Academic literature on the topic 'Settore FIS/07 - FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA)'

The accurate monitoring of cell electrical activity is of fundamental importance for pharmaceutical research and pre-clinical trials that impose to check the cardiotoxicity of all new drugs. Traditional methods for preclinical evaluation of drug cardiotoxicity exploit animal models, which tend to be expensive, low throughput, and exhibit species-specific differences in cardiac physiology (Mercola, Colas and Willems, 2013). Alternative approaches use heterologous expression of cardiac ion channels in non-cardiac cells transfected with genetic material. However, the use of these constructs and the inhibition of specific ionic currents alone is not predictive of cardiotoxicity. Drug toxicity evaluation based on the human ether-à-go-go-related gene (hERG) channel, for example, leads to a high rate of false-positive cardiotoxic compounds, increasing drug attrition at the preclinical stage. Consequently, from 2013, the Comprehensive in Vitro Proarrhythmia Assay (CiPA) initiative focused on experimental methods that identify cardiotoxic drugs and to improve upon prior models that have largely used alterations in the hERG potassium ion channel. The most predictive models for drug cardiotoxicity must recapitulate the complex spatial distribution of the physiologically distinct myocytes of the intact adult human heart. However, intact human heart preparations are inherently too costly, difficult to maintain, and, hence, too low throughput to be implemented early in the drug development pipeline. For these reasons the optimization of methodologies to differentiate human induced Pluripotent Stem Cells (hiPSCs) into cardiomyocytes (CMs) enabled human CMs to be mass-produced in vitro for cardiovascular disease modeling and drug screening (Sharma, Wu and Wu, 2013). These hiPSC-CMs functionally express most of the ion channels and sarcomeric proteins found in adult human CMs and can spontaneously contract. Recent results from the CiPA initiative have confirmed that, if utilized appropriately, the hiPSC-CM platform can serve as a reliable alternative to existing hERG assays for evaluating arrhythmogenic compounds and can sensitively detect the action potential repolarization effects associated with ion channel–blocking drugs (Millard et al., 2018). Data on drug-induced toxicity in hiPSC-CMs have already been successfully collected by using several functional readouts, such as field potential traces using multi-electrode array (MEA) technology (Clements, 2016), action potentials via voltage-sensitive dyes (VSD) (Blinova et al., 2017) and cellular impedance (Scott et al., 2014). Despite still under discussion, scientists reached a consensus on the value of using electrophysiological data from hiPSC-CM for predicting cardiotoxicity and how it’s possible to further optimize hiPSC-CM-based in vitro assays for acute and chronic cardiotoxicity assessment. In line with CiPA, therefore, the use of hiPSC coupled with MEA technology has been selected as promising readout for these kind of experiments. These platforms are used as an experimental model for studying the cardiac Action Potentials (APs) dynamics and for understanding some fundamental principles about the APs propagation and synchronization in healthy heart tissue. MEA technology utilizes recordings from an array of electrodes embedded in the culture surface of a well. When cardiomyocytes are grown on these surfaces, spontaneous action potentials from a cluster of cardiomyocytes, the so called functional syncytium, can be detected as fluctuations in the extracellular field potential (FP). MEA measures the change in FP as the action potential propagates through the cell monolayer relative to the recording electrode, neverthless FP in the MEA do not allows to recapitualte properly the action potential features. It is clear, therefore, that a MEA technology itself is not enough to implement cardiotoxicity assays on hIPSCs-CMs. Under this issue, researchers spread in the world started to think about solutions to achieve a platform able to works both at the same time as a standard MEA and as a patch clamp, allowing the recording of extracellular signals as usual, with the opportunity to switch to intracellular-like signals from the cytosol. This strong interest stimulated the development of methods for intracellular recording of action potentials. Currently, the most promising results are represented by multi-electrode arrays (MEA) decorated with 3D nanostructures that were introduced in pioneering papers (Robinson et al., 2012; Xie et al., 2012), culminating with the recent work from the group of H. Park (Abbott et al., 2017) and of F. De Angelis (Dipalo et al., 2017). In these articles, they show intracellular recordings on electrodes refined with 3D nanopillars after electroporation and laser optoporation from different kind of cells. However, the requirement of 3D nanostructures set strong limitations to the practical spreading of these techniques. Thus, despite pioneering results have been obtained exploiting laser optoporation, these technologies neither been applied to practical cases nor reached the commercial phase. This PhD thesis introduces the concept of meta-electrodes coupled with laser optoporation for high quality intracellular signals from hiPSCs-CM. These signals can be recorded on high-density commercial CMOS-MEAs from 3Brain characterized by thousands of electrode covered by a thin film of porous Platinum without any rework of the devices, 3D nanostructures or circuitry for electroporation7. Subsequently, I attempted to translate these unique features of low invasiveness and reliability to other commercial MEA platforms, in order to develop a new tool for cardiac electrophysiological accurate recordings. The whole thesis is organized in three main sections: a first single chapters that will go deeper in the scientific and technological background, including an explanation of the cell biology of hiPSCs-CM followed by a full overview of MEA technology and devices. Then, I will move on state-of-the-art approaches of intracellular recording, discussing many works from the scientific literature. A second chapter will describe the main objectives of the whole work, and a last chapter with the main results of the activity. A final chapter will resume and recapitulate the conclusion of the work.

Intracellular chloride and pH are fundamental regulators of neuronal excitability and they are often co-modulated during excitation-inhibition activity. The study of their homeostasis requires simultaneous measurements in vivo in multiple neurons. Combining random mutagenesis screening, protein engineering and two-photon-imaging this thesis work led to the discovery of new chloride-sensitive GFP mutants and to the establishment of ratiometric imaging procedures for the quantitative combined imaging of intraneuronal pH and chloride. These achievements have been demonstrated in vivo in the mouse cortex, in real-time monitoring the dynamic changes of ions concentrations during epileptic-like discharges, and in glioblastoma primary cells, measuring osmotic swelling responses to various drugs treatment.

The goal of this thesis is the discovery of a bioinformatics solution for network-based predictive analysis of NGS data, in which network structures can substitute gene lists as a more rich and complex signature of disease. I have focused on methods for network stability, network inference and network comparison, as additional components of the pipeline and as methods to detects outliers in high-throughput datasets. Besides a first work on GEO datasets, the main application of my pipeline has been on original data from the FDA SEQC (Sequencing Quality Control)project. Here I will report some initial findings to which I have contributed with methods and analysis: as the corresponding papers are being submitted. My goal is to provide a comprehensive tool for network reconstruction and network comparison as an R package and user-friendly web service interface available on-line at https://renette.fbk.eu The goal of this thesis is the discovery of a bioinformatics solution for network-based predictive analysis of NGS data, in which network structures can substitute gene lists as a more rich and complex signature of disease. I have focused on methods for network stability, network inference and network comparison, as additional components of the pipeline and as methods to detects outliers in high-throughput datasets. Besides a first work on GEO datasets, the main application of my pipeline has been on original data from the FDA SEQC (Sequencing Quality Control)project. Here I will report some initial findings to which I have contributed with methods and analysis: as the corresponding papers are being submitted. My goal is to provide a comprehensive tool for network reconstruction and network comparison as an R package and user-friendly web service interface available on-line at https://renette.fbk.eu.

I materiali inorganici sono stati i protagonisti dell'industria dei semiconduttori negli ultimi quarant'anni. Tuttavia, c'è stato un continuo interesse nella ricerca e nell'applicazione di semiconduttori organici (OSC) per dispositivi elettronici, grazie alla loro possibilità di essere processati a bassa temperatura, su substrati flessibili e di essere fabbricati utilizzando diverse strategie. Grazie a queste caratteristiche, questi dispositivi elettronici organici stanno rapidamente emergendo come biosensori, con un alto potenziale per diventare piattaforme point-of-care. Uno dei dispositivi piu´utilizzati è il Transistor Elettrochimico Organico (OECT). Gli OECT possono trasdurre e amplificare segnali elettrici o rilevare analiti biologici previa funzionalizzazione con specifiche unità di bioriconoscimento. Gli OECT operano a basso voltaggio, sono facili da fabbricare su diversi substrati e sono compatibili con l'ambiente acquoso, quindi possono interfacciarsi con sistemi biologici. La configurazione di un OECT include un elettrodo di gate che modula la corrente nel canale attraverso un elettrolita, che può essere non solo una soluzione tampone ma anche un fluido biologico complesso. Quando gli OECT vengono utilizzati come biosensori, il meccanismo di rilevamento si basa sulla variazione di corrente generata da reazioni specifiche con l'analita di interesse. Durante il mio dottorato di ricerca, mi sono concentrata sulla progettazione, fabbricazione e validazione di biosensori basati su OECT per il rilevamento di biomarcatori clinici, mostrando il loro alto potenziale come piattaforma di rilevamento. Abbiamo sviluppato sensori verso vari analiti, da molecole a proteine, usando diverse strategie per dotare il dispositivo di selettività verso gli analiti. In particolare, ho anche dimostrato la possibilità di integrare gli OECT nelle piante, come esempio di interfaccia con sistemi viventi. Nei primi due articoli, abbiamo sviluppato OECT stampati, che presentano PEDOT:PSS come semiconduttore sul canale. Nel primo caso, il dispositivo presenta anche un elettrodo di gate PEDOT:PSS che è stato ulteriormente funzionalizzato con gelatina biocompatibile e l'enzima ureasi per garantire la selettività verso l'urea. Il biosensore è stato in grado di monitorare diverse concentrazioni di urea con un limite di detection di 1µM. Nel secondo articolo l'elettrodo di gate di carbonio stampato è stato prima modificato con platino e succesivamente abbiamo assicurato la selettività verso l'acido urico, un biomarcatore rilevante per l'infezione, intrappolando l'urato ossidasi in una membrana a doppio strato ionico. Il biosensore ha mostrato un limite di rilevamento e selettività di 4,5 µM anche in essudato artificiale. Nel terzo articolo abbiamo progettato un biosensore per la detection di interleuchina-6 (IL6) in grado di rilevare i livelli di citochina in concentrazioni pM. Il meccanismo di rilevamento si basa sul legame specifico tra un aptamero, utilizzato come unità di rilevamento sull'elettrodo di gate, e l'IL6 in soluzione. Nel quarto articolo abbiamo presentato un sensore, basato sull'enzima glucosio ossidasi (GOx) per rilevare l'esportazione di glucosio da cloroplasti. Abbiamo dimostrato il monitoraggio di glucosio in tempo reale con una risoluzione di 1 minuto. Nel secondo articolo, abbiamo sviluppato sensori impiantabili per il monitoraggio in vivo e in tempo reale del trasporto di zuccheri nelle piante. I biosensori presentano un elettrodo di gate multienzimatico per conferire specificità per il glucosio e il saccarosio. In particolare, i dispositivi non hanno causato singificativi danni al tessuto, dimostrando che gli OECT possono rappresentatere soluzioni alternative per studiare processi fisiologici.
Inorganic materials have been the main players of the semiconductor industry for the past forty years. However, there has been a continuous growth in the research and in the application of organic semiconductors (OSCs) as active material in electronic devices, due to the possibility to process these materials at low temperature, on flexible substrates and fabricate them on large-area. Because of these features, organic electronic devices are rapidly emerging as biosensors, with a high potential for becoming a high-throughput tool for point-of-care. One of the most studied platform is the Organic Electrochemical Transistor (OECT). OECTs have been used as biosensors to transduce and amplify electrical signals or detect biological analytes upon proper functionalization with specific biorecognition units. OECTs can operate at low voltages, they are easy to fabricate on different substrates and compatible with the aqueous environment, therefore can be interfaced with living systems. The OECT device configuration includes a gate electrode that modulates the current in the channel through an electrolyte, which can be a buffered solution or a complex biological fluid. When OECTs are operated as biosensors, the sensing mechanism relies on the current variation generated from specific reactions with the analyte of interest. During my PhD, I focused on design, fabrication and validation of different OECT-based biosensors for the detection of biomarkers for healthcare applications, showing their high potential as sensing platform. We developed sensors towards different analytes, ranging from small molecules to proteins, with ad hoc strategies to endow the device with selectivity towards the species of interest. Most notably, I also demonstrated the possibility of integrating OECTs in plants, as an example of interfacing living systems. In the first two papers, we developed screen printed OECTs, presenting PEDOT:PSS as semiconducting material on the channel. In the first case, the device featured also a PEDOT:PSS gate electrode which was further functionalized with biocompatible gelatin and the enzyme urease to ensure selectivity toward urea. The biosensor was able to monitor increasing urea concentrations with a limit of detection of 1µM. In the second paper the screen-printed carbon gate electrode was first modified with platinum and then we ensured selectivity towards analyte uric acid, a relevant biomarker for wound infection, by entrapping urate oxidase in a dual-ionic-layer hydrogel membrane. The biosensor exhibited a 4.5µM limit of detection and selectivity even in artificial wound exudate. In the third paper we designed an interleukin-6 (IL6) OECT based biosensor able to detect cytokine levels down to the pM regime in PBS buffer. The mechanism of detection relies on the specific binding between an aptamer, used as sensing unit on the gate electrode, and the IL6 in solution, allowing for detection ranging from physiological to pathological levels. In the last two papers we developed OECT based biosensors to be interfaced with the plant world. In the fourth paper we presented a sensor functionalized with glucose oxidase (GOx) to detect glucose export from chloroplast. In particular, we demonstrated real-time glucose monitoring with temporal resolution of 1 minute. In the second paper, we developed implantable OECT-based sugar sensors for in vivo, real time monitoring of sugar transport in poplar trees. The biosensors presented a multienzyme-functionalized gate for specificity towards glucose and sucrose. Most notably, the OECT sensors did not cause a significant wound response in the plant, demonstrating that OECT-based sensors are attractive tools for studying transport kinetics in plants.

The conundrum of the Origin of Life has always fascinated humankind, given its intimate relation with a fundamental question such as {it ``where do we come from?"}. In order to answer this question, from centuries the scholars of the field have studied the conditions present in our Universe and on our planet at the age when Life emerged, and tested whether Life could raise in such a complex scenario. A general pathway has been defined to recapitulate the origin of Life from simple inorganic chemicals up to complex systems, and it inevitably passes through the so-called {it"RNA World"}; a stage on our Earth when Life consisted of long linear polymers of RNA both carrying genetic information and catalyzing their very own replication and supporting a primitive metabolism. Still, up to nowadays we lack a good explanation of how long biopolymers could have formed on the ancient Earth, given that RNA phosphodiester bonds are intrinsically unstable and that the most common models of non-enzymatic polymerization result in very short products. The necessity to define a complete pathway for the origin of Life has pushed us to develop a new model to drive the formation of a ribozyme, based on the self-assembly of nucleic acids molecules. Exploiting a wide set of tools belonging to the fields of molecular biology, chemistry and soft matter physics, in this work we show that the self-assembly and supramolecular ordering of nucleic acids is a phenomenon with deep roots in their very physicochemical properties, leading to the emergence of liquid crystal ordering in mixtures of nucleosides having different chemical modifications and polymerization state. The formation of long physical polymers with discontinuities or completely lacking a backbone, while still structured following Watson-Crick selectivity, raises questions on the origin of the famous double helix, which seems now to be found in the features of single nucleosides interactions. In this thesis the effect of supramolecular organization and symmetry breaking on short RNA oligomers and chemically activated nucleosides is described and characterized, showing that the chemical reactivity is altered favoring the formation of long linear polymers, and highlighting a new potential pathway for the Origin of Life.

My PhD Thesis work, developed in Veneto Nanotech Laboratories (Nanofab in Marghera, LaNN in Padova and ECSIN in Rovigo), was aimed at the exploitation of the Surface Plasmon Resonance (SPR) phenomenon for the set-up of biosensing platforms for clinical and environmental applications. In particular, two types of SPR-based platforms were set-up and optimised: the first one was an oligonucleotide-based platform for the detection of Cystic Fibrosis (CF) causing mutations while the second one was an antibody-based platform for the detection of Legionella pneumophila whole cells. Both sensors are based on the same detection strategy, exploiting the advantages of using a highly sensitive Grating Coupled - Surface Plasmon Resonance (GC-SPR) enhanced spectroscopy method, designed using a conical illumination configuration for label-free molecular detection. Concerning DNA platform for Cystic Fibrosis, a strategy for the detection of some of the most frequent mutations responsible for CF among the Italian population is investigated. For the detection of the CF mutations, gold sinusoidal gratings are used as sensing surfaces, and the specific biodetection is achieved through the usage of allele specific oligonucleotide (ASO) DNA hairpin probes, designed for single nucleotide discrimination. Substrates were used to test unlabeled PCR amplified homozygous wild type (wt) and heterozygous samples (wt/mut) - deriving from clinical samples - for the screened mutations. Hybridisation conditions were optimised to obtain the maximum discrimination ratio (DR) between the homozygous wild type and the heterozygous samples. SPR signals obtained from hybridising wild type and heterozygous samples showed DRs able to identify univocally the correct genotypes, as confirmed by fluorescence microarray experiments run in parallel. Furthermore, SPR genotyping was not impaired in samples containing unrelated DNA, allowing the platform to be used for the parallel discrimination of several alleles also scalable for a high throughput screening setting. Concerning antibody platform for Legionella pneumophila bacteria detection, a strategy for the exploitation of the SPR phenomenon to develop a fully automated platform for fast optical detection of Legionella pneumophila pathogens was investigated. The legal limit of L. pneumophila in a high-risk hospital environment in Italy is 102 CFU/L, and the gold standard for its identification is a time consuming microbiological culture method, that requires up to 7 days. Starting from these considerations a sensitive GC-SPR system was applied to the detection of L. pneumophila to test the detection limit of the developed sensing device in term of detectable bacterium CFU. The detection was accurately set up and precisely optimised firstly through the usage of flat gold functionalised slides to be then translated to sinusoidal gold gratings for label-free GC-SPR detection using ellipsometer, in order to ensure a reproducible and precise identification of bacteria. Through azimuthally-controlled GC-SPR, 10 CFU were detected, while in the case of fluorescence analysis results, a negative readout is obtained if incubating less than 104 CFU. Successful results were obtained when incubating environmental derived samples. This detection platform could be implemented as a prototype in which water and air samples will be sequentially concentrated, injected into a microfluidic system, and delivered to the SPR sensor for analysis. The peculiar Grating Coupled - Surface Plasmon Resonance method applied for this work has therefore revealed to be an accurate and highly sensitive strategy – with multiplexing possibility - for the sensing and detecting of different kind of biomolecules, from DNA fragments to whole bacteria cell.
Il mio lavoro di Tesi di Dottorato, sviluppato presso i laboratori Veneto Nanotech (Nanofab a Marghera, LaNN a Padova ed ECSIN a Rovigo), ha avuto come obiettivo l’utilizzo della tecnologia di risonanza plasmonica di superficie (SPR – Surface Plasmon Resonance) per lo sviluppo di piattaforme biosensoristiche per applicazioni clinica ed ambientali. In particolare, durante il lavoro di Dottorato sono state messe a punto due piattaforme SPR: la prima piattaforma utilizza sonde oligonucleotidiche a DNA per l'individuazione di mutazioni causanti fibrosi cistica (CF) mentre la seconda utilizza anticorpi per il rilevamento di cellule di Legionella pneumophila. Entrambi i sensori sono basati sulla stessa strategia di rilevamento, ovvero l’utilizzo di una metodologia Grating Coupled – Surface Plasmon Resonance (GC-SPR) progettata utilizzando una configurazione conica di illuminazione ad azimut rotato per la rilevazione diretta – senza passaggi di marcatura, label-free – dell’analita in esame. Per quanto riguarda la piattaforma a DNA per la fibrosi cistica, si è sviluppata una strategia per l'individuazione di alcune delle mutazioni più frequenti responsabili CF tra la popolazione italiana. Per la rilevazione di tali mutazioni le superfici di analisi utilizzate sono grigliati sinusoidali, e la rilevazione specifica delle sequenze di interesse si ottiene attraverso l'utilizzo di oligonucleotidi allele-specifici (ASO – allele specific oligonucleotide) con struttura ad hairpin, disegnati per la discriminazione di un singolo nucleotide. I substrati plasmonici sono stati utilizzati per testare campioni wild-type ed eterozigoti (wt/mut) per le mutazioni in esame, amplificati tramite PCR a partire da campioni clinici. Le condizioni di ibridazione sono state ottimizzate per ottenere il rapporto di discriminazione (DR – discrimination ratio) massimo tra campioni wild-type ed eterozigoti. I segnali SPR ottenuti ibridando campioni wild-type e campioni eterozigoti hanno mostrato DR in grado di identificare univocamente i genotipi corretti, come confermato da esperimenti di fluorescenza in microarray eseguiti in parallelo. Inoltre la genotipizzazione ottenuta tramite SPR non è stata inficiata in campioni contenenti DNA interferente, consentendo quindi di utilizzare la piattaforma per la discriminazione in parallelo dei diversi alleli, e la possibilità futura di scalare il sistema con un approccio di high throughput screening. Per quanto riguarda la piattaforma ad anticorpi per la rilevazione di Legionella pneumophila, la medesima strategia basata su GC-SPR è stata messa a punto per ottenere una rilevazione rapida e sensibile di tale patogeno. Il limite legale di L. pneumophila in ambienti ospedalieri ad alto rischio in Italia è di 102 UFC/L (unità formanti colonia) e la metodologia di riferimento per la sua identificazione è una tecnica di coltura microbiologica che richiede tempi di attesa fino a 7 giorni. Partendo da tali considerazioni un sistema GC-SPR altamente sensibile è stato sviluppato ed applicato per la rivelazione di L. pneumophila: la rivelazione è stata accuratamente impostata ed ottimizzata con un ceppo standard del battere, prima attraverso l'utilizzo di superfici d’oro non nanostrutturate (flat) opportunamente funzionalizzate ed analizzate tramite fluorescenza, e successivamente attraverso reticoli sinusoidali (grating) d’oro analizzati tramite elissometria GC-SPR. Attraverso la metodologia GC-SPR ad azimut rotato è stato possibile rilevare fino a 10 UFC, mentre con l’analisi in fluorescenza non è stato possibile identificare quantitativi di battere inferiori a 104 UFC. Risultati positivi sono stati ottenuti anche incubando campioni di L. pneumophila isolati direttamente dall’ambiente ospedaliero. Questa piattaforma di rilevazione potrà essere implementata come prototipo in cui campioni di acqua e aria potranno venir sequenzialmente concentrati, iniettati in un sistema di microfluidica, ed incubati sulla superficie del sensore SPR per l'analisi, obiettivi questi del progetto POSEIDON (Horizon2020) attualmente in corso. La particolare metodologia GC-SPR ad azimut rotato applicata in questo lavoro di Tesi si è dimostrata essere una strategia accurata e altamente sensibile - con possibilità di multiplexing - per la rilevazione di diversi tipi di biomolecole, a partire da frammenti di DNA fino ad intere cellule batteriche.

I materiali zirconiferi, in particolare i silicati di zirconio e l’ossido di zirconio, vengono ampiamente utilizzati in diverse applicazioni industriali: fra queste, l’industria delle piastrelle ceramiche e di produzione dei materiali refrattari ne consuma quantitativi consistenti. Misure di spettrometria gamma condotte su diversi campioni di materiale zirconifero (farine di zirconio e sabbie zirconifere) utilizzati nell’industria ceramica per la produzione del gres porcellanato e delle piastrelle smaltate, hanno messo in evidenza valori di concentrazione di attività superiori a quelli presenti mediamente sulla crosta terrestre (35, 30 Bqkg-1 per il 238U e il 232Th, rispettivamente [Unscear, 2000]). L’aggiunta del materiale zirconifero nella preparazione delle piastrelle ceramiche in particolare di quelle smaltate (in una percentuale in peso pari al 10-20%) del gres porcellanato (in una percentuale in peso di 1-10%) e delle lamine di gres porcellanato “sottile” (in una percentuale in peso dell’ordine del 30%), conferisce al prodotto finale un alto grado di bianco, buone caratteristiche meccaniche ed un elevato effetto opacizzante, ma comporta anche un arricchimento in radionuclidi naturali. L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è stato quello di mettere a punto una metodologia (teorica e sperimentale) per valutare l’incremento di esposizione che possono ricevere un lavoratore standard di una industria ceramica ed una persona del pubblico che soggiorna in un ambiente rivestito con piastrelle. Da un lato, la presenza di radioattività nelle sabbie zirconifere, utilizzate come materie prime per la produzione di piastrelle, porta a considerare il problema dell’incremento di esposizione che può subire un lavoratore impiegato in ambiente di lavoro dove sono stoccati e manipolati consistenti quantitativi di materiale, dall’altro il contenuto di radioattività nel prodotto finito porta a considerare l’esposizione per una persona della popolazione che soggiorna in una stanza rivestita con materiale ceramico. Le numerose misure effettuate, unitamente allo sviluppo dei modelli necessari per valutare le dosi di esposizione per le persone del pubblico e dei lavoratori impiegati nel processo di produzione di piastrelle ceramiche, hanno permesso di mettere a punto una procedura che fornisce le garanzie necessarie per dichiarare accettabili le condizioni di lavoro nelle industrie ceramiche e più in generale il rispetto delle norme radioprotezionistiche per gli occupanti di ambienti rivestiti con piastrelle italiane.

I materiali zirconiferi, in particolare i silicati di zirconio e l’ossido di zirconio, vengono ampiamente utilizzati in diverse applicazioni industriali: fra queste, l’industria delle piastrelle ceramiche e di produzione dei materiali refrattari ne consuma quantitativi consistenti. Misure di spettrometria gamma condotte su diversi campioni di materiale zirconifero (farine di zirconio e sabbie zirconifere) utilizzati nell’industria ceramica per la produzione del gres porcellanato e delle piastrelle smaltate, hanno messo in evidenza valori di concentrazione di attività superiori a quelli presenti mediamente sulla crosta terrestre (35, 30 Bqkg-1 per il 238U e il 232Th, rispettivamente [Unscear, 2000]). L’aggiunta del materiale zirconifero nella preparazione delle piastrelle ceramiche in particolare di quelle smaltate (in una percentuale in peso pari al 10-20%) del gres porcellanato (in una percentuale in peso di 1-10%) e delle lamine di gres porcellanato “sottile” (in una percentuale in peso dell’ordine del 30%), conferisce al prodotto finale un alto grado di bianco, buone caratteristiche meccaniche ed un elevato effetto opacizzante, ma comporta anche un arricchimento in radionuclidi naturali. L’obiettivo principale di questo lavoro di tesi è stato quello di mettere a punto una metodologia (teorica e sperimentale) per valutare l’incremento di esposizione che possono ricevere un lavoratore standard di una industria ceramica ed una persona del pubblico che soggiorna in un ambiente rivestito con piastrelle. Da un lato, la presenza di radioattività nelle sabbie zirconifere, utilizzate come materie prime per la produzione di piastrelle, porta a considerare il problema dell’incremento di esposizione che può subire un lavoratore impiegato in ambiente di lavoro dove sono stoccati e manipolati consistenti quantitativi di materiale, dall’altro il contenuto di radioattività nel prodotto finito porta a considerare l’esposizione per una persona della popolazione che soggiorna in una stanza rivestita con materiale ceramico. Le numerose misure effettuate, unitamente allo sviluppo dei modelli necessari per valutare le dosi di esposizione per le persone del pubblico e dei lavoratori impiegati nel processo di produzione di piastrelle ceramiche, hanno permesso di mettere a punto una procedura che fornisce le garanzie necessarie per dichiarare accettabili le condizioni di lavoro nelle industrie ceramiche e più in generale il rispetto delle norme radioprotezionistiche per gli occupanti di ambienti rivestiti con piastrelle italiane.