Studio dei raggi cosmici di altissima energia con il progetto EEE

Lo scopo del Progetto Extreme Energy Events (EEE) e` di studiare raggi cosmici di energia estrema, eventi molto rari ma ricchi di informazioni. La grande difficolta` nell'affrontare la fisica dei raggi cosmici di altissima energia risiede nel flusso estremamente basso con cui tali particelle giungono sulla terra. Si utilizzano infatti reti molto estese di rivelatori: le informazioni che si possono ricavare derivano dalla rivelazione delle particelle secondarie prodotte nello sviluppo di sciami estesi di raggi cosmici primari che interagiscono con l'atmosfera terrestre. Il Progetto EEE prevede di dislocare su tutto il territorio italiano un array di telescopi (costituiti da Multi Gap Resistive Plate Chambers) per raggi cosmici secondari. Il lavoro presentato riguarda la simulazione Monte Carlo degli sciami e lo studio delle loro caratteristiche, la simulazione delle prestazioni di griglie di rivelazione differenti ed infine l'analisi dei primi dati raccolti nei telescopi di Bologna, con il conseguente confronto con la simulazione.

The Time-Of-Flight detector of ALICE at LHC: construction, test and commissioning with cosmic rays

The Time-Of-Flight (TOF) detector of ALICE is designed to identify charged particles produced in Pb--Pb collisions at the LHC to address the physics of strongly-interacting matter and the Quark-Gluon Plasma (QGP). The detector is based on the Multigap Resistive Plate Chamber (MRPC) technology which guarantees the excellent performance required for a large time-of-flight array. The construction and installation of the apparatus in the experimental site have been completed and the detector is presently fully operative. All the steps which led to the construction of the TOF detector were strictly followed by a set of quality assurance procedures to enable high and uniform performance and eventually the detector has been commissioned with cosmic rays. This work aims at giving a detailed overview of the ALICE TOF detector, also focusing on the tests performed during the construction phase. The first data-taking experience and the first results obtained with cosmic rays during the commissioning phase are presented as well and allow to confirm the readiness state of the TOF detector for LHC collisions.

La matematica fuzzy nell'ingegneria dei materiali. Applicazioni alla durevolezza e alla conservazione dei materiali in opera nei siti archeologici

La ricerca presentata è un’ampia esplorazione delle possibili applicazioni di concetti, metodi e procedure della Fuzzy Logic all’Ingegneria dei Materiali. Tale nuovo approccio è giustificato dalla inadeguatezza dei risultati conseguiti con i soli metodi tradizionali riguardo alla reologia ed alla durabilità, all’utilizzo di dati di laboratorio nella progettazione e alla necessità di usare un linguaggio (informatizzabile) che consenta una valutazione congiunta degli aspetti tecnici, culturali, economici, paesaggistici della progettazione. – In particolare, la Fuzzy Logic permette di affrontare in modo razionale l’aleatorietà delle variabili e dei dati che, nel settore specifico dei materiali in opera nel costruito dei Beni Culturali, non possono essere trattati con i metodi statistici ordinari. – La scelta di concentrare l’attenzione su materiali e strutture in opera in siti archeologici discende non solo dall’interesse culturale ed economico connesso ai sempre più numerosi interventi in questo nuovo settore di pertinenza dell’Ingegneria dei Materiali, ma anche dal fatto che, in tali contesti, i termini della rappresentatività dei campionamenti, della complessità delle interazioni tra le variabili (fisiche e non), del tempo e quindi della durabilità sono evidenti ed esasperati. – Nell’ambito di questa ricerca si è anche condotto un ampio lavoro sperimentale di laboratorio per l’acquisizione dei dati utilizzati nelle procedure di modellazione fuzzy (fuzzy modeling). In tali situazioni si è operato secondo protocolli sperimentali standard: acquisizione della composizione mineralogica tramite diffrazione di raggi X (XRD), definizione della tessitura microstrutturale con osservazioni microscopiche (OM, SEM) e porosimetria tramite intrusione forzata di mercurio (MIP), determinazioni fisiche quali la velocità di propagazione degli ultrasuoni e rotoviscosimetria, misure tecnologiche di resistenza meccanica a compressione uniassiale, lavorabilità, ecc. – Nell’elaborazione dei dati e nella modellazione in termini fuzzy, la ricerca è articolata su tre livelli: a. quello dei singoli fenomeni chimico-fisici, di natura complessa, che non hanno trovato, a tutt’oggi, una trattazione soddisfacente e di generale consenso; le applicazioni riguardano la reologia delle dispersioni ad alto tenore di solido in acqua (calci, cementi, malte, calcestruzzi SCC), la correlazione della resistenza a compressione, la gelività dei materiali porosi ed alcuni aspetti della durabilità del calcestruzzo armato; b. quello della modellazione della durabilità dei materiali alla scala del sito archeologico; le applicazioni presentate riguardano i centri di cultura nuragica di Su Monte-Sorradile, GennaMaria-Villanovaforru e Is Paras-Isili; c. quello della scelta strategica costituita dalla selezione del miglior progetto di conservazione considerando gli aspetti connessi all’Ingegneria dei Materiali congiuntamente a quelli culturali, paesaggistici ed economici; le applicazioni hanno riguardato due importanti monumenti (Anfiteatro e Terme a Mare) del sito Romano di Nora-Pula.

Multiwavelenght study of cluster mergers and consequences for the radio emission properties of galaxy clusters

In the present thesis a thourough multiwavelength analysis of a number of galaxy clusters known to be experiencing a merger event is presented. The bulk of the thesis consists in the analysis of deep radio observations of six merging clusters, which host extended radio emission on the cluster scale. A composite optical and X–ray analysis is performed in order to obtain a detailed and comprehensive picture of the cluster dynamics and possibly derive hints about the properties of the ongoing merger, such as the involved mass ratio, geometry and time scale. The combination of the high quality radio, optical and X–ray data allows us to investigate the implications of the ongoing merger for the cluster radio properties, focusing on the phenomenon of cluster scale diffuse radio sources, known as radio halos and relics. A total number of six merging clusters was selected for the present study: A3562, A697, A209, A521, RXCJ 1314.4–2515 and RXCJ 2003.5–2323. All of them were known, or suspected, to possess extended radio emission on the cluster scale, in the form of a radio halo and/or a relic. High sensitivity radio observations were carried out for all clusters using the Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) at low frequency (i.e. ≤ 610 MHz), in order to test the presence of a diffuse radio source and/or analyse in detail the properties of the hosted extended radio emission. For three clusters, the GMRT information was combined with higher frequency data from Very Large Array (VLA) observations. A re–analysis of the optical and X–ray data available in the public archives was carried out for all sources. Propriety deep XMM–Newton and Chandra observations were used to investigate the merger dynamics in A3562. Thanks to our multiwavelength analysis, we were able to confirm the existence of a radio halo and/or a relic in all clusters, and to connect their properties and origin to the reconstructed merging scenario for most of the investigated cases. • The existence of a small size and low power radio halo in A3562 was successfully explained in the theoretical framework of the particle re–acceleration model for the origin of radio halos, which invokes the re–acceleration of pre–existing relativistic electrons in the intracluster medium by merger–driven turbulence. • A giant radio halo was found in the massive galaxy cluster A209, which has likely undergone a past major merger and is currently experiencing a new merging process in a direction roughly orthogonal to the old merger axis. A giant radio halo was also detected in A697, whose optical and X–ray properties may be suggestive of a strong merger event along the line of sight. Given the cluster mass and the kind of merger, the existence of a giant radio halo in both clusters is expected in the framework of the re–acceleration scenario. • A radio relic was detected at the outskirts of A521, a highly dynamically disturbed cluster which is accreting a number of small mass concentrations. A possible explanation for its origin requires the presence of a merger–driven shock front at the location of the source. The spectral properties of the relic may support such interpretation and require a Mach number M < ∼ 3 for the shock. • The galaxy cluster RXCJ 1314.4–2515 is exceptional and unique in hosting two peripheral relic sources, extending on the Mpc scale, and a central small size radio halo. The existence of these sources requires the presence of an ongoing energetic merger. Our combined optical and X–ray investigation suggests that a strong merging process between two or more massive subclumps may be ongoing in this cluster. Thanks to forthcoming optical and X–ray observations, we will reconstruct in detail the merger dynamics and derive its energetics, to be related to the energy necessary for the particle re–acceleration in this cluster. • Finally, RXCJ 2003.5–2323 was found to possess a giant radio halo. This source is among the largest, most powerful and most distant (z=0.317) halos imaged so far. Unlike other radio halos, it shows a very peculiar morphology with bright clumps and filaments of emission, whose origin might be related to the relatively high redshift of the hosting cluster. Although very little optical and X–ray information is available about the cluster dynamical stage, the results of our optical analysis suggest the presence of two massive substructures which may be interacting with the cluster. Forthcoming observations in the optical and X–ray bands will allow us to confirm the expected high merging activity in this cluster. Throughout the present thesis a cosmology with H0 = 70 km s−1 Mpc−1, m=0.3 and =0.7 is assumed.

Sviluppi di catalizzatori per l'abbattimento di NOx in presenza di ossigeno

Il traffico veicolare è la principale fonte antropogenica di NOx, idrocarburi (HC) e CO e, dato che la sostituzione dei motori a combustione interna con sistemi alternativi appare ancora lontana nel tempo, lo sviluppo di sistemi in grado di limitare al massimo le emissioni di questi mezzi di trasporto riveste un’importanza fondamentale. Sfortunatamente non esiste un rapporto ottimale aria/combustibile che permetta di avere basse emissioni, mentre la massima potenza ottenibile dal motore corrisponde alle condizioni di elevata formazione di CO e HC. Gli attuali sistemi di abbattimento permettono il controllo delle emissioni da sorgenti mobili tramite una centralina che collega il sistema di iniezione del motore e la concentrazione di ossigeno del sistema catalitico (posto nella marmitta) in modo da controllare il rapporto aria/combustibile (Fig. 1). Le marmitte catalitiche per motori a benzina utilizzano catalizzatori “three way” a base di Pt/Rh supportati su ossidi (allumina, zirconia e ceria), che, dovendo operare con un rapporto quasi stechiometrico combustibile/comburente, comportano una minore efficienza del motore e consumi maggiori del 20-30% rispetto alla combustione in eccesso di ossigeno. Inoltre, questa tecnologia non può essere utilizzata nei motori diesel, che lavorano in eccesso di ossigeno ed utilizzano carburanti con un tenore di zolfo relativamente elevato. In questi ultimi anni è cresciuto l’interesse per il controllo delle emissioni di NOx da fonti veicolari, con particolare attenzione alla riduzione catalitica in presenza di un eccesso di ossigeno, cioè in condizioni di combustione magra. Uno sviluppo recente è rappresentato dai catalizzatori tipo “Toyota” che sono basati sul concetto di accumulo e riduzione (storage/reduction), nei quali l’NO viene ossidato ed accumulato sul catalizzatore come nitrato in condizioni di eccesso di ossigeno. Modificando poi per brevi periodi di tempo le condizioni di alimentazione da ossidanti (aria/combustibile > 14,7 p/p) a riducenti (aria/combustibile < 14,7 p/p) il nitrato immagazzinato viene ridotto a N2 e H2O. Questi catalizzatori sono però molto sensibili alla presenza di zolfo e non possono essere utilizzati con i carburanti diesel attualmente in commercio. Obiettivo di questo lavoro di tesi è stato quello di ottimizzare e migliorare la comprensione del meccanismo di reazione dei catalizzatori “storage-reduction” per l’abbattimento degli NOx nelle emissioni di autoveicoli in presenza di un eccesso di ossigeno. In particolare lo studio è stato focalizzato dapprima sulle proprietà del Pt, fase attiva nei processi di storage-reduction, in funzione del tipo di precursore e sulle proprietà e composizione della fase di accumulo (Ba, Mg ed una loro miscela equimolare) e del supporto (γ-Al2O3 o Mg(Al)O). Lo studio è stato inizialmente focalizzato sulle proprietà dei precursori del Pt, fase attiva nei processi di storage-reduction, sulla composizione della fase di accumulo (Ba, Mg ed una loro miscela equimolare) e del supporto (γ-Al2O3 o Mg(Al)O). E’ stata effettuata una dettagliata caratterizzazione chimico-fisica dei materiali preparati tramite analisi a raggi X (XRD), area superficiale, porosimetria, analisi di dispersione metallica, analisi in riduzione e/o ossidazione in programmata di temperatura (TPR-O), che ha permesso una migliore comprensione delle proprietà dei catalizzatori. Vista la complessità delle miscele gassose reali, sono state utilizzate, nelle prove catalitiche di laboratorio, alcune miscele più semplici, che tuttavia potessero rappresentare in maniera significativa le condizioni reali di esercizio. Il comportamento dei catalizzatori è stato studiato utilizzando differenti miscele sintetiche, con composizioni che permettessero di comprendere meglio il meccanismo. L’intervallo di temperatura in cui si è operato è compreso tra 200-450°C. Al fine di migliorare i catalizzatori, per aumentarne la resistenza alla disattivazione da zolfo, sono state effettuate prove alimentando in continuo SO2 per verificare la resistenza alla disattivazione in funzione della composizione del catalizzatore. I principali risultati conseguiti possono essere così riassunti: A. Caratteristiche Fisiche. Dall’analisi XRD si osserva che l’impregnazione con Pt(NH3)2(NO2)2 o con la sospensione nanoparticellare in DEG, non modifica le proprietà chimico-fisiche del supporto, con l’eccezione del campione con sospensione nanoparticellare impregnata su ossido misto per il quale si è osservata sia la segregazione del Pt, sia la presenza di composti carboniosi sulla superficie. Viceversa l’impregnazione con Ba porta ad una significativa diminuzione dell’area superficiale e della porosità. B. Caratteristiche Chimiche. L’analisi di dispersione metallica, tramite il chemiassorbimento di H2, mostra per i catalizzatori impregnati con Pt nanoparticellare, una bassa dispersione metallica e di conseguenza elevate dimensioni delle particelle di Pt. I campioni impregnati con Pt(NH3)2(NO2)2 presentano una migliore dispersione. Infine dalle analisi TPR-O si è osservato che: Maggiore è la dispersione del metallo nobile maggiore è la sua interazione con il supporto, L’aumento della temperatura di riduzione del PtOx è proporzionale alla quantità dei metalli alcalino terrosi, C. Precursore Metallo Nobile. Nelle prove di attività catalitica, con cicli ossidanti e riducenti continui in presenza ed in assenza di CO2, i catalizzatori con Pt nanoparticellare mostrano una minore attività catalitica, specie in presenza di un competitore come la CO2. Al contrario i catalizzatori ottenuti per impregnazione con la soluzione acquosa di Pt(NH3)2(NO2)2 presentano un’ottima attività catalitica, stabile nel tempo, e sono meno influenzabili dalla presenza di CO2. D. Resistenza all’avvelenamento da SO2. Il catalizzatore di riferimento, 17Ba1Pt/γAl2O3, mostra un effetto di avvelenamento con formazione di solfati più stabili che sul sistema Ba-Mg; difatti il campione non recupera i valori iniziali di attività se non dopo molti cicli di rigenerazione e temperature superiori ai 300°C. Per questi catalizzatori l’avvelenamento da SO2 sembra essere di tipo reversibile, anche se a temperature e condizioni più favorevoli per il 1.5Mg8.5Ba-1Pt/γAl2O3. E. Capacità di Accumulo e Rigenerabilità. Tramite questo tipo di prova è stato possibile ipotizzare e verificare il meccanismo della riduzione. I catalizzatori ottenuti per impregnazione con la soluzione acquosa di Pt(NH3)2(NO2)2 hanno mostrato un’elevata capacità di accumulo. Questa è maggiore per il campione bimetallico (Ba-Mg) a T < 300°C, mentre per il riferimento è maggiore per T > 300°C. Per ambedue i catalizzatori è evidente la formazione di ammoniaca, che potrebbe essere utilizzata come un indice che la riduzione dei nitrati accumulati è arrivata al termine e che il tempo ottimale per la riduzione è stato raggiunto o superato. Per evitare la formazione di NH3, sul catalizzatore di riferimento, è stata variata la concentrazione del riducente e la temperatura in modo da permettere alle specie adsorbite sulla superficie e nel bulk di poter raggiungere il Pt prima che l’ambiente diventi troppo riducente e quindi meno selettivo. La presenza di CO2 riduce fortemente la formazione di NH3; probabilmente perché la CO2, occupando i siti degli elementi alcalino-terrosi lontani dal Pt, impedisce ai nitriti/nitrati o all’H2 attivato di percorrere “elevate” distanze prima di reagire, aumentando così le possibilità di una riduzione più breve e più selettiva. F. Tempo di Riduzione. Si è migliorata la comprensione del ruolo svolto dalla concentrazione dell’agente riducente e dell’effetto della durata della fase riducente. Una durata troppo breve porta, nel lungo periodo, alla saturazione dei siti attivi, un eccesso alla formazione di NH3 Attraverso queste ultime prove è stato possibile formulare un meccanismo di reazione, in particolare della fase riducente. G. Meccanismo di Riduzione. La mobilità dei reagenti, nitriti/nitrati o H2 attivato è un elemento fondamentale nel meccanismo della riduzione. La vicinanza tra i siti di accumulo e quelli redox è determinante per il tipo di prodotti che si possono ottenere. La diminuzione della concentrazione del riducente o l’aumento della temperatura concede maggiore tempo o energia alle specie adsorbite sulla superficie o nel bulk per migrare e reagire prima che l’ambiente diventi troppo riducente e quindi meno selettivo.

L'infiammazione intestinale nell'animale sperimentale come modello per lo sviluppo di nuovi farmaci: ruolo della via tachichininergica nelle malattie infiammatorie intestinali

Background: Several lines of evidence showed that inflammation is associated with changes in the expression of tachykinins both in human and animal models. Tachykinins, including substance P (SP), are small peptides expressed in the extrinsic primary afferent nerve fibres and enteric neurons of the gut: they exert their action through three distinct receptors, termed NK1, NK2 and NK3. SP modulates intestinal motility and enteric secretion, acting preferentially through the NK1 receptor. SP neural network and NK1 receptor expression are increased in patients with inflammatory bowel disease, and similar changes were observed in experimental models of inflammation. The 2,4 Dinitrobenzene Sulphonic Acid (DNBS) model of colitis is useful to study innate immunity, non-specific inflammation and wound healing; it has been suggested that the transmural inflammation seen in this model resembles that found in Crohn’s disease and can therefore be used to study what cells and mediators are involved in this type of inflammation. Aim: To test the possible protective effect of the NK1 receptor antagonist SSR140333 on: 1) acute model of intestinal inflammation; 2) reactivation of DNBS-induced colitis in rats. Methods: Acute colitis was induced in male SD rats by intrarectal administration of DNBS (15 mg/rat in 50% ethanol). Reactivation of colitis was induced by intrarectal injections of DNBS on day 28 (7.5 mg/rat in 35% ethanol). Animals were sacrificed on day 6 (acute colitis) and 29 (reactivation of colitis). SSR140333 (10 mg/kg) was administered orally starting from the day before the induction of colitis for 7 days (acute colitis) or seven days before the reactivation of colitis. Colonic damage was assessed by means of macroscopic and microscopic scores, myeloperoxidase activity (MPO) and TNF-α tissue levels. Enzyme immunoassay was used to measure colonic substance P levels. Statistical analysis was performed using analysis of variance (one-way or two-way, as appropriate) with the Bonferroni’s correction for multiple comparisons. Results: DNBS administration impaired body weight gain and markedly increased all inflammatory parameters (p<0.01). Treatment with SSR140333 10 mg/kg significantly counteracted the impairment in body weight gain, decreased macroscopic and histological scores and reduced colonic myeloperoxidase activity (p<0.01). Drug treatment counteracted TNF-α tissue levels and colonic SP concentrations (acute model). Similar results were obtained administering the NK1 receptor antagonist SSR140333 (3 and 10 mg/kg) for 5 days, starting the day after the induction of colitis. Intrarectal administration of DNBS four weeks after the first DNBS administration resulted in reactivation of colitis, with increases in macroscopic and histological damage scores and increase in MPO activity. Preventive treatment with SSR140333 10 mg/kg decreased macroscopic damage score, significantly reduced microscopic damage score but did not affect MPO activity. Conclusions: Treatment with SSR140333 significantly reduced intestinal damage in acute model of intestinal inflammation in rats. The NK1 receptor antagonist SSR140333 was also able to prevent relapse in experimental colitis. These results support the hypothesis of SP involvement in intestinal inflammation and indicate that NK receptor antagonists may have a therapeutic potential in inflammatory bowel disease.

Innovative analytical methods for Central Nervous System Drug analysis in biological fluids

During recent years a consistent number of central nervous system (CNS) drugs have been approved and introduced on the market for the treatment of many psychiatric and neurological disorders, including psychosis, depression, Parkinson disease and epilepsy. Despite the great advancements obtained in the treatment of CNS diseases/disorders, partial response to therapy or treatment failure are frequent, at least in part due to poor compliance, but also genetic variability in the metabolism of psychotropic agents or polypharmacy, which may lead to sub-therapeutic or toxic plasma levels of the drugs, and finally inefficacy of the treatment or adverse/toxic effects. With the aim of improving the treatment, reducing toxic/side effects and patient hospitalisation, Therapeutic Drug Monitoring (TDM) is certainly useful, allowing for a personalisation of the therapy. Reliable analytical methods are required to determine the plasma levels of psychotropic drugs, which are often present at low concentrations (tens or hundreds of nanograms per millilitre). The present PhD Thesis has focused on the development of analytical methods for the determination of CNS drugs in biological fluids, including antidepressants (sertraline and duloxetine), antipsychotics (aripiprazole), antiepileptics (vigabatrin and topiramate) and antiparkinsons (pramipexole). Innovative methods based on liquid chromatography or capillary electrophoresis coupled to diode-array or laser-induced fluorescence detectors have been developed, together with the suitable sample pre-treatment for interference removal and fluorescent labelling in case of LIF detection. All methods have been validated according to official guidelines and applied to the analysis of real samples obtained from patients, resulting suitable for the TDM of psychotropic drugs.

Campo gravitazionale uniforme e sistemi di riferimento uniformemente accelerati

E’ stato affrontato in modo approfondito lo studio dei campi gravitazionali della relatività generale (RG) che producono un’accelerazione uniforme, e si è confrontato tale studio con i sistemi si riferimento (SR) accelerati della relatività ristretta (RR). Nel corso di quest’analisi sono stati trovati alcuni aspetti non evidenziati in precedenza nella letteratura scientifica, di cui il più rilevante è il fatto che la metrica di Rindler produce un campo che, osservato con misure di tipo radar, appare uniforme a un osservatore solidale con il campo stesso. Si è inoltre trovata più di una metrica cui corrisponde un’accelerazione che non dipende dalla coordinata di partenza. Per il campo di Rindler è stata eseguita anche un’analisi approfondita, tramite un’applicazione diretta del principio di equivalenza (PE). La metodologia utilizzata e i risultati sono un contributo originale di questa tesi e sono di interesse da un punto di vista didattico. Nel corso dell’analisi delle proprietà del campo di Rindler sono stati analizzati in modo operativo: il confronto del ritmo di marcia di due orologi che si trovano a una quota differente, la deflessione dei raggi luminosi e la traiettoria di un corpo in caduta libera. Infine si è indagato sulla forma della metrica di una distribuzione di massa a simmetrica planare.

Development of original analytical methods for the therapeutic drug monitoring of CNS druges: Antipsychotics, Antidepressants and Anxiolytics-hypnotics

Great strides have been made in the last few years in the pharmacological treatment of neuropsychiatric disorders, with the introduction into the therapy of several new and more efficient agents, which have improved the quality of life of many patients. Despite these advances, a large percentage of patients is still considered “non-responder” to the therapy, not drawing any benefits from it. Moreover, these patients have a peculiar therapeutic profile, due to the very frequent application of polypharmacy, attempting to obtain satisfactory remission of the multiple aspects of psychiatric syndromes. Therapy is heavily individualised and switching from one therapeutic agent to another is quite frequent. One of the main problems of this situation is the possibility of unwanted or unexpected pharmacological interactions, which can occur both during polypharmacy and during switching. Simultaneous administration of psychiatric drugs can easily lead to interactions if one of the administered compounds influences the metabolism of the others. Impaired CYP450 function due to inhibition of the enzyme is frequent. Other metabolic pathways, such as glucuronidation, can also be influenced. The Therapeutic Drug Monitoring (TDM) of psychotropic drugs is an important tool for treatment personalisation and optimisation. It deals with the determination of parent drugs and metabolites plasma levels, in order to monitor them over time and to compare these findings with clinical data. This allows establishing chemical-clinical correlations (such as those between administered dose and therapeutic and side effects), which are essential to obtain the maximum therapeutic efficacy, while minimising side and toxic effects. It is evident the importance of developing sensitive and selective analytical methods for the determination of the administered drugs and their main metabolites, in order to obtain reliable data that can correctly support clinical decisions. During the three years of Ph.D. program, some analytical methods based on HPLC have been developed, validated and successfully applied to the TDM of psychiatric patients undergoing treatment with drugs belonging to following classes: antipsychotics, antidepressants and anxiolytic-hypnotics. The biological matrices which have been processed were: blood, plasma, serum, saliva, urine, hair and rat brain. Among antipsychotics, both atypical and classical agents have been considered, such as haloperidol, chlorpromazine, clotiapine, loxapine, risperidone (and 9-hydroxyrisperidone), clozapine (as well as N-desmethylclozapine and clozapine N-oxide) and quetiapine. While the need for an accurate TDM of schizophrenic patients is being increasingly recognized by psychiatrists, only in the last few years the same attention is being paid to the TDM of depressed patients. This is leading to the acknowledgment that depression pharmacotherapy can greatly benefit from the accurate application of TDM. For this reason, the research activity has also been focused on first and second-generation antidepressant agents, like triciclic antidepressants, trazodone and m-chlorophenylpiperazine (m-cpp), paroxetine and its three main metabolites, venlafaxine and its active metabolite, and the most recent antidepressant introduced into the market, duloxetine. Among anxiolytics-hypnotics, benzodiazepines are very often involved in the pharmacotherapy of depression for the relief of anxious components; for this reason, it is useful to monitor these drugs, especially in cases of polypharmacy. The results obtained during these three years of Ph.D. program are reliable and the developed HPLC methods are suitable for the qualitative and quantitative determination of CNS drugs in biological fluids for TDM purposes.

Problemi di diagnostica e restauro dei materiali decorativi nell'architettura Liberty in Emilia-Romagna

Le pietre artificiali ed i cementi artistici utilizzati durante la stagione Liberty rappresentano tutt’oggi un patrimonio artistico non ancora sufficientemente studiato. In seguito ad una ricerca bibliografica su testi e riviste dei primi anni del Novecento, è stata eseguita una ricognizione del patrimonio architettonico emiliano-romagnolo, al fine di valutarne i materiali e le tipologie di degrado più diffuse. Le città e le zone oggetto di studio sono state: Bologna, Ferrara, Modena e provincia, Reggio Emilia, Parma, Firenze, la Romagna e le Marche settentrionali. Tra gli edifici individuati sono state analizzate le decorazioni e gli intonaci di tre edifici ritenuti particolarmente significativi: il villino Pennazzi (noto anche come Villa Gina) a Borgo Panigale (Bologna), villa Verde a Bologna e l’ex-albergo Dorando Pietri a Carpi. Da tali edifici sono stati selezionati campioni rappresentativi delle diverse tipologie di decorazioni in pietra artificiale e successivamente sono stati caratterizzati in laboratorio tramite diffrattometria a raggi x (XRD), termogravimetria (TGA), microscopio ottico in sezioni lucide, microscopio elettronico a scansione (SEM) e porosimetria ad intrusione di mercurio (MIP). In particolare per Villa Verde sono state formulate e caratterizzate diverse tipologie di malte variando il tipo di legante ed il rapporto acqua/cemento, al fine di garantire la compatibilità fisico-meccanica con il supporto negli interventi di risarcimento delle lacune previsti nel restauro. L’attività sperimentale svolta ha permesso di mettere a punto un vero e proprio protocollo diagnostico per il restauro di questo tipo di decorazioni che potrà essere utilizzato sia nei casi di studio analizzati che per ogni futuro intervento.

Development of Original Analytical Methods for the Determination of Drugs of Abuse in Biological Samples

Drug abuse is a major global problem which has a strong impact not only on the single individual but also on the entire society. Among the different strategies that can be used to address this issue an important role is played by identification of abusers and proper medical treatment. This kind of therapy should be carefully monitored in order to discourage improper use of the medication and to tailor the dose according to the specific needs of the patient. Hence, reliable analytical methods are needed to reveal drug intake and to support physicians in the pharmacological management of drug dependence. In the present Ph.D. thesis original analytical methods for the determination of drugs with a potential for abuse and of substances used in the pharmacological treatment of drug addiction are presented. In particular, the work has been focused on the analysis of ketamine, naloxone and long-acting opioids (buprenorphine and methadone), oxycodone, disulfiram and bupropion in human plasma and in dried blood spots. The developed methods are based on the use of high performance liquid chromatography (HPLC) coupled to various kinds of detectors (mass spectrometer, coulometric detector, diode array detector). For biological sample pre-treatment different techniques have been exploited, namely solid phase extraction and microextraction by packed sorbent. All the presented methods have been validated according to official guidelines with good results and some of these have been successfully applied to the therapeutic drug monitoring of patients under treatment for drug abuse.

Development and performance assessment of a Plasma Focus electron beam generator for Intra-Operative Radiation Therapy

The Plasma Focus is a device designed to generate a plasma sheet between two coaxial electrodes by means of a high voltage difference. The plasma is then driven to collapse into a “pinch”, where thermonuclear conditions prevail. During the “pinch phase” charged particles are emitted, with two main components: an ion beam peaked forward and an electron beam directed backward. The electron beam emitted backward by Plasma Focus devices is being investigated as a radiation source for medical applications, using it to produce x-rays by interaction with appropriate targets (through bremsstrahlung and characteristic emission). A dedicated Plasma Focus device, named PFMA-3 (Plasma Focus for Medical Applications number 3), has been designed, put in operation and tested by the research groups of the Universities of Bologna and Ferrara. The very high dose rate (several gray per discharge, in less than 1 µs) is a peculiarity of this device that has to be investigated, as it might modify the relative biological effectiveness (RBE). Aim of this Ph.D. project was to investigate the main physical properties of the low-energy x-ray beams produced by a Plasma Focus device and their potential medical applications to IORT treatments. It was necessary to develop the optimal geometrical configuration; to evaluate the x-rays produced and their dose deposited; to estimate the energy electron spectrum produced in the “pinch phase”; to study an optimal target for the conversion of the x-rays; to conduct simulations to study the physics involved; and in order to evaluate the radio-biological features of the beam, cell holders had to be developed for both irradiations and cell growth conditions.