Cosmological perturbations in generalized theories of gravity

The first part of the thesis concerns the study of inflation in the context of a theory of gravity called "Induced Gravity" in which the gravitational coupling varies in time according to the dynamics of the very same scalar field (the "inflaton") driving inflation, while taking on the value measured today since the end of inflation. Through the analytical and numerical analysis of scalar and tensor cosmological perturbations we show that the model leads to consistent predictions for a broad variety of symmetry-breaking inflaton's potentials, once that a dimensionless parameter entering into the action is properly constrained. We also discuss the average expansion of the Universe after inflation (when the inflaton undergoes coherent oscillations about the minimum of its potential) and determine the effective equation of state. Finally, we analyze the resonant and perturbative decay of the inflaton during (p)reheating. The second part is devoted to the study of a proposal for a quantum theory of gravity dubbed "Horava-Lifshitz (HL) Gravity" which relies on power-counting renormalizability while explicitly breaking Lorentz invariance. We test a pair of variants of the theory ("projectable" and "non-projectable") on a cosmological background and with the inclusion of scalar field matter. By inspecting the quadratic action for the linear scalar cosmological perturbations we determine the actual number of propagating degrees of freedom and realize that the theory, being endowed with less symmetries than General Relativity, does admit an extra gravitational degree of freedom which is potentially unstable. More specifically, we conclude that in the case of projectable HL Gravity the extra mode is either a ghost or a tachyon, whereas in the case of non-projectable HL Gravity the extra mode can be made well-behaved for suitable choices of a pair of free dimensionless parameters and, moreover, turns out to decouple from the low-energy Physics.

Produzione di virus sintetici per lo studio dei meccanismi di interazione coinvolti nell'induzione di resistenza

Beet soil-borne mosaic virus (BSBMV) and Beet necrotic yellow vein virus (BNYVV) are members of Benyvirus genus. BSBMV has been reported only in the United States while BNYVV has a worldwide distribution. Both viruses are vectored by Polymyxa betae, possess similar host ranges, particles number and morphology. Both viruses are not serologically related but have similar genomic organizations. Field isolates consist of four RNA species but some BNYVV isolates contain a fifth RNA. RNAs 1 and 2 are essential for infection and replication while RNAs 3 and 4 play important roles on plant and vector interactions, respectively. Nucleotide and amino acid analyses revealed BSBMV and BNYVV are different enough to be classified in two different species. Additionally in BNYVV/BSBMV mixed infections, a competition was previous described in sugar beet, where BNYVV infection reduces BSBMV accumulation in both susceptible and resistant cultivars. Considering all this observations we hypothesized that BNYVV and BSBMV crossed study, exploiting their similarities and divergences, can improve investigation of molecular interactions between sugar beets and Benyviruses. The main achievement of our research is the production of a cDNA biologically active clones collection of BNYVV and BSBMV RNAs, from which synthetic copies of both Benyviruses can be transcribed. Moreover, through recombination experiments we demonstrated, for the first time, the BNYVV RNA 1 and 2 capability to trans-replicate and encapsidate BSBMV RNA 3 and 4, either the BSBMV RNA 1 and 2 capability to replicate BNYVV RNA2 in planta. We also demonstrated that BSBMV RNA3 support long-distance movement of BNYVV RNA 1 and 2 in B. macrocarpa and that 85 foreign sequence as p29HA, GFP and RFP, are successfully expressed, in C. quinoa, by BSBMV RNA3 based replicon (RepIII) also produced by our research. These results confirm the close correlation among the two viruses. Interestingly, the symptoms induced by BSBMV RNA-3 on C. quinoa leaves are more similar to necrotic local lesions caused by BNYVV RNA-5 p26 than to strongly chlorotic local lesions or yellow spot induced by BNYVV RNA- 3 encoded p25. As previous reported BSBMV p29 share 23% of amino acid sequence identity with BNYVV p25 but identity increase to 43% when compared with sequence of BNYVV RNA-5 p26. Based on our results the essential sequence (Core region) for the longdistance movement of BSBMV and BNYVV in B. macrocarpa, is not only carried by RNA3s species but other regions, perhaps located on the RNA 1 and 2, could play a fundamental role in this matter. Finally a chimeric RNA, composed by the 5’ region of RNA4 and 3’ region of RNA3 of BSBMV, has been produced after 21 serial mechanically inoculation of wild type BSBMV on C. quinoa plants. Chimera seems unable to express any protein, but it is replicated and transcript in planta. It could represent an important tool to study the interactions between Benyvirus and plant host. In conclusion different tools, comprising a method to study synthetic viruses under natural conditions of inoculum through P. Betae, have been produced and new knowledge are been acquired that will allow to perform future investigation of the molecular interactions between sugar beets and Benyviruses.

Wordline approach to higher spin fields

The main object of this thesis is the analysis and the quantization of spinning particle models which employ extended ”one dimensional supergravity” on the worldline, and their relation to the theory of higher spin fields (HS). In the first part of this work we have described the classical theory of massless spinning particles with an SO(N) extended supergravity multiplet on the worldline, in flat and more generally in maximally symmetric backgrounds. These (non)linear sigma models describe, upon quantization, the dynamics of particles with spin N/2. Then we have analyzed carefully the quantization of spinning particles with SO(N) extended supergravity on the worldline, for every N and in every dimension D. The physical sector of the Hilbert space reveals an interesting geometrical structure: the generalized higher spin curvature (HSC). We have shown, in particular, that these models of spinning particles describe a subclass of HS fields whose equations of motions are conformally invariant at the free level; in D = 4 this subclass describes all massless representations of the Poincar´e group. In the third part of this work we have considered the one-loop quantization of SO(N) spinning particle models by studying the corresponding partition function on the circle. After the gauge fixing of the supergravity multiplet, the partition function reduces to an integral over the corresponding moduli space which have been computed by using orthogonal polynomial techniques. Finally we have extend our canonical analysis, described previously for flat space, to maximally symmetric target spaces (i.e. (A)dS background). The quantization of these models produce (A)dS HSC as the physical states of the Hilbert space; we have used an iterative procedure and Pochhammer functions to solve the differential Bianchi identity in maximally symmetric spaces. Motivated by the correspondence between SO(N) spinning particle models and HS gauge theory, and by the notorious difficulty one finds in constructing an interacting theory for fields with spin greater than two, we have used these one dimensional supergravity models to study and extract informations on HS. In the last part of this work we have constructed spinning particle models with sp(2) R symmetry, coupled to Hyper K¨ahler and Quaternionic-K¨ahler (QK) backgrounds.

Analisi tridimensionale priva di contatto delle ulcere cutanee laser assistita

La valutazione progressiva e il monitoraggio di una ferita difficile impongono misurazioni periodiche per valutare in modo qualitativo e quantitativo l'esistenza e l'entita della riepitelizzazione in rapporto alle pratiche terapeutiche effettuate. L'entità della guarigione nei primi 1530 giorni di trattamento, intesa come riduzione di area percentuale, nelle lesioni ulcerative di origine venosa permette secondo alcuni autori della letteratura scientifica, di avere delle informazioni prognostiche di guarigione completa a sei mesi. Altri autori invece mostrano casistiche analoghe indicando come nelle ulcere venose non si possa predire con facilità la guarigione a sei mesi.Le metodiche di misurazione delle ferite possono essere suddivise in bidimensionali e tridimensionali: nel primo gruppo troviamo la misurazione semplice, le metodiche di tracciamento, planimetria, analisi fotografica analogica e digitale. Queste metodiche misurano i diametri, il perimetro e l'area delle ferite. Nel secondo gruppo si collocano l'uso di righello Kundin, le metodiche di riempimento con alginato o con soluzione fisiologica, le metodiche stereofotogrammetriche e l'uso di strumenti laser. Queste metodiche permettono di calcolare con varie approssimazioni anche il volume delle ferite studiate. La tesi ha preso in esame un gruppo di 17 pazienti affetti da ulcere venose croniche effettuando misurazioni con lo strumento più accurato e preciso disponibile (minolta Vivid 900 laser + sensore) e acquisendo i dati con il software Derma. I pazienti sono stati misurati al primo accesso in ambulatorio, dopo 15 giorni e dopo sei mesi. Sono stati acquisiti i dati di area, perimetro, volume, profondità e guarigione a 6 mesi. L'analisi statistica condotta con modalità non parametriche di analisi dei ranghi non ha associato nessuno di questi valori ne' valori derivati ( delta V /delta A; Delta V/ Delta P) alla guarigione a 6 mesi. Secondo le analisi da noi effettuate, sebbene con l'incertezza derivata da un gruppo ridotto di pazienti, la guarigione delle lesioni ulcerative venose non è predicibile a 6 mesi utilizzando sistemi di misurazione di dimensioni, area e volume.

Bogomilismo e dualismo iranico. Il "neomanicheismo"

L’idea che il bogomilismo sia “in una qualche maniera” da riconnettere al manicheismo è di per sè molto antica. Fin da quando giunsero le prime voci su questa nuova eresia che si era diffusa in terra bulgara, i bogomili vennero etichettati come manichei. Non necessariamente però chi è più vicino ad un fenomeno, sia nello spazio sia nel tempo, vede meglio i suoi contorni, le sue implicazioni e la sua essenza. Altri campi di studio ci insegnano che la natura umana tende a inquadrare ciò che non è noto all’interno degli schemi del “già conosciuto”: è così che spesso nomi di popoli si fissano al territorio divenendo concetti geografici anche quando i popoli cambiano; non a caso tutta la regione che si estendeva ad est della Germania veniva definita Sarmazia ed i numerosi popoli che si muovevano al seguito ed agli ordini del gran qan venivano chiamati Tartari; analogamente in semantica possiamo assistere al posizionamento di etichette consolidate e particolari su “oggetti” che ne condividono tratti pur essendo sotto molti aspetti del tutto estranei a quella che si potrebbe definire la matrice: il terrorista islamico che si fa esplodere viene chiamato sui giornali kamikaze e non casualmente lo tsunami porta questo nome: l’onda anomala che può sconvolgere coste distanti migliaia di chilometri dall’epicentro di un terremoto sottomarino ricorda la più familiare onda di porto. Se il continuo riconnettere il bogomilismo al manicheismo delle fonti antiche rappresenta un indizio, ma non necessariamente una prova di certa connessione, la situazione si è notevolmente complicata nel corso del XX secolo. Dobbiamo al principe Obolensky l’introduzione del termine neomanicheismo per indicare le eresie di carattere dualistico sviluppatesi dal X secolo in avanti sul territorio europeo con particolare riferimento al bogomilismo. Il termine dal 1948 in avanti è stato ripetutamente utilizzato più o meno a proposito in svariati lavori a volte pubblicati in sedi editoriali d’eccellenza apparsi in Europa occidentale e nell’est europeo. Il problema principale resta definire il valore da attribuire al termine “neomanicheismo”: indica un forte dualismo religioso in generale, ben diffuso e studiato da tempo ad esempio nei lavori del Bianchi dedicati ai popoli siberiani e mongoli, oppure presuppone una reale catena di connessioni che ci conducono fino al manicheismo vero e proprio? A fronte di chi sostiene che il bogomilismo, così come l’eresia catara, può essere spiegato semplicemente come fenomeno interno al cristianesimo sulla base di un’interpretazione contrastante da quella ufficiale dei testi sacri vi è chi ritiene che sia stato un contatto diretto con gli ambienti manichei a generare le caratteristiche proprie del bogomilismo. Da qui nasce la parte più affascinante della ricerca che porta all’individuazione di possibili contatti attraverso gli spostamenti delle popolazioni, alla circolazione delle idee all’interno di quello che fu il commonwealth bizantino ed all’individuazione di quanto sia rimasto di tutto ciò all’interno della dottrina bogomila. Il lavoro è suddiviso in tre capitoli, preceduti dalla bibliografia e seguiti da un indice analitico dei nomi di persona e luogo. Il primo capitolo prende in esame le fonti sul bogomilismo, il tempo ed il luogo in cui si è manifestato e la sua evoluzione. Il secondo analizza la dottrina bogomila, i suoi possibili contatti con le dottrine iraniche ed i possibili canali di trasmissione delle idee. Il terzo capitolo è costituito da una serie di racconti popoloari bulgari di matrice dualistica e da testi antico slavi usati dai bogomili. La maggior parte di questi testi viene presentata per la prima volta qui in traduzione italiana.

I linfociti T regolatori nella patologia epatica da HCV: dall'epatite cronica al trapianto

La storia naturale dell’epatopatia HCV-relata passa dall’epatite cronica alla cirrosi ed eventualmente all’epatocarcinoma fino ad arrivare alla possibile necessità del trapianto di fegato. HCV non esercita citolisi diretta, pertanto i fattori immunologici giocano il duplice ruolo di determinare l’evoluzione dell’infezione e il danno epatico. All’interno del sistema immunitario esistono linfociti in grado di inibire l’attivazione delle cellule effettrici modulando la risposta immunitaria; la popolazione regolatoria meglio conosciuta è costituita dai cosiddetti T-reg caratterizzati dal fenotipo CD4+CD35hiFoxp3+. Scopo di questo studio è stato determinare fenotipo e funzione dei T-reg, valutandone le correlazioni con caratteristiche cliniche e parametri biochimici e virologici, nelle diverse fasi della malattia epatica da HCV, a partire dall’epatite cronica, passando per la cirrosi, l’epatocarcinoma e terminando con il follow-up post-trapianto di fegato. Sono stati reclutati 80 pazienti con infezione cronica da HCV non in trattamento antivirale, di cui 52 con epatite cronica, 12 con cirrosi e 16 con epatocarcinoma. Di questi, 11 sono andati incontro a trapianto di fegato e sono stati poi seguiti fino a 36 mesi di follow up. Ventinove soggetti avevano transaminasi persistentemente nella norma e 28 mostravano ALT costantemente oltre 2.5x i valori normali. Quaranta donatori di sangue sono stati utilizzati come controlli sani. Marcatori di superficie (CD4, CD25) ed intracellulari (Foxp3) sono stati valutati in citofluorimetria su sangue intero periferico per tutti i soggetti al basale ed ogni 2-4 settimane dopo trapianto. In una quota di pazienti i T-reg sono stati estratti dai linfociti del sangue periferico con metodi immunomagnetici e la loro funzione valutata come percentuale di inibizione di proliferazione e produzione di IFN-γ da parte delle cellule bersaglio CD4+CD25- in esperimenti di co-coltura effettuati al basale e dopo 24-36 settimane dal trapianto. La percentuale di T-reg e l’espressione del Foxp3 sono risultate aumentate nei soggetti con HCV rispetto ai controlli sani, in particolare in coloro con cirrosi, HCC e nei pazienti con transaminasi normali indipendentemente dallo stadio di malattia, correlando inversamente con i livelli di transaminasi e direttamente con il punteggio MELD. La produzione di IFN-γ è incrementata in tutti i pazienti HCV ma efficacemente controllata solamente dai T-reg dei pazienti con transaminasi normali. Dopo il trapianto di fegato, si verifica una precoce e reversibile riduzione delle T-reg circolanti. Alla 24ma e 36ma settimana dal trapianto la percentuale dei T-reg circolanti è sovrapponibile al basale e i loro effetti, sia in termini di proliferazione che di produzione di IFN-γ, sulle cellule bersaglio, già dotate di una ridotta attività intrinseca, appaiono particolarmente incisivi. In conclusione, l’epatopatia cronica da HCV è caratterizzata da una popolazione di T-reg espansa che però, con l’eccezione dei soggetti con transaminasi normali, non appare in grado di limitare il danno epatico immuno-mediato e potrebbe favorire lo sviluppo e la crescita di lesioni tumorali nei pazienti con malattia avanzata. Il trapianto di fegato, probabilmente a causa della terapia immunosoppressiva, si associa ad un marcato e transitorio declino dei T-reg le cui numerosità e funzione vengono completamente recuperate a sei mesi dall’intervento. La migliore conoscenza dei meccanismi alla base delle cinetica e della funzione delle cellule regolatorie potrà fornire utili strumenti per il loro utilizzo come adiuvanti nella terapia dell’epatopatia cronica HCV relata.

Velocity structure and seismic anisotropy in the crust and upper mantle from Receiver Function analysis: three case studies in Italy

The research for this PhD project consisted in the application of the RFs analysis technique to different data-sets of teleseismic events recorded at temporary and permanent stations located in three distinct study regions: Colli Albani area, Northern Apennines and Southern Apennines. We found some velocity models to interpret the structures in these regions, which possess very different geologic and tectonics characteristics and therefore offer interesting case study to face. In the Colli Albani some of the features evidenced in the RFs are shared by all the analyzed stations: the Moho is almost flat and is located at about 23 km depth, and the presence of a relatively shallow limestone layer is a stable feature; contrariwise there are features which vary from station to station, indicating local complexities. Three seismic stations, close to the central part of the former volcanic edifice, display relevant anisotropic signatures­­­ with symmetry axes consistent with the emplacement of the magmatic chamber. Two further anisotropic layers are present at greater depth, in the lower crust and the upper mantle, respectively, with symmetry axes directions related to the evolution of the volcano complex. In Northern Apennines we defined the isotropic structure of the area, finding the depth of the Tyrrhenian (almost 25 km and flat) and Adriatic (40 km and dipping underneath the Apennines crests) Mohos. We determined a zone in which the two Mohos overlap, and identified an anisotropic body in between, involved in the subduction and going down with the Adiratic Moho. We interpreted the downgoing anisotropic layer as generated by post-subduction delamination of the top-slab layer, probably made of metamorphosed crustal rocks caught in the subduction channel and buoyantly rising toward the surface. In the Southern Apennines, we found the Moho depth for 16 seismic stations, and highlighted the presence of an anisotropic layer underneath each station, at about 15-20 km below the whole study area. The moho displays a dome-like geometry, as it is shallow (29 km) in the central part of the study area, whereas it deepens peripherally (down to 45 km); the symmetry axes of anisotropic layer, interpreted as a layer separating the upper and the lower crust, show a moho-related pattern, indicated by the foliation of the layer which is parallel to the Moho trend. Moreover, due to the exceptional seismic event occurred on April 6th next to L’Aquila town, we determined the Vs model for two station located next to the epicenter. An extremely high velocity body is found underneath AQU station at 4-10 km depth, reaching Vs of about 4 km/s, while this body is lacking underneath FAGN station. We compared the presence of this body with other recent works and found an anti-correlation between the high Vs body, the max slip patches and earthquakes distribution. The nature of this body is speculative since such high velocities are consistent with deep crust or upper mantle, but can be interpreted as a as high strength barrier of which the high Vs is a typical connotation.

Development of the optimal estimation method for inversion of stratospheric emission spectra and validation of HNO3 profiles

This doctoral thesis focuses on ground-based measurements of stratospheric nitric acid (HNO3)concentrations obtained by means of the Ground-Based Millimeter-wave Spectrometer (GBMS). Pressure broadened HNO3 emission spectra are analyzed using a new inversion algorithm developed as part of this thesis work and the retrieved vertical profiles are extensively compared to satellite-based data. This comparison effort I carried out has a key role in establishing a long-term (1991-2010), global data record of stratospheric HNO3, with an expected impact on studies concerning ozone decline and recovery. The first part of this work is focused on the development of an ad hoc version of the Optimal Estimation Method (Rodgers, 2000) in order to retrieve HNO3 spectra observed by means of GBMS. I also performed a comparison between HNO3 vertical profiles retrieved with the OEM and those obtained with the old iterative Matrix Inversion method. Results show no significant differences in retrieved profiles and error estimates, with the OEM providing however additional information needed to better characterize the retrievals. A final section of this first part of the work is dedicated to a brief review on the application of the OEM to other trace gases observed by GBMS, namely O3 and N2O. The second part of this study deals with the validation of HNO3 profiles obtained with the new inversion method. The first step has been the validation of GBMS measurements of tropospheric opacity, which is a necessary tool in the calibration of any GBMS spectra. This was achieved by means of comparisons among correlative measurements of water vapor column content (or Precipitable Water Vapor, PWV) since, in the spectral region observed by GBMS, the tropospheric opacity is almost entirely due to water vapor absorption. In particular, I compared GBMS PWV measurements collected during the primary field campaign of the ECOWAR project (Bhawar et al., 2008) with simultaneous PWV observations obtained with Vaisala RS92k radiosondes, a Raman lidar, and an IR Fourier transform spectrometer. I found that GBMS PWV measurements are in good agreement with the other three data sets exhibiting a mean difference between observations of ~9%. After this initial validation, GBMS HNO3 retrievals have been compared to two sets of satellite data produced by the two NASA/JPL Microwave Limb Sounder (MLS) experiments (aboard the Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) from 1991 to 1999, and on the Earth Observing System (EOS) Aura mission from 2004 to date). This part of my thesis is inserted in GOZCARDS (Global Ozone Chemistry and Related Trace gas Data Records for the Stratosphere), a multi-year project, aimed at developing a long-term data record of stratospheric constituents relevant to the issues of ozone decline and expected recovery. This data record will be based mainly on satellite-derived measurements but ground-based observations will be pivotal for assessing offsets between satellite data sets. Since the GBMS has been operated for more than 15 years, its nitric acid data record offers a unique opportunity for cross-calibrating HNO3 measurements from the two MLS experiments. I compare GBMS HNO3 measurements obtained from the Italian Alpine station of Testa Grigia (45.9° N, 7.7° E, elev. 3500 m), during the period February 2004 - March 2007, and from Thule Air Base, Greenland (76.5°N 68.8°W), during polar winter 2008/09, and Aura MLS observations. A similar intercomparison is made between UARS MLS HNO3 measurements with those carried out from the GBMS at South Pole, Antarctica (90°S), during the most part of 1993 and 1995. I assess systematic differences between GBMS and both UARS and Aura HNO3 data sets at seven potential temperature levels. Results show that, except for measurements carried out at Thule, ground based and satellite data sets are consistent within the errors, at all potential temperature levels.

Analisi numerica della combustione di gas a basso potere calorifico per applicazioni a microturbine a gas

Il presente lavoro si occupa dell’analisi numerica di combustione di gas a basso potere calorifico (gas di sintesi derivanti da pirolisi di biomasse). L’analisi è stata condotta su due principali geometrie di camera di combustione. La prima è un bruciatore sperimentale da laboratorio adatto allo studio delle proprietà di combustione del singas. Esso è introdotto in camera separatamente rispetto ad una corrente d’aria comburente al fine di realizzare una combustione non-premiscelata diffusiva in presenza di swirl. La seconda geometria presa in considerazione è la camera di combustione anulare installata sulla microturbina a gas Elliott TA 80 per la quale si dispone di un modello installato al banco al fine dell’esecuzione di prove sperimentali. I principali obbiettivi conseguiti nello studio sono stati la determinazione numerica del campo di moto a freddo su entrambe le geometrie per poi realizzare simulazioni in combustione mediante l’utilizzo di diversi modelli di combustione. In particolare è stato approfondito lo studio dei modelli steady laminar flamelet ed unsteady flamelet con cui sono state esaminate le distribuzioni di temperatura e delle grandezze tipiche di combustione in camera, confrontando i risultati numerici ottenuti con altri modelli di combustione (Eddy Dissipation ed ED-FR) e con i dati sperimentali a disposizione. Di importanza fondamentale è stata l’analisi delle emissioni inquinanti, realizzata per entrambe le geometrie, che mostra l’entità di tali emissioni e la loro tipologia. Relativamente a questo punto, il maggior interesse si sposta sui risultati ottenuti numericamente nel caso della microturbina, per la quale sono a disposizione misure di emissione ottenute sperimentalmente. Sempre per questa geometria è stato inoltre eseguito il confronto fra microturbina alimentata con singas a confronto con le prestazioni emissive ottenute con il gas naturale. Nel corso dei tre anni, l’esecuzione delle simulazioni e l’analisi critica dei risultati ha suggerito alcuni limiti e semplificazioni eseguite sulle griglie di calcolo realizzate per lo studio numerico. Al fine di eliminare o limitare le semplificazioni o le inesattezze, le geometrie dei combustori e le griglie di calcolo sono state migliorate ed ottimizzate. In merito alle simulazioni realizzate sulla geometria del combustore della microturbina Elliott TA 80 è stata condotta dapprima l’analisi numerica di combustione a pieno carico per poi analizzare le prestazioni ai carichi parziali. Il tutto appoggiandosi a tecniche di simulazione RANS ed ipotizzando alimentazioni a gas naturale e singas derivato da biomasse. Nell’ultimo anno di dottorato è stato dedicato tempo all’approfondimento e allo studio della tecnica Large Eddy Simulation per testarne una applicazione alla geometria del bruciatore sperimentale di laboratorio. In tale simulazione è stato implementato l’SGS model di Smagorinsky-Lilly completo di combustione con modelli flamelet. Dai risultati sono stati estrapolati i profili di temperatura a confronto con i risultati sperimentali e con i risultati RANS. Il tutto in diverse simulazioni a diverso valore del time-step imposto. L’analisi LES, per quanto migliorabile, ha fornito risultati sufficientemente precisi lasciando per il futuro la possibilità di approfondire nuovi modelli adatti all’applicazione diretta sulla MTG.

Multiscale fabrication of functional materials for life sciences

Regenerative medicine claims for a better understanding of the cause-effect relation between cell behaviour and environment signals. The latter encompasses topographical, chemical and mechanical stimuli, electromagnetic fields, gradients of chemo-attractants and haptotaxis. In this perspective, a spatial control of the structures composing the environment is required. In this thesis I describe a novel approach for the multiscale patterning of biocompatible functional materials in order to provide systems able to accurately control cell adhesion and proliferation. The behaviour of different neural cell lines in response to several stimuli, specifically chemical, topographical and electrical gradients is presented. For each of the three kind of signals, I chose properly tailored materials and fabrication and characterization techniques. After a brief introduction on the state of art of nanotechnology, nanofabrication techniques and regenerative medicine in Chapter 1 and a detailed description of the main fabrication and characterization techniques employed in this work in Chapter 2, in Chapter 3 an easy route to obtain accurate control over cell proliferation close to 100% is described (chemical control). In Chapter 4 (topographical control) it is shown how the multiscale patterning of a well-established biocompatible material as titanium dioxide provides a versatile and robust method to study the effect of local topography on cell adhesion and growth. The third signal, viz. electric field, is investigated in Chapter 5 (electrical control), where the very early stages of neural cell adhesion are studied in the presence of modest steady electric fields. In Chapter 6 (appendix) a new patterning technique, called Lithographically Controlled Etching (LCE), is proposed. It is shown how LCE can provide at the same time the micro/nanostructuring and functionalization of a surface with nanosized objects, thus being suitable for applications both in regenerative medicine in biosensing.