Sviluppo di biosensori reagentless basati sull'enzima fosfatasi alcalina

Negli ultimi anni i biosensori enzimatici sono diventati sempre più popolari nel campo delle determinazioni rapide di analiti di interesse industriale ed ambientale. L’utilizzo di tali biosensori consente di evitare, o comunque limitare, l’impiego di metodi analitici basati su tecniche più complesse e dispendiose in termini economici e temporali. Un grande obbiettivo della ricerca negli ultimi anni è quello di costruire biosensori reagentless, ossia dispositivi pronti all’uso da parte degli analisti, indipendentemente dalla loro esperienza. In questo lavoro di tesi sono stati sviluppati dei biosensori amperometrici reagentless che sfruttano l’enzima fosfatasi alcalina (ALP), come elemento di riconoscimento biologico, ed un elettrodo screen-printed (SPE) commerciale, come trasduttore. Per gli elettrodi SPE commerciali sono stati testati modificanti a base di nanomateriali carboniosi e del polimero conduttore PEDOT:ClO4. Sono inoltre stati messi a punto diversi biosensori costruiti utilizzando sia l’enzima ALP immobilizzato che lo stesso enzima in soluzione. I test sono stati eseguiti utilizzando il substrato enzimatico “ascorbil-fosfato di sodio (AAP)” ed alcuni inibitori enzimatici. I dispositivi reagentless sono stati fabbricati mediante stampa 3D e sono stati realizzati appositamente per gli elettrodi SPE commerciali utilizzati. Tali dispositivi sono stati utilizzati per effettuare la determinazione dell’AAP in campo cosmetico e la determinazione dell’enzima ALP in campo alimentare.

Analisi della migrazione cellulare in vitro in presenza e in assenza di un campo elettrico

La galvanotassi, la migrazione cellulare stimolata dalla presenza di un campo elettrico esogeno o endogeno, `e stata oggetto di studi sin dalla fine del diciannovesimo secolo. Nonostante la molteplicità di lavori a riguardo, non c’`e uniformità. a nelle tecniche sperimentali, se non per il fatto che il campo elettrico viene generato tramite una configurazione a cella elettrolitica, detta anche a generazione interna di campo elettrico. Scopo di questa tesi `e analizzare e caratterizzare la migrazione di cellule isolate in vitro in presenza e in assenza di un campo elettrostatico esterno, rendendola originale rispetto a studi precedenti. La differenza nella configurazione sperimentale `e fondamentale per spiegare le caratteristiche dei moti osservati. Per la procedura sperimentale sono state usate come campione cellule di linea di origine tumorale denominate T98G adese a una piastra in polistirene posta, non a contatto, tra due piastre in rame cariche. Sono state acquisite micrografie in contrasto di fase a intervalli regolari inizialmente in una fase di controllo, quindi applicando un campo elettrostatico, cos`ı da poter analizzare il moto cellulare nelle diverse condizioni. In particolare, l’analisi del tracking di singole cellule selezionate sulla base di criteri stabiliti a priori ha permesso di evidenziare un moto isotropo, indipendentemente dalla presenza del campo elettrostatico. Invece, mostrando che i dati sperimentali delle distanze e delle velocita seguono distribuzioni Gamma, si osserva che dipende dalla presenza del campo elettrostatico la maggiore probabilità che una cellula si sposti pi`u della media. Infine, `e stato possibile determinare che l’influenza del campo elettrostatico sul moto delle cellule non dipende dalla posizione di queste rispetto alle piastre. Il lavoro svolto in questa tesi sarà parte dei risultati inseriti in una pubblicazione su rivista internazionale.

Metodi strumentali per l'analisi della frazione volatile in oli di oliva vergini come supporto al panel test

L’olio di oliva è tra i prodotti alimentari principali della dieta mediterranea e possiede delle caratteristiche salutistiche, compositive e sensoriali peculiari. La qualità e la genuinità dell’olio di oliva vergine sono valutate sia mediante determinazioni analitiche chimiche e strumentali, sia attraverso l’analisi sensoriale. Quest’ultima, realizzata con il metodo del panel test, è tra i metodi ufficiali per la classificazione degli oli di oliva vergini nelle tre categorie commerciali extra vergine, vergine e lampante. Tuttavia, l’analisi sensoriale presenta dei limiti legati, in particolare, al numero elevato di campioni di olio da analizzare rispetto alle capacità di lavoro dei panel. Negli ultimi anni è aumentata, così, la necessità di sviluppare e validare metodi analitici strumentali che, pre-classificando gli oli in esame, siano di supporto al panel test e possano ridurre il numero di campioni da sottoporre ad analisi sensoriale. In questo elaborato di tesi sono state prese in considerazione due diverse tecniche analitiche, la gas cromatografica accoppiata alla spettrometria a mobilità ionica (HS-GC-IMS) e la flash gas cromatografia (FGC E-nose), entrambe impiegate per la valutazione della frazione volatile dell’olio di oliva, responsabile degli attributi olfattivi del prodotto. Utilizzando i risultati ottenuti applicando queste due tecniche, mediante analisi multivariata, è stato possibile stimare la categoria merceologica di ogni campione appartenente ad un set di 52 oli di oliva vergini, classificandoli con un determinato livello di probabilità. Entrambe le metodiche analitiche sono già state utilizzate e valutate in precedenti studi; con la sperimentazione effettuata nell’ambito di questa tesi è stato possibile confermare l’efficacia dei modelli di stima che possono essere impiegati con finalità di screening in supporto al panel test, nell’ottica di renderli sempre più robusti ed affidabili per la classificazione degli oli di oliva vergini.

Serialità televisiva, sesso e tabù. Il caso di "Sex Education"

Le serie televisive occidentali tendono ad avere un approccio superficiale per quanto riguarda il sesso. Talvolta le tematiche sessuali e la rappresentazione esplicita del corpo sembrano spiattellate per attirare pubblico, risultando anche forzate. Tuttavia, la loro sola messa in scena potrebbe costituire una rivoluzione e creare scalpore, come alle origini della televisione. Con l’arrivo della pay tv, in particolare della via cavo, si è assistito sempre più a un cambiamento nella messa in scena del sesso, arrivando a sdoganare sempre più tabù. Ciò che riguarda la sfera sessuale pian piano è sempre più mostrato, fino a toccare una dimensione personale e sociale, come hanno dato prova la televisione premium e le piattaforme OTT, che scardinano la rappresentazione perbenista e moralista tradizionale. Un dirompente esempio è testimoniato dalla serie televisiva "Sex Education", che, oltre a mettere in scena il sesso, ne affronta le delicate questioni in maniera profonda e con un immancabile pizzico di ironia e comicità. La serie riesce a problematizzare e normalizzare tante delle questioni relative agli aspetti più intimi, di cui raramente si parla in televisione e nella realtà. Diventa così uno spunto di riflessione e un bacino di informazione specialmente per un pubblico giovane, ma non solo. Gli adolescenti hanno bisogno di sapere, di essere informati, di essere rassicurati e "Sex Education" riesce in questo, rendendo fede al suo titolo e tematizzando l’educazione sessuale. Eppure il sesso non riguarda solo i giovani, interessa tutte le età, orientamenti e identità. In questo senso una ricerca sul campo rivela i pareri e le reazioni di un gruppo di spettatori eterogeneo per età, genere e identità sessuale.

L’effetto della tossina botulinica nel trattamento della distonia cervicale in paziente con malattia di Parkinson: un case report

Background L’utilizzo della tossina botulinica in caso di problematiche legate a distonia muscolare sta assumendo sempre più validità nel processo decisionale della scelta della terapia. Attraverso il continuo miglioramento delle strategie di indagine della muscolatura responsabile del disturbo e delle tecniche di inoculazione, infatti, questa pratica si sta avviando all’essere ritenuta il gold standard in caso di distonia. Obiettivo Valutare il dolore, la mobilità, la soggettiva impressione di cambiamento e la qualità di vita in una donna affetta da distonia cervicale secondaria a malattia di Parkinson trattata attraverso inoculazione di tossina botulinica nella muscolatura del collo Materiali e Metodi È stata selezionato un soggetto di 72 anni con malattia di Parkinson in fase avanzata e distonia cervicale secondaria alla malattia stessa, che ha ricevuto indicazione al trattamento con tossina botulinica di tipo A. La donna è stata valutata tramite la somministrazione di scale di misura validate, da un minimo di 3 settimane ad un massimo di 90 giorni dall’ultima inoculazione di tossina botulinica, in modo tale da indagare il reale vantaggio per la salute della donna in termini di ‘beneficio avvertito’ in periodi diversi. Risultati Al termine della sperimentazione, la donna presenta un globale miglioramento della sua condizione, osservabile tramite l’incremento dei punteggi delle misure di outcome rispetto alla rilevazione pre-inoculazione di tossina botulinica. Conclusioni In questa sperimentazione il trattamento della distonia cervicale secondaria a malattia di Parkinson dimostra un effetto benefico che si evidenzia in particolare nella mobilità cervicale, grazie al rilassamento della muscolatura che prima ne limitava il movimento. Inoltre, si è rivelato molto utile nel miglioramento della qualità della vita. Sono tuttavia necessari ulteriori studi a dimostrazione dei reali effetti.

L’efficacia del protocollo di Askling nel return to play del calciatore post lesione muscolare agli Hamstring: revisione sistematica della letteratura

Background: Gli infortuni muscolari generano grande preoccupazione nella medicina sportiva e costituiscono la più frequente causa di assenza dal campo nel calcio. Nello specifico , a causa dei gesti tecnici caratteristici di questo sport, le HSI (lesioni muscolari agli Hamstring) sono le più frequenti nei calciatori, costringendoli all’assenza dal campo più di qualsiasi altro infortunio. Il protocollo di Askling è uno degli studi più popolari e riconosciuti nella riabilitazione delle HSI. Obiettivi: L’obiettivo della revisione sistematica è valutare l’efficacia del protocollo di Askling nel RTP del calciatore post lesione muscolare agli Hamstring. Questo contributo, quindi, discuterà gli attuali concetti clinici riguardanti la riabilitazione delle HSI, analizzando trial clinici randomizzati che confrontino gli effetti del protocollo di Askling con altri protocolli.

 Materiali e Metodi: Nella selezione degli articoli, sono state indagate le seguenti banche dati: “PubMed”, “PEDro” e “Cochrane Library”. Una volta realizzato il PICOS, questo è stato convertito nelle parole chiave pertinenti all’argomento di interesse della revisione. Sono stati presi in esame unicamente studi RCTs, di qualsiasi anno di pubblicazione e lingua, reperibili in modalità Full Text attraverso il servizio proxy offerto dall’Università di Bologna. Gli studi per essere inclusi devono avere un punteggio PEDro score > 5. Risultati: Il tempo medio del Return To Play è stato ridotto di 23 giorni, da 51 (C-Protocol) a 28 giorni (L-Protocol). Non vi è però alcuna differenza significativa tra i gruppi per i tassi di re-injury entro 2 mesi, da 2 a 6 mesi e da 6 a 12 mesi.
 Conclusioni: Emerge dalla letteratura che un protocollo riabilitativo costituito principalmente da esercizi che prediligono l’allungamento muscolare risulta più efficace di un protocollo convenzionale nel ridurre il tempo trascorso dall'infortunio all'allenamento completo senza restrizioni e/o al match play.

Aliqua, lo sviluppo attraverso il design computazionale di un gilet di idratazione

“Viviamo in un periodo storico molto speciale, un periodo raro, un periodo in cui la confluenza di quattro campi sta fornendo ai designer strumenti che mai prima d’ora avevamo a disposizione.” Questo è ciò che Neri Oxman, designer e professoressa al MIT Media Lab, ha detto durante un Ted Talk tenutosi ormai sette anni fa. Il suo messaggio rimane così attuale e interessante, che continua ad ispirare ancora oggi tantissimi designer, scienziati e ingegneri, compreso me e questa tesi. Uno dei campi citati è il design computazionale. A seguito di una prima fase di ricerca è emerso che è già stato fatto molto in questo campo, ma c’è ancora tanto da esplorare. L’obiettivo di questa tesi è indagare l’uso di questa disciplina come booster creativo di cui il designer può avvalersi nelle diverse fasi del percorso progettuale. Per farlo, ho deciso di sperimentare tramite un esempio pratico: la progettazione di un gilet di idratazione per corridori. Inizialmente, sono stati studiati quali sono i requisiti che deve avere un progetto perché il designer possa sfruttare efficacemente il design computazionale durante tutta la progettazione. Nella fase di concept, è stato analizzato come l’approccio di questa disciplina aiuta il progettista nell’identificazione dei problemi e delle priorità progettuali. Sono poi stati usati e testati diversi strumenti del design computazionale, quali algoritmi e design generativo, per determinare alcune caratteristiche del prodotto definitivo. Il risultato di questo percorso di tesi è Aliqua, un gilet di idratazione per corridori più efficace e performante rispetto a quelli ora esistenti, progettato integrando il design intuitivo con quello computazionale. Sicuramente ci sono ancora molte cose che possono essere migliorate per rendere l’uso degli strumenti di questo campo più intuitivi e performanti, ma questa tesi dimostra che il design computazionale è fin da ora un valido alleato del designer durante tutte le fasi di progettazione.

Implementazione di algoritmi Tiny Machine Learning per il monitoraggio strutturale basato su emissioni acustiche

Il monitoraggio basato su emissioni acustiche (AE) guidate si è confermato tra le tecniche più affidabili nel campo del Non-Destructive Testing delle strutture planari, vista anche la sua semplicità implementativa, i bassi costi che lo caratterizzano, la non invasività e la possibilità di realizzare un sistema che agisca in maniera continuativa ed in tempo reale sfruttando reti di sensori permanentemente installati, senza la necessità di ispezioni periodiche. In tale contesto, è possibile sfruttare l’abilità dell’apprendimento automatico nell’individuazione dei pattern nascosti all’interno dei segnali grezzi registrati, ottenendo così informazioni utili ai fini dell’applicazione considerata. L’esecuzione on-edge dei modelli, ovvero sul punto di acquisizione, consente di superare le limitazioni imposte dal processamento centralizzato dei dati, con notevoli vantaggi in termini di consumo energetico, tempestività nella risposta ed integrità degli stessi. A questo scopo, si rivela però necessario sviluppare modelli compatibili con le stringenti risorse hardware dei dispositivi a basso costo tipicamente impiegati. In questo elaborato verranno prese in esame alcune tipologie di reti neurali artificiali per l’estrazione dell’istante di arrivo (ToA) di un’emissione acustica all’interno di una sequenza temporale, in particolare quelle convoluzionali (CNNs) ed una loro variante più recente, le CapsNet basate su rounting by agreement. L’individuazione dei ToA relativi al medesimo evento su segnali acquisiti in diverse posizioni spaziali consente infatti di localizzare la sorgente da cui esso è scaturito. Le dimensioni di questi modelli permettono di eseguire l’inferenza direttamente su edge-device. I risultati ottenuti confermano la maggiore robustezza delle tecniche di apprendimento profondo rispetto ai metodi statistici tradizionali nel far fronte a diverse tipologie di disturbo, in particolare negli scenari più critici dal punto di vista del rapporto segnale-rumore.

Relativistic Twin: Generazione Automatica di Digital Twin in un ambiente Web of Things

Con l’avvento dell’Industry 4.0, l’utilizzo dei dispositivi Internet of Things (IoT) è in continuo aumento. Le aziende stanno spingendo sempre più verso l’innovazione, andando ad introdurre nuovi metodi in grado di rinnovare sistemi IoT esistenti e crearne di nuovi, con prestazioni all’avanguardia. Un esempio di tecniche innovative emergenti è l’utilizzo dei Digital Twins (DT). Essi sono delle entità logiche in grado di simulare il reale comportamento di un dispositivo IoT fisico; possono essere utilizzati in vari scenari: monitoraggio di dati, rilevazione di anomalie, analisi What-If oppure per l’analisi predittiva. L’integrazione di tali tecnologie con nuovi paradigmi innovativi è in rapido sviluppo, uno tra questi è rappresentato dal Web of Things (WoT). Il Web of Thing è un termine utilizzato per descrivere un paradigma che permette ad oggetti del mondo reale di essere gestiti attraverso interfacce sul World Wide Web, rendendo accessibile la comunicazione tra più dispositivi con caratteristiche hardware e software differenti. Nonostante sia una tecnologia ancora in fase di sviluppo, il Web of Thing sta già iniziando ad essere utilizzato in molte aziende odierne. L’elaborato avrà come obiettivo quello di poter definire un framework capace di integrare un meccanismo di generazione automatica di Digital Twin su un contesto Web of Thing. Combinando tali tecnologie, si potrebbero sfruttare i vantaggi dell’interoperabilità del Web of Thing per poter generare un Digital Twin, indipendentemente dalle caratteristiche hardware e software degli oggetti da replicare.

Analisi di curve di luce del pianeta XO-2b tramite la tecnica della variazione dei tempi di transito.

La ricerca di esopianeti è un ambito astrofisico in continua evoluzione. Nuovi metodi vengono proposti con l’obiettivo di individuare pianeti con una varietà di caratteristiche sempre più ampia, per poter definire al meglio la storia di formazione ed evoluzione dei sistemi planetari. Un metodo recente in grado di caratterizzare pianeti di piccola massa è lo studio della variazione del tempo di transito (TTV), basato sulla modulazione del periodo orbitale di un pianeta noto causata dalla perturbazione di un corpo aggiuntivo. In questo lavoro proponiamo l’analisi delle curve di luce del pianeta XO-2Nb al fine di individuare TTV. Questo sistema è di particolare rilevanza poiché ospitato dalla prima stella binaria wide in cui entrambe le componenti presentano un proprio sistema planetario. Tra le due stelle solo XO-2N presenta un pianeta transitante, requisito per l’applicazione del metodo proposto. L’analisi dei dati è stata svolta utilizzando il metodo della fotometria differenziale di apertura, normalizzando la curva di luce del target ad altre due stelle di riferimento presenti nel campo di vista dello strumento. I risultati ottenuti evidenziano l’assenza di variazioni di periodo orbitale per XO-2Nb e sono consistenti con un’effemeride lineare. La nuova effemeride calcolata risulta tre volte più precisa rispetto al più recente studio in letteratura, e permetterà di predire futuri transiti con una precisione migliore di un minuto fino al 2035. Abbiamo stabilito un limite superiore all’ampiezza del TTV permessa dai nostri dati, ricavando il valore massimo della massa di un eventuale pianeta perturbatore, pari a 0.15 masse terrestri. Abbiamo ricavato in maniera indipendente i parametri fisici ed orbitali di XO-2Nb, confermando e raffinando i valori presenti in letteratura. I risultati ottenuti suggeriscono che, in determinati casi, l’analisi fotometrica eseguita utilizzando telescopi medio-piccoli da terra può essere competitiva con i più avanzati telescopi spaziali.

Generazione di osservabili radiometriche per navigazione deep space tramite reti neurali convoluzionali

Grazie all’evoluzione degli strumenti di calcolo e delle strutture digitali, le intelligenze artificiali si sono evolute considerevolmente negli ultimi anni, permettendone sempre nuove e complesse applicazioni. L’interesse del presente progetto di tesi è quello di creare un modello di studio preliminare di intelligenza artificiale definita come Rete Neurale Convoluzionale, o Convolutional Neural Network (CNN), al fine di essere impiegata nel campo della radioscienza e dell’esplorazione planetaria. In particolare, uno degli interessi principali di applicazione del modello è negli studi di geodesia compiuti tramite determinazione orbitale di satelliti artificiali nel loro moto attorno ai corpi celesti. Le accelerazioni causate dai campi gravitazionali planetari perturbano le orbite dei satelliti artificiali, queste variazioni vengono captate dai ricevitori radio a terra sottoforma di shift Doppler della frequenza del segnale, a partire dalla quale è quindi possibile determinare informazioni dettagliate sul campo di gravità e sulla struttura interna del corpo celeste in esame. Per poter fare ciò, occorre riuscire a determinare l’esatta frequenza del segnale in arrivo, il quale, per via di perdite e disturbi durante il suo tragitto, presenterà sempre una componente di rumore. Il metodo più comune per scindere la componente di informazione da quella di rumore e ricavarne la frequenza effettiva è l’applicazione di trasformate di Fourier a tempo breve, o Short-time Fourier Transform (STFT). Con l’attività sperimentale proposta, ci si è quindi posto l’obiettivo di istruire un CNN alla stima della frequenza di segnali reali sinusoidali rumorosi per avere un modello computazionalmente rapido e affidabile a supporto delle operazioni di pre-processing per missioni di radio-scienza.

Rilevazione ottica delle dimensioni della camera di combustione per la stima del rapporto di compressione reale

La ricerca di un'ottima qualità costruttiva è diventata, per ogni fornitore o produttore legato all’ambito automotive/motoristico, l’aspetto principale nella produzione di un veicolo, soprattutto nel caso specifico di un motore: per garantire, dunque, una buona qualità generale lungo tutta la gamma di produzione, è necessario avere una buona “ripetibilità” di costruzione, ossia, è fondamentale poter assemblare un alto numero di motori che siano il più possibile identici tra loro; considerando tutte le variabili che intervengono lungo la catena di produzione, a partire dalla banale lavorazione meccanica delle parti, fino all’assemblaggio stesso del motore. E' facilmente intuibile, pertanto, come non sia così raro avere delle leggere imperfezioni tra motore e motore che possono poi andare ad impattare sulla vita e sulle performance stesse del mezzo. Questo discorso è ancora più valido se si parla dell’ambito racing, in cui la qualità costruttiva, e, quindi, le performance, giocano un ruolo fondamentale nella progettazione di un motore, nonostante il volume produttivo sia tutto sommato piccolo. L’obiettivo dell'elaborato è quello di creare un metodo di controllo e di confronto della qualità/precisione costruttiva, intesa sia come qualità di produzione delle parti che di assemblaggio del motore finito. A partire da una scansione laser tridimensionale, sotto forma di una nuvola di punti, si è creato un software di elaborazione dati che permettesse di arrivare a calcolare il rapporto di compressione reale del motore in analisi e la mappa di squish tramite la sovrapposizione virtuale delle due scansioni relative ai cilindri/pistoni del blocco motore e la testa del motore stesso.

Sviluppo di un modello previsionale del comportamento magnetico di leghe Fe-Si

Il presente lavoro di tesi ha lo scopo di implementare un modello previsionale del comportamento magnetico di leghe Fe-Si in regime statico e dinamico, mediante l’identificazione e l’ottimizzazione dei parametri caratteristici del modello di Jiles-Atherton. Tale fine è stato perseguito attraverso l’uso del software di calcolo Matlab-Simulink. Il modello, validato mediante i dati reperibili in letteratura, permette di simulare la curva di prima magnetizzazione e il ciclo di isteresi per materiali ferromagnetici soft mediante la conoscenza di un set limitato di dati sperimentali ricavabili dalle prove magnetiche. Il modello è stato impiegato per eseguire la simulazione anche su campioni prodotti industrialmente in acciaio al silicio a grano non orientato forniti allo stato fully-processed M470-50A preventivamente sottoposti a caratterizzazione microstrutturale, mediante microscopia ottica, elettronica e analisi EBSD, e meccanica, attraverso le prove di trazione. I risultati ottenuti dalla simulazione presentano ottimale accuratezza, in particolar modo nel caso statico sia in termini di estrazione dei parametri sia di definizione del ciclo; risulta ancora da migliorare ulteriormente il grafico in frequenza. Al fine di rendere fruibile il modello realizzato è stata progettata una Graphical User Interface. Nell’ottica di una mobilità green in accordo con gli obiettivi globali, l’implementazione del presente modello pone quindi le basi per uno studio futuro del comportamento dei materiali magnetici per la realizzazione di motori elettrici sempre più performanti in funzione dei parametri di produzione e delle condizioni di utilizzo, aspetti che incidono notevolmente sulle proprietà di tale materiale.

Prove di ozonolisi sui fanghi biologici prodotti da impianti di depurazione delle acque reflue urbane

La tecnica di ozonolisi viene applicata ai fanghi biologici derivanti da impianti di depurazione acque reflue urbane, e consiste nell'ottenere, grazie all'ozono, una minor massa fangosa da smaltire e una miglior trattabilità del fango residue. In questo elaborato si prendono in esame le sperimentazioni effettuate a Marina di Ravenna e si estraggono le prime conclusioni gestionali, economiche e ambientali sull'applicabilità del metodo a questo tipo di fango.

L'analisi di rischio nel trasporto stradale di merci pericolose: due software a confronto

Confronto tra due software specifici per l'analisi di rischio nel trasporto stradale di merci pericolose (TRAT GIS 4.1 e QRAM 3.6) mediante applicazione a un caso di studio semplice e al caso reale di Casalecchio di Reno, comune della provincia di Bologna.