a much lower intensity, since neither cytotoxic effects nor cell cycle arrest could be documented. The most important, and somewhat unexpected, result of our analysis was certainly the lack of molecular evidence concerning the activation of the main cellular pathways leading to cell death and often linked to fullerene toxicity in literature. In fact apoptosis, autophagy and ROS damage does not seem to be included among the most relevant molecular effects of F3, which on the contrary are mainly linked to the arrest of the transcription and protein synthesis machineries, leading to the entry in the G0 cell cycle phase. The RNA-seq analysis was able to identify several additional effects of fullerenes which had not been previously described, offering a complete overview of the gene expression alterations induced by these compounds on a whole-transcriptome level. Therefore the combination of large scale molecular analysis and the main viability assays might represent a valuable tool for a better understanding of the toxicity of fullerenes and other nanomaterials.
L’impiego di nanostrutture di carbonio, come i fullereni, in campo biomedico è di forte interesse, sia per le sue possibili applicazioni terapeutiche che diagnostiche. Un potenziale vantaggio di questi composti è la possibilità di essere strutturati per essere facilmente internalizzati dalle cellule e grazie alla loro ampia area superficiale e volume interno possono agire come sistemi di drug delivery per il trasporto di farmaci. Cinque fullereni funzionalizzati (F1, F2, F3, F4 e F5) sono stati studiati in vitro per la loro tossicità in un certo numero di linee cellulari e con dosaggi e tempi di incubazione diversi con l’obiettivo di valutare se gli effetti tossici o meno di questi composti possano variare a seconda dalla linea cellulare utilizzata. I modelli di studio utilizzati sono linee cellulari neoplastiche di carcinoma mammario umano (MCF7, MCF7/ADR e MDAMB231), di adenocarcinoma umano di colon (HT-29 e HCT116), di adenocarcinoma polmonare umano non a piccole cellule (H460) e di melanoma murino (B16F10). Gli studi di citotossicità hanno permesso di individuare un fullerene che presenta una limitata tossicità (F2) con il quale sono state eseguite prove citofluorimetriche sulla linea MCF7 che hanno dimostrato come sia in grado di attraversare le membrane plasmatiche e di accumularsi nelle cellule già dopo un’ora, aumentando in quantità fino a 12 ore. L’analisi è stata condotta fino alle 72 ore, tempo in cui il valore di fluorescenza del fullerene sembra rimanere stabile. Mediante microscopia a fluorescenza, sono stati condotti studi di distribuzione sub-cellulare, dai quali è emerso che F2 non colocalizza né a livello mitocondriale nè lisosomiale; quest’ultima evidenza lo renderebbe un vettore stabile per farmaci acido-labili. Inoltre, la mancata internalizzazione del fullerene a livello nucleare escluderebbe la possibilità di un danno diretto a carico del materiale genetico. In parallelo sono stati condotti i primi esperimenti sul coniugato F2-DOX ma le prove di citotossicità hanno indicato che il coniugato, nella linea MCF7 ed MCF7/ADR, ha attività irrilevante rispetto alla Doxorubicina libera. Tuttavia risulta che la Doxorubicina trasportata da F2 viene internalizzata maggiormente nella linea MCF7/ADR rispetto alla linea MCF7, contrariamente a quanto avviene con il farmaco libero. È possibile quindi affermare che F2 si potrebbe dimostrare un valido vettore per eludere il problema della multidrug resistence nei confronti di farmaci antitumorali causata dall’attività estrusiva della pompa P-gp. L’ostacolo da superare rimane quindi la scelta del farmaco da coniugare visto che questo ipotetico vettore non entra nel nucleo (e che quindi la Doxorubicina e altri antitumorali ad azione nucleare non potrebbero svolgere le proprie funzioni) nelle linee studiate. In alternativa si potrebbe pensare di legare il farmaco al fullerene attraverso un legame più debole in modo da facilitarne il rilascio citosolico. Dal momento che molti studi di tossicità hanno mostrato risultati contraddittori ed i meccanismi molecolari di questa classe di nanomateriali non sono ancora pienamente compresi abbiamo effettuato un’analisi dell’intero trascrittoma sfruttando la tecnologia Illumina. I dati ottenuti mediante l’utilizzo di questa tecnica di next generation sequencing (RNA-Seq) hanno confermato l'evidenza sperimentale raccolta con i precedenti studi in vitro dimostrando che F3 è sicuramente il derivato che causa più alterazioni sulle MCF7, sia a livello molecolare che cellulare. Tuttavia è stato osservato che F2 è in grado di pregiudicare le stesse vie molecolari, anche se con un'intensità molto più bassa. Il risultato più importante, e inaspettato, emerso dalle nostre analisi è stato certamente la mancanza di prove molecolari riguardanti l'attivazione delle vie principali che portano alla morte cellulare e spesso legati alla tossicità fullerene, come descritto in letteratura. Apoptosi, autofagia o stress da produzione di ROS non sembrano essere inclusi tra gli effetti molecolari più rilevanti di F3, che al contrario sono principalmente legati all'arresto della trascrizione e alla sintesi proteica, fenomeni che conducono all’arresto della divisione e all'entrata in fase G0. L'analisi di RNA-seq è stata in grado di identificare diversi effetti addizionali dei fullereni che non erano state precedentemente descritti, offrendo una panoramica completa delle alterazioni di espressione genica indotte da questi composti sull’intero trascrittoma. Quindi la combinazione di analisi molecolari su larga scala e saggi di vitalità potrebbe rappresentare un valido strumento per una migliore comprensione della tossicità dei fullereni ed altri nanomateriali.
XXV Ciclo
1984

2012/2013
Materiali e rivestimenti nanostrutturati possono potenzialmente apportare significativi cambiante nel campo della nanoscienze, nonché offrire una nuova generazione di materiali con caratteristiche e performance migliori. A questo proposito le tecniche computazionali diventano uno strumento fondamentale, in grado di ridurre notevolmente i tempi che vanno dall’idea iniziale al prodotto finito. La simulazione molecolare permette infatti la previsione delle proprietà macroscopiche prima che i materiali vengano preparati e caratterizzati sperimentalmente; consente inoltre una migliore comprensione dei fenomeni fisici su scala nanometrica. In questo lavoro di tesi sono presentati alcuni casi studio in cui vengono proposte diverse procedure computazionali per affrontare importanti aspetti come la bagnabilità della superficie, l’effetto della dimensione e della forma delle nanoparticelle e i loro meccanismi di aggregazione/dispersione. In questo contesto, si è dimostrata la vasta applicabilità della modellazione molecolare evidenziando quindi come questa rappresenti un potente strumento per comprendere e controllare le proprietà finali di materiali nanostrutturati, aprendo così la strada ad una progettazione in silico di nuovi materiali.
Nanostructured materials and coatings have the potential to change materials science significantly, as well as to provide a new generation of materials with a quantum improvement in properties. In this regard computational materials science becomes a powerful tool. It is able to rapidly reduce the time from concept to end product. Molecular simulation enables the prediction of properties of these new materials before preparation, processing, and experimental characterization, as well as a better understanding of the physical phenomena at the nanoscale level. In this thesis we present several study cases in which we propose different computational recipes to deal with different important topics such as surface wettability, effect of nanoparticles size and shape and nanoparticles aggregation/dispersion. In this context, we demonstrate the broad applicability of the molecular modelling and we ascertain that molecular simulation represent a powerful tool to understand and control the nanomaterials properties thus opening avenues for the in silico design of new materials.
XXVI Ciclo
1985