Biomechanics of the distal radio-ulnar joint: A finite element study (biomeccanica dell'articolazione radio-ulnare distale: Studio agli elementi finiti)

Il metodo agli elementi finiti è stato utilizzato per valutare la distribuzione dei carichi e delle deformazioni in numerose componenti del corpo umano. L'applicazione di questo metodo ha avuto particolare successo nelle articolazioni con geometria semplice e condizioni di carico ben definite, mentre ha avuto un impatto minore sulla conoscenza della biomeccanica delle articolazioni multi-osso come il polso. Lo scopo di questo lavoro è quello di valutare gli aspetti clinici e biomeccanici dell’articolazione distale radio-ulnare, attraverso l’utilizzo di metodi di modellazione e di analisi agli elementi finiti. Sono stati progettati due modelli 3D a partire da immagini CT, in formato DICOM. Le immagini appartenevano ad un paziente con articolazione sana e ad un paziente con articolazione patologica, in particolare si trattava di una dislocazione ulnare traumatica. Le componenti principali dei modelli presi in considerazione sono stati: radio, ulna, cartilagine, legamento interosso, palmare e distale. Per la realizzazione del radio e dell’ulna sono stati utilizzati i metodi di segmentazione “Thresholding” e “RegionGrowing” sulle immagini e grazie ad operatori morfologici, è stato possibile distinguere l’osso corticale dall’osso spongioso. Successivamente è stata creata la cartilagine presente tra le due ossa, attraverso operazioni di tipo booleano. Invece, i legamenti sono stati realizzati prendendo i punti-nodo del radio e dell’ulna e formando le superfici tra di essi. Per ciascuna di queste componenti, sono state assegnate le corrispondenti proprietà dei materiali. Per migliorare la qualità dei modelli, sono state necessarie operazioni di “Smoothing” e “Autoremesh”. In seguito, è stata eseguita un’analisi agli elementi finiti attraverso l’uso di vincoli e forze, così da simulare il comportamento delle articolazioni. In particolare, sono stati simulati lo stress e la deformazione. Infine, grazie ai risultati ottenuti dalle simulazioni, è stato possibile verificare l’eventuale rischio di frattura in differenti punti anatomici del radio e dell’ulna nell’articolazione sana e patologica.

Preparation and assessment of immobilized laccase-based micro- and nanocatalysts for the degradation of anthropogenic compounds

Since the dawn of its presence on earth, the human being has been able to exploit the enzymes for its subsistence. More recent is the meeting between the enzymatic processes and the urgent need for technologies that aim to preserve our planet. In this field nowadays enzymatic catalysis is tested either to depollution/remediation as well as waste disposal. The work presented in this thesis, regarding both these two topics, is tailored on two European projects (EU 2020), MADFORWATER and TERMINUS respectively. Firstly, production of micro- and nanocatalysts via immobilization of laccases (a lignin-degrader enzyme) is performed. In the second part of the thesis laccase is applied to a tertiary treatment of wastewater with the aim to degrade 9 pharmaceutical active compounds in batch reactors. Despite several optimizations, poor degradation is reached and we did not proceed with the study of different bioreactor setups. Therefore, the focus is moved to a project concerning the production of smart multi-layer plastic packaging containing enzymes to improve the possibilities of recycling. In this field shielded nanocatalysts produced via coating techniques able to interact with redox mediators are investigated. The target substrate in this second project is produced in laboratory (i.e. polyurethane like compounds), starting from monomers whose degradation had already been tested, as a proof of concept. The first enzyme studied is still the laccase.