Vibrational dynamics and structure of natural feldspars

The present study gives a contribution to the knowledge on the Na-feldspar and plagioclases, extending the database of the Raman spectra of plagioclases with different chemical compositions and structural orders. This information may be used for the future planetary explorations by “rovers”, for the investigation of ceramics nanocrystal materials and for the mineralogical phase identification in sediments. Na-feldspar and plagioclase solid solution have been investigated by Raman spectroscopy in order to determine the relationships between the vibrational changes and the plagioclase crystal chemistry and structure. We focused on the Raman micro-spectroscopy technique, being a non-destructive method, suited for contactless analysis with high spatial resolution. Chemical and structural analyses have been performed on natural samples to test the usefulness of Raman spectroscopy as a tool in the study of the pressure-induced structural deformations, the disordering processes due to change in the Al-Si distribution in the tetrahedral sites and, finally, in the determination of the anorthitic content (Anx) in plagioclase minerals. All the predicted 39 Ag Raman active modes have been identified and assigned to specific patterns of atomic vibrational motion. A detailed comparison between experimental and computed Raman spectra has been performed and previous assignments have been revised, solving some discrepancies reported in recent literature. The ab initio calculation at the hybrid HF/DFT level with the WC1LYP Hamiltonian has proven to give excellent agreement between calculated and experimentally measured Raman wavenumbers and intensities in triclinic minerals. A short digression on the 36 infrared active modes of Na-feldspar has been done too. The identification of all 39 computed Raman modes in the experimentally measured spectra of the fully ordered Na-feldspar, known as low albite, along with the detailed description of each vibrational mode, has been essential to extend the comparative analysis to the high pressure and high temperature structural forms of albite, which reflect the physical–chemical conditions of the hosting rocks. The understanding of feldspar structure response to pressure and temperature is crucial in order to constrain crustal behaviour. The compressional behaviour of the Na-feldspar has been investigated for the first time by Raman spectroscopy. The absence of phase transitions and the occurrence of two secondary compression mechanisms acting at different pressures have been confirmed. Moreover, Raman data suggest that the internal structural changes are confined to a small pressure interval, localized around 6 GPa, not spread out from 4 to 8 GPa as suggested by previous X-rays studies on elasticity. The dominant compression mechanisms act via tetrahedral tilting, while the T-O bond lengths remain nearly constant at moderate compressional regimes. At the spectroscopic level, this leads to the strong pressure dependencies of T-O-T bending modes, as found for the four modes at 478, 508, 578 and 815 cm-1. The Al-Si distribution in the tetrahedral sites affects also the Raman spectrum of Na-feldspar. In particular, peak broadening is more sensitive than peak position to changes in the degree of order. Raman spectroscopy is found to be a good probe for local ordering, in particular being sensitive to the first annealing steps, when the macroscopic order parameter is still high. Even though Raman data are scattered and there are outliers in the estimated values of the degree of order, the average peak linewidths of the Na-feldspar characteristic doublet band, labelled here as υa and υb, as a function of the order parameter Qod show interesting trends: both peak linewidths linearly increase until saturation. From Qod values lower than 0.6, peak broadening is no more affected by the Al-Si distribution. Moreover, the disordering process is found to be heterogeneous. SC-XRD and Raman data have suggested an inter-crystalline inhomogeneity of the samples, i.e., the presence of regions with different defect density on the micrometric scale. Finally, the influence of Ca-Na substitution in the plagioclase Raman spectra has been investigated. Raman spectra have been collected on a series of well characterized natural, low structural plagioclases. The variations of the Raman modes as a function of the chemical composition and the structural order have been determined. The number of the observed Raman bands at each composition gives information about the unit-cell symmetry: moving away from the C1 structures, the number of the Raman bands enhances, as the number of formula units in the unit cell increases. The modification from an “albite-like” Raman spectrum to a more “anorthite-like” spectrum occurs from sample An78 onwards, which coincides with the appearance of c reflections in the diffraction patterns of the samples. The evolution of the Raman bands υa and υb displays two changes in slope at ~An45 and ~An75: the first one occurs between e2 and e1 plagioclases, the latter separates e1 and I1 plagioclases with only b reflections in their diffraction patterns from I1 and P1 samples having b and c reflections too. The first variation represents exactly the e2→e1 phase transitions, whereas the second one corresponds in good approximation to the C1→I1 transition, which has been determined at ~An70 by previous works. The I1→P1 phase transition in the anorthite-rich side of the solid solution is not highlighted in the collected Raman spectra. Variations in peak broadening provide insights into the behaviour of the order parameter on a local scale, suggesting an increase in the structural disorder within the solid solution, as the structures have to incorporate more Al atoms to balance the change from monovalent to divalent cations. All the information acquired on these natural plagioclases has been used to produce a protocol able to give a preliminary estimation of the chemical composition of an unknown plagioclase from its Raman spectrum. Two calibration curves, one for albite-rich plagioclases and the other one for the anorthite-rich plagioclases, have been proposed by relating the peak linewidth of the most intense Raman band υa and the An content. It has been pointed out that the dependence of the composition from the linewidth can be obtained only for low structural plagioclases with a degree of order not far away from the references. The proposed tool has been tested on three mineralogical samples, two of meteoric origin and one of volcanic origin. Chemical compositions by Raman spectroscopy compare well, within an error of about 10%, with those obtained by elemental techniques. Further analyses on plagioclases with unknown composition will be necessary to validate the suggested method and introduce it as routine tool for the determination of the chemical composition from Raman data in planetary missions.

Endometrial response toward bovine herpesvirus 4 infection

Metriti ed endometriti sono le patologie maggiormente responsabili delle perdite economiche negli allevamenti bovini da latte, specialmente nel periodo successivo al parto. Mentre le metriti coinvolgono e si sviluppano in tutto l’utero e sono caratterizzate dalla presenza di sintomi sistemici, le endometriti consistono in una infiammazione che riguarda il solo endometrio, con la presenza di perdite purulente, distruzione della superficie epiteliale, congestione vascolare, edema stromale ed accumulo di linfociti e plasmacellule. Queste patologie, inoltre, possono causare, disfunzione ovarica, con conseguente infertilità e riduzione sia dell’efficienza riproduttiva della vacca sia della produzione stessa di latte. Nonostante queste malattie siano, nella maggior parte dei casi, correlate all’instaurarsi di infezioni batteriche, che possono subentrare nell’utero direttamente durante il parto, il ruolo di alcuni virus nello sviluppo di queste patologie è stato recentemente approfondito e la correlazione tra l’ Herpesvirus Bovino 4 e l’insorgere di metriti ed endometriti è stata dimostrata. L’ Herpesvirus Bovino 4 (BoHV-4) è un gamma-herpesvirus ed il suo genoma è costituito da una molecola lineare di DNA a doppio filamento con una struttura genomica di tipo B, caratterizzata dalla presenza di un’unica lunga sequenza centrale (LUR) fiancheggiata da multiple sequenze poli-ripetute (prDNA). BoHV-4 è stato isolato sia da animali sani sia da animali con differenti patologie, tra cui malattie oculari e respiratorie, ma soprattutto da casi di metriti, endometriti, vaginiti o aborti. Generalmente, il ruolo svolto dal virus in questo tipo di patologie è associato alla compresenza di altri tipi di patogeni, che possono essere virus, come nel caso del Virus Della Diarrea Virale Bovina (BVDV), o più frequentemente batteri. Usualmente, l’iniziale difesa dell’endometrio bovino nei confronti dei microbi si fonda sul sistema immunitario innato e l’attivazione di specifici recettori cellulari determina la sintesi e la produzione di citochine e chemochine pro infiammatorie, che possono essere in grado di modulare la replicazione di BoHV-4. Il genoma di BoHV-4 possiede due principali trascritti per i geni Immediate Early (IE), trai quali ORF50/IE2 è il più importante ed il suo prodotto, Rta/ORF50, è fortemente conservato tra tutti gli Herpesvirus. Esso è responsabile della diretta trans-attivazione di numerosi geni virali e cellulari e può essere modulato da differenti stimoli extracellulari. Precedentemente è stato dimostrato come il TNF-, prodotto dalle cellule stromali e dai macrofagi all’interno dell’endometrio, in conseguenza ad infezione batterica, sia in grado di aumentare la replicazione di BoHV-4 attraverso l’attivazione del pathway di NFkB e direttamente agendo sul promotore di IE2. Per queste ragioni, è risultato di forte interesse investigare quali potessero essere, invece, i fattori limitanti la replicazione di BoHV-4. In questo lavoro è stata studiata la relazione tra cellule endometriali stromali bovine infettate con l’Herpesvirus Bovino 4 e l’interferon gamma (IFN-) ed è stata dimostrata la capacità di questa molecola di restringere la replicazione di BoHV-4 in maniera IDO1 indipendente ed IE2 dipendente. Inoltre, la presenza di alcuni elementi in grado di interagire con l’ IFN-γ, all’interno del promotore di IE2 di BoHV-4, ha confermato questa ipotesi. Basandoci su questi dati, abbiamo potuto supporre l’esistenza di uno stretto vincolo tra l’attivazione dell’asse dell’interferon gamma e la ridotta replicazione di BoHV-4, andando a porre le basi per una nuova efficiente cura e prevenzione per le patologie uterine. Poiché il meccanismo corretto attraverso il quale BoHV-4 infetta l’endometrio bovino non è ancora ben compreso, è stato interessante approfondire in maniera più accurata l’interazione presente tra il virus ed il substrato endometriale, analizzando le differenze esistenti tra cellule infettate e non, in termini di espressione genica. Basandoci su dati preliminari ottenuti attraverso analisi con RNA sequencing (RNAseq), abbiamo visto come numerosi geni risultino over-espressi in seguito ad infezione con BoHV-4 e come, tra questi, la Metalloproteasi 1 sia uno dei più interessanti, a causa delle sue possibili implicazioni nello sviluppo delle patologie dell’endometrio uterino bovino. Successive analisi, effettuate tramite westernblotting e real time PCR, sono state in grado di confermare tale dato, sottolineando l’efficacia di un nuovo approccio sperimentale, basato sul RNAseq, per lo studio dell’insorgenza delle patologie.