Littérature scientifique sur le sujet « Idrogeli »

In una prospettiva di produzione energetica il piů possibile diversificata e distribuita il biofueling rappresenta oggi un interessante opportunitŕ. In questo ambito lo sviluppo di tecnologie volte alla produzione biologica di idrogeno attraverso l'utilizzo di rifiuti provenienti da industrie zootecniche e agroalimentari raggiunge il duplice obiettivo di produrre energia pulita e di ridurre gli impatti ambientali derivanti dallo smaltimento dei rifiuti stessi. L'idrogeno, per la sua elevata efficienza di conversione, rinnovabilitŕ e natura non inquinante č considerato il vettore energetico del futuro. Lo scopo del presente lavoro č quello di studiare il processo di produzione d'idrogeno potenziale dal solo letame e in codigestione con scotta e glicerolo. La produzione biologica di idrogeno č stata studiata in reattori batch sottoposti ad agitazione e mantenuti a 37°C. Un primo set di esperimenti č stato condotto per valutare gli effetti della sterilizzazione sulle rese di produzione di idrogeno. I risultati hanno mostrato che il processo di sterilizzazione delle biomasse incrementa fino a tre volte la produttivitŕ. Un secondo set di esperimenti č stato allestito per migliorare la produzione di idrogeno da letame tramite codigestione con scotta e glicerolo in differenti rapporti percentuali. I risultati hanno mostrato che la codigestione incrementa la resa dal 24% al 78%.

The new national IdroGEO web platform allows the navigation, social sharing and download of data, maps, reports of the Italian Landslide Inventory, national hazard maps, and risk indicators. It is a tool for communication and dissemination of information to support decisions in risk mitigation policies, land use planning, preliminary design of infrastructures, prioritization of mitigation measures, management of civil protection emergencies, and environmental impact assessment. The challenges that have been faced during the design and development of the platform concern usability, access on multiple devices (smartphones, tablets, desktops), interoperability, transparency, reuse of information and software in the public sector, and improvement of the updating of the Italian Landslide Inventory. The methodologies and solutions adopted to address them include Progressive Web Application (PWA), Application Programming Interface (API), open standards, open libraries, and software. A landslide inventory management system has been developed via REST API for data entry and approval workflow in order to maintain the inventory in a distributed and collaborative manner. As a result, IdroGEO provides a public service for citizens, public administration, and professionals, using the “mobile first” approach and with scalable and reliable architecture. IdroGEO represents a solid infrastructure for the interoperability of data that serves as the foundation for creating a first knowledge-graph on landslides and the community who manages them.

Lo scopo di questo lavoro è quello di valutare la spettroscopia, quale tecnica di indagine neuroradiologica, prendendone in esame i vari aspetti. Per fare ciò vengono illustrate dapprima le basi fisiche, quindi quelle tecniche per poi passare alle basi neurobiologiche. Nella seconda parte dell'articolo si esaminano le applicazioni cliniche facendo in particolare riferimento alla propria esperienza diretta. Le patologie considerate sono quella tumorale, la demielinizzante, l'epilessia e le malattie infettive. Dall'analisi di questi dati, congiuntamente alle esperienze riportate in letteratura si tenta di giungere alla definizione delle potenzialità e dell'effettivo ruolo di questa tecnica in ambito clinico.

I biomateriali per applicazioni di ingegneria dei tessuti devono soddisfare diversi requisiti, come sicurezza, biocompatibilità e caratteristiche meccaniche appropriate. Il processo di sviluppo di questi biomateriali comprende diversi approcci scientifici, che vanno dall' in-silico all'in-vivo. L'ottimizzazione in silico delle caratteristiche dei biomateriali sta attirando un'attenzione sempre maggiore. Infatti, il miglioramento di questo approccio consentirà di ridurre i costi aggiuntivi nel processo di sviluppo dei biomateriali, a causa di caratterizzazioni sperimentali non necessarie. Secondo questo punto di vista, in questa tesi viene presentato un approccio di dinamica molecolare per la caratterizzazione dei biomateriali. Più in dettaglio, gli scaffold degli idrogel di peptidi autoassemblanti (SAP) sono stati studiati su nanoscala e microscala, al fine di chiarire le loro relazioni intrinseche struttura-proprietà-funzione. Le dinamiche molecolari atomistiche a grana grossa (CG-MD) sono state utilizzate per studiare i meccanismi di auto-assemblamento che portano alla formazione di scaffold peptidici. A causa della mancanza di informazioni strutturali cruciali nelle simulazioni CG-MD, l'innovativa suite software, denominata Morphoscanner, è stata impiegata per la classificazione dei modelli di aggregazione conformazionale dei SAP. Quindi, le proprietà meccaniche e i meccanismi di rottura delle nanostrutture SAP sono stati studiati attraverso le simulazioni MD vincolate. Queste evidenze hanno portato allo sviluppo di un approccio CG-MD che mira a chiarire la complessa interazione tra membrane cellulari e nanofibrille SAP. In particolare, le simulazioni MARTINI CG-MD sono state utilizzate per comprendere gli effetti della nanofibrille peptidiche sulla dinamica dei domini lipidici nelle membrane neurali. Tali risultati aprono nuove dimensioni nel campo della biomateriomica, consentendo di comprendere ed eventualmente controllare i complessi fenomeni che influenzano le proprietà meccaniche e la biocompatibilità dei biomateriali a base peptidica per applicazioni di ingegneria tissutale.
Biomaterials for tissue engineering applications have to comply with several requirements, such as safety, biocompatibility and appropriate mechanical features. The development process of these biomaterials encompasses several scientific approaches, ranging from in-silico to in-vivo. The in-silico optimization of biomaterials features is attracting even larger attention. Indeed, the improvement of this approach will allow to reduce additional costs int the biomaterials development process, due to unnecessary experimental characterizations. According to this point-of-view, in this thesis is presented a molecular dynamics approach for biomaterial characterization. More in details, self-assembling peptides (SAPs) hydrogels scaffolds have been investigated at the nano-scale and micro-scale, to elucidate their intrinsic structure-property-function relationships. The atomistic and coarse-grained molecular dynamics (CG-MD) have been used for the elucidation of self-assembling pathways of peptide-based scaffolds. Due to the lack of crucial structural information in CG-MD simulations, the innovative software suite, dubbed Morphoscanner, has been employed for the elucidation of conformational aggregation patterns of SAPs. Then, the mechanical properties and failure mechanisms of SAPs nanostructures have been investigated through the steered MD simulations. These evidences led the development of a CG-MD approach aiming to elucidate the complex interplay between cell membranes and SAPs nanofibrils. In particular, MARTINI CG-MD simulations have been used for understanding the effects of SAPS nanofibril on dynamics of lipid domains in neural membranes. Such achievements open up new dimensions in the field of biomateriomics, allowing to understand and eventually orchestrate the complex phenomena which affect the mechanical properties and biocompatibility of SAPs biomaterials for tissue engineering applications.

Quando vengono gestite grandi quantità di sostanze pericolose come gas infiammabili i requisiti di sicurezza per il loro trasporto e distribuzione sono molto stringenti. L'affidabilità strutturale delle infrastrutture di trasporto può trasformarsi in un'efficace misura di prevenzione e mitigazione degli effetti legati agli scenari incidentali, indotti da pericoli naturali come terremoti, frane, alluvioni o tsunami. Il presente lavoro di tesi è indirizzato alla valutazione del rischio Na-Tech sismico di pipeline di idrogeno al variare della tipologia costruttiva e considerando le analisi di pericolosità sismica locali (Hazard), sia per pipeline specifiche di nuova costruzione che utilizzando network preesistenti per la distribuzione di gas naturale, considerando quindi idrogeno in miscela con metano. Sulla base dei dati osservazionali, la vulnerabilità sismica della pipeline è stata valutata utilizzando le informazioni della PSHA di ogni sito preso in esame e le informazioni sulle fragility della tipologia di pipeline utilizzate per il trasporto di idrogeno, inoltre si è effettuata la Probit Analysis come un semplice strumento statistico. Dai risultati ottenuti tramite le formulazioni empiriche di valutazione della probabilità di danno, risulta che le pipeline di idrogeno fatte con HDPE hanno una performance migliore rispetto alle pipeline in acciaio per quanto riguarda la tipologia interrata.

L'infarto miocardico rappresenta al giorno d'oggi una delle principali cause di moralità in tutto il mondo e le tradizionali strategie terapeutiche non risultano essere particolarmente efficienti ed efficaci nel ripristinare la funzionalità del miocardio infartuato. In alternativa alle tradizionali terapie, le innovative strategie terapeutiche, quali cardiopatch impiantabili e gli idrogel iniettabili, garantiscono ottimi standard in termini di proprietà meccaniche, elettroconduttive, vitalità e proliferazione cellulare. Sebbene entrambi gli approcci risultino particolarmente efficaci, l'applicazione di un singolo sistema potrebbe portare ad una efficacia terapeutica limitata. Una possibile soluzione, in ottica futura, potrebbe essere quella di combinare entrambe le terapie e ottenere così i vantaggi di entrambi i sistemi

This work deals with a study on the feasibility of a new process, aimed at the production of hydrogen from water and ethanol (a compound obtained starting from biomasses), with inherent separation of hydrogen from C-containing products. The strategy of the process includes a first step, during which a metal oxide is contacted with ethanol at high temperature; during this step, the metal oxide is reduced and the corresponding metallic form develops. During the second step, the reduced metal compound is contacted at high temperature with water, to produce molecular hydrogen and with formation of the original metal oxide. In overall, the combination of the two steps within the cycle process corresponds to ethanol reforming, where however COx and H2 are produced separately. Various mixed metal oxides were used as electrons and ionic oxygen carriers, all of them being characterized by the spinel (inverse) structure typical of Me ferrites: MeFe2O4 (Me=Co, Ni, Fe or Cu). The first step was investigated in depth; it was found that besides the generation of the expected CO, CO2 and H2O, the products of ethanol anaerobic oxidation, also a large amount of H2 and coke were produced. The latter is highly undesired, since it affects the second step, during which water is fed over the pre-reduced spinel at high temperature. The behavior of the different spinels was affected by the nature of the divalent metal cation; magnetite was the oxide showing the slower rate of reduction by ethanol, but on the other hand it was that one which could perform the entire cycle of the process more efficiently. Still the problem of coke formation remains the greater challenge to solve.

I temi trattati nell’elaborato riguardano l’ingegneria dei tessuti biologici, una branca di ricerca applicata in via di sviluppo grazie alla coordinazione di specialisti appartenenti alle aree biomediche, scientifiche e tecnologiche. L’ingegneria dei tessuti biologici si avvale di cellule viventi e di supporti innovativi per sviluppare la creazione di tessuti biologici funzionali che siano in grado di ripristinare una struttura biologica danneggiata. La progettazione coinvolge l’utilizzo di tre importanti componenti: cellule, scaffold e bioreattori. I biomateriali utilizzati per la costruzione di scaffold possono essere naturali o sintetici, ma devono comunque possedere proprietà imprescindibili come la biocompatibilità, la porosità, la biodegradabilità e le caratteristiche meccaniche appartenenti al tessuto che si vuole riprodurre. I materiali più diffusi che vengono utilizzati in questo campo sono gli idrogel, particolari polimeri reticolati idrofili, che non si dissolvono grazie alla loro struttura chimico-fisica. Tra gli idrogel di origine naturale sono compresi anche gli idrogel di alginato, la cui caratteristica è la capacità di formare gel ionici grazie alla presenza di cationi bivalenti. In particolare, il metodo di fabbricazione qui riportato, prevede la formazione di idrogel di alginato fabbricato usando ioni calcio e sfere di gelatina come porogeno in uno scaffold nel quale vengono incapsulate cellule HepG2. La gelatina a bassa temperatura infatti permette di formare “perle” che successivamente si disciolgono a temperature fisiologiche creando pori negli idrogel già carichi di cellule. Le proprietà meccaniche del gel possono essere controllate in quanto dipendono dalla percentuale di alginato presente in soluzione, dal tipo e dalla densità di reticolazione e infine dalla porosità dello scaffold.

Hydrogels are unique materials composed of hydrophilic gelators linked together in a three-dimensional network capable of encapsulating large amounts of water. These materials are easily adaptable to different application areas i.e. biomedical areas, agriculture, removal of heavy metals from water or in food industry. In this thesis, some eco-sustainable gelators have been selected as starting materials to develop hydrogels that possess characteristics related to the selected applications. For this purpose, zwitterionic amine oxide surfactants and polysaccharides, i.e. alginate and chitosan, were selected for their ability to form hydrogels by modulating their concentration or by adding crosslinking agents. In Section B, several common techniques were selected to fully characterize the two polysaccharides in order to determine their structural features, which can affect the hydrogels properties. In Section C, the hydrogels were prepared based on the selected application areas i.e. bioconversion, food packaging and cultural heritage. The effect of surfactants structure and immobilization into hydrogel structure on the catalytic properties of Candida rugosa lipase (CRL) was investigated. The selected amine oxide surfactants exploited an improvement of the enzymatic activity as a function of the morphology of the micellar aggregates; in particular, by varying the headgroup size and the chain length, the micelles shift from spherical to rod-like leading to an increased hydrolytic activity. Furthermore, CRL was effectively entrapped in alginate hydrogel beads formed by ionotropic gelation induced by calcium ions. Different bead formulations were prepared and the effect of their morphology on the catalytic properties of CRL was assessed by studying two model reactions. The immobilized lipase showed noticeable recyclability and improved thermostability compared to the free enzyme. Part of this study was addressed to the application of chitosan-based hydrogels to prepare membranes applicable as eco-friendly food packaging material. Chitosan-succinate films were prepared, starting by their hydrogel form, by solvent casting method using glycerol as plasticizer. The NaOH-neutralized membranes, compared to the non-neutralized ones, showed improved mechanical and physicochemical properties. The formation of amide bonds between chitosan and succinic acid, suggested by the FTIR analysis, was then confirmed by acid-base titration. The prepared membranes are currently under preliminary study as novel food packaging for pecorino cheese samples. The last part of this thesis is included in a wider project focused on “Product and process innovation for maintenance, preservation and sustainable programmed restoration of cultural heritage” (Smart Cities and Communities and Social Innovation on Cultural Heritage project). It aimed at the improvement of the restoration and maintenance intervention on stone-based cultural heritages. For this purpose, novel approaches to reduce microbial colonization from stone materials were developed using classic oxidant biocidal agents supported in alginate hydrogels. Novel ionically crosslinked alginate hydrogels, which contain oxidative biocides were developed and tested. All hydrogel formulations were able to eliminate biofilms from the stone surface, keeping the chromaticity and capillary properties of the cleaned stones unchanged. To assess the presence of residues, any type of surface alteration and to evaluate the hygroscopic behavior of the stone samples, microscopic techniques, colorimetry and 1H-NMR T2 relaxation measurements have been performed. They were applied both on a laboratory scale, using calcarenite specimens artificially colonized by filamentous cyanobacteria and green microalgae and “in situ” on stone artworks in rupestrian churches of “Sassi of Matera”.

In questo lavoro di tesi è stata investigata la possibilità di utilizzare particolari composti inorganici chiamati metallo-esacianometallati per la produzione elettrochimica di idrogeno. In particolare, elettrodi di glassy carbon (GC) sono stati modificati con TiO2-esacianometallati, come il cobalto-esacianoferrato (CoHCF), indio-esacianoferrato (InHCF) e nichel-cobalto esacianoferrato (NiCoHCF) e le loro performance per la produzione elettrocatalitica di idrogeno sono state esaminate con e senza esposizione alla luce UV. La spettroscopia IR e diffrazione dei raggi X di polveri (XRD) sono stati utilizzate per studiare la morfologia e la struttura dei campioni di TiO2 modificata con metallo-esacianoferrati. La caratterizzazione elettrochimica è stata eseguita attraverso voltammetria ciclica (CV) e cronopotenziometria. Per ottimizzare le condizioni, l'influenza di alcuni parametri tra cui la quantità di catalizzatori nella composizione dell’elettrodo ed il pH dell'elettrolita di supporto sono stati esaminati nel processo di produzione di idrogeno. Gli studi effettuati utilizzando gli elettrodi modificati, evidenziano la migliore performance quando l’elettrodo è modificato con TiO2-InHCF ed è esposto a luce UV. L'elettrodo proposto mostra diversi vantaggi tra cui un lungo ciclo di vita, basso costo, ottima performance e facilità di preparazione su larga scala, potrebbe quindi essere considerato un candidato ideale per la produzione elettrocatalitica di idrogeno.

Il tessuto muscolare scheletrico costituisce circa il 40% della massa corporea ed è di fondamentale importanza per un organismo in quanto è responsabile dei movimenti, della postura e dell’equilibrio, oltre che di importanti funzioni metaboliche. La perdita di questo tessuto può essere causata da una malattia progressiva oppure da un danno accidentale e tuttavia il muscolo scheletrico ha la capacità di rigenerarsi in modo rapido e completo così da prevenire la perdita di massa muscolare. Le cellule satelliti, cellule localizzate tra la membrana plasmatica e la lamina basale di ciascuna fibra, sono considerate le cellule staminali muscolari: in occasione di un qualsiasi processo degenerativo, esse vengono attivate ed iniziano a proliferare. Le cellule figlie migrano per formare catene di cellule satelliti disposte longitudinalmente sotto la lamina basale, qui si fondono tra di loro o con altri miotubi preesistenti per formare nuove fibre muscolari multinucleate. Le cellule satelliti hanno una limitata capacità proliferativa e probabilmente non possono sostenere molteplici cicli di rigenerazione durante fasi ripetute di degenerazione e rigenerazione, ciò è verosimilmente la causa della natura progressiva delle distrofie muscolari. L’ingegneria tissutale del muscolo, ovvero l’utilizzo di un’impalcatura artificiale a supporto di mioblasti/cellule staminali, sta delineandosi da alcuni anni come una strategia terapeutica innovativa per la cura di molte malattie del sistema muscolare scheletrico. Lo scopo dell’ingegneria tissutale è recuperare tessuti ed organi persi, danneggiati o compromessi, partendo da cellule proliferanti in coltura per terminare con strutture cellulari differenziate tessuto-simili. La matrice extracellulare (ECM) gioca un ruolo essenziale nel determinare il comportamento delle cellule durante i processi di rimodellamento tissutale che portano a strutturare tissuti maturi. Quindi, è auspicabile controllare il differenziamento cellulare durante la rigenerazione del tessuto, mimando l’ECM mediante l’uso di materiali ingegnerizzati. La modifica delle proprieta’ biofisiche e meccaniche di questi biomateriali puo’ essere usata come strategia per indurre risposte cellulari specifiche. Inoltre, un biomateriale iniettabile sotto forma di idrogel, avendo queste caratteristiche, ha come vantaggio ulteriore quello di essere facilmente engrafted in vivo al fine di trasportare cellule staminali e/o molecole bioattive per promuovere il rinnovamento tissutale. La nostra ricerca ha avuto come scopo l’utilizzo di un idrogel iniettabile fatto di glicole polietilenico (PEG) coniugato al fibrinogeno, il PEG-fibrinogeno (PF). Questo biomateriale è stato usato come scaffold per la ricostruzione muscolare in vitro ad opera di mesoangioblasti (Mabs), cellule progenitrici mesodermiche associate ai vasi, e di mioblasti (cellule satelliti, SCs) isolati freschi. Inoltre il PF è stato testato come carrier per il delivery dei Mabs in vivo al fine di incrementare il processo rigenerativo di muscoli danneggiati. Gli scaffold di PF usati per le colture in tre-dimensioni in vitro hanno permesso una buona sopravvivenza cellulare ed hanno accelerato il processo differenziativo in muscolo scheletrico, portando alla formazione di miotubi contrattili entro le ventriquattro ore (normalmente, le colture in due dimensioni richiedono tre giorni prima di esibire la formazione di miotubi). Inoltre, utilizzando il biomateriale con un disegno più complesso, cioè contenente al suo interno dei microcanali creati con la microablazione laser, il PF ha permesso l’allineamento delle cellule lungo i canali, quindi il differenziamento e la formazione di fibre muscolari mature ben orientate. In una prima serie di esperimenti in vivo siamo riusciti ad indurre il differenziamento di tessuti simil muscolo da PF e Mabs impiantati sotto la cute in topi immunodeficienti. Il PF ha mostrato di essere in grado di promuovere la crescita ed il differenziamento dei precursori miogenici, proprio come accade in vitro, portando alla formazione di un vero e proprio organoide, senza dare segni di tumorigenicità. Nella seconda serie di esperimenti in vivo, invece, il PF è stato usato come carrier di Mabs in muscoli danneggiati (tibiali anteriori) di topi immunodeficienti. La presenza del PF ha permesso un’aumentata sopravvivenza delle cellule trapiantate, una migliore ritenzione cellulare in situ e un complessivo miglioramento nell’engraftment cellulare, che si è tradotto in una più rapida rigenerazione del tessuto danneggiato. In conclusione, i biomateriali ed in particolare gli idrogel come il PF possono essere facilmente utilizzati per il trasferimento di cellule muscolari scheletriche, mediante una semplice procedura di iniezione one-step, e quindi potrebbero avere un enorme impatto nel trattamento di patologie degenerative a carico dei muscoli scheletrici, come la distrofia muscolare.
Tissue engineering aims to replace lost, damaged or failing tissue and organs, starting with cultured proliferating cells and ending with tissue-like structures. The extracellular matrix (ECM) plays a pivotal role in determining cell behavior during tissue remodelling processes leading to complete differentiated structures. Therefore it is desirable to control cell differentiation during tissue regeneration by mimicking the ECM using engineered biomaterials. To modify the biophysical and mechanical properties of these biomaterials can be used as a strategy to elicit specific cellular responses. Moreover, an injectable hydrogel biomaterial, having such capabilities, should have the advantage to be easily engrafted in vivo in order to carry stem cell and/or bioactive molecules to promote tissue renewal. Our research is thus focused on the use of an injectable hydrogel made from polyethylene glycol (PEG) conjugated to Fibrinogen. The PEG-Fibrinogen (PF) is used as scaffold for in vitro muscle reconstruction, seeded and cultured with mesoangioblasts (vessel associated progenitor cells) and freshly isolated muscle satellite cells (SCs). The PF, which can be controlled in terms of its matrix modulus, is tested in vivo as mesoangioblast carrier for muscle regeneration. The PF scaffold used for in vitro 3-D cultures promoted good survival of miogenic precursors and accelerated skeletal muscle differentiation (contractile myotubes) within 24 hours (normally, 2-D cultures take three days to exhibit myotube formation). The confining geometry of the microchannels created with microablation in the PF scaffolds promoted the development of oriented mature muscle fibers. Sub-cutaneous PF/miogenic precursors implants in Rag2 Chain -/- mice were able to form a “muscle organoid”. Finally, in vivo experiments using PF as a cell carrier showed increased transplanted cell survival, ameliorated in situ cellular retention and an overall improvement in cell engraftment. Injectable hydrogel biomaterials can be readily applied for skeletal muscle cell delivery by a simple one-step injection procedure and could have a noteworthy impact in the treatment of muscular dystrophy.

Il seguente elaborato analizza il ciclo di vita dell'idrogeno, a partire dal processo produttivo fino alle sue possibili applicazioni. In particolare si sofferma sulla produzione di idrogeno tramite elettrolisi e sulla sua applicazione all'interno di fuel cells nell'ambito dei trasporti, per ottenere ed utilizzare energia totalmente ad emissioni zero.