PEDOT:PSS thin films: Applications in Bioelectronics

Owing to their capability of merging the properties of metals and conventional polymers, Conducting Polymers (CPs) are a unique class of carbon-based materials capable of conducting electrical current. A conjugated backbone is the hallmark of CPs, which can readily undergo reversible doping to different extents, thus achieving a wide range of electrical conductivities, while maintaining mechanical flexibility, transparency and high thermal stability. Thanks to these inherent versatility and attracting properties, from their discovery CPs have experienced incessant widespread in a great plethora of research fields, ranging from energy storage to healthcare, also encouraging the spring and growth of new scientific areas with highly innovative content. Nowadays, Bioelectronics stands out as one of the most promising research fields, dealing with the mutual interplay between biology and electronics. Among CPs, the polyelectrolyte complex poly (3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate) (PEDOT:PSS), especially in the form of thin films, has been emphasized as ideal platform for bioelectronic applications. Indeed, in the last two decades PEDOT:PSS has played a key role in the sensing of bioanalytes and living cells interfacing and monitoring. In the present work, development and characterization of two kinds of PEDOT:PSS-based devices for applications in Bioelectronics are discussed in detail. In particular, a low-cost amperometric sensor for the selective detection of Dopamine in a ternary mixture was optimized, taking advantage of the electrocatalytic and antifouling properties that render PEDOT:PSS thin films appealing tools for electrochemical sensing of bioanalytes. Moreover, the potentialities of this material to interact with live cells were explored through the fabrication of a microfluidic trapping device for electrical monitoring of 3D spheroids using an impedance-based approach.

Fractal sets and their applications in medicine

La geometria euclidea risulta spesso inadeguata a descrivere le forme della natura. I Frattali, oggetti interrotti e irregolari, come indica il nome stesso, sono più adatti a rappresentare la forma frastagliata delle linee costiere o altri elementi naturali. Lo strumento necessario per studiare rigorosamente i frattali sono i teoremi riguardanti la misura di Hausdorff, con i quali possono definirsi gli s-sets, dove s è la dimensione di Hausdorff. Se s non è intero, l'insieme in gioco può riconoscersi come frattale e non presenta tangenti e densità in quasi nessun punto. I frattali più classici, come gli insiemi di Cantor, Koch e Sierpinski, presentano anche la proprietà di auto-similarità e la dimensione di similitudine viene a coincidere con quella di Hausdorff. Una tecnica basata sulla dimensione frattale, detta box-counting, interviene in applicazioni bio-mediche e risulta utile per studiare le placche senili di varie specie di mammiferi tra cui l'uomo o anche per distinguere un melanoma maligno da una diversa lesione della cute.

Effects of photoperiod and feeding regimes on Neuropeptide Y (NPY) and Agouti-related Protein (AgRP) expression in central areas of senegalese sole, Solea senegalensis

In the present study, we have tried to expand our knowledge about the endocrine mechanisms that regulate feeding and growth in cultured fish, which could be relevant for the improvement of fish farming conditions and feeding strategies. In order to reach this goal, we have investigated some orexigenic hormones, Neuropeptide Y (NPY) and the paralogues of Agouti-related protein, (AgRP1, AgRP2) in Solea senegalensis, an important species for Mediterranean aquaculture. We focused on hormones synchronization to different feeding regimes (diurnal vs nocturnal and random feeding) and photoperiod (light-dark cycle vs constant darkness). Therefore, the achieved results could also be relevant from a chronobiological perspective. Solea senegalensis specimen were reared in two different photoperiods, i.e.LD Light-Dark conditions as well as in DD conditions (constant darkness) along with different feeding regimes (fed at ML, Med and RND times), so to determine if mRNA expression of orexigenic hormones (NPY, AgRP1 and AgRP2) are entrained by feeding time and/or photoperiod. Our results show an independence of npy mRNA expression from the feeding time and suggest an endogenous control of npy expression in telencephalon of sole, while in optice tectum, npy expression could be entrained by the light-dark cycle. Our results on Senegalese sole AgRP1 and AgRP2 showed the same pattern of expression, indicating that expression of AgRPs is related to photoperiod in optic tectum, instead to feeding time. However the involvement of AgRP1 and AgRP2 in feeding behaviour should not be discarded in sole, as further research will be carried out with specimens maintained under different fasting conditions. our results reinforce the role of the telencephalon as the main neural area involved in the neuroendocrine control of food intake in fish, where endogenous NPY rhythms have been found, while diencephalon statistical variations weren’t observed suggesting that this brain area could be less involved in the neuroendocrine control of food intake in fish than previously thought.

Synthesis and characterization of artificial aggregates and their potential applications in road construction

L’obiettivo del progetto è stato quello di realizzare ed analizzare aggregati artificiali creati attraverso geopolimerizzazione e macro-incapsulazione di paraffina in aggregati leggeri espansi, discutendo i loro possibili impieghi nelle pavimentazioni stradali. Dopo un'accurata calibrazione delle miscele geopolimeriche, sono stati realizzati degli aggregati artificiali, in seguito caratterizzati in accordo con la norma UNI EN 10343, con l'intento di sostituire materiali stradali vergini. Contemporaneamente, sono stati prodotti aggregati leggeri impregnati di paraffina (PCM), in grado di cambiare fase una volta raggiunti all'incirca i 3 °C, e successivamente rivestiti da due strati di resina poliestere e polvere di granito, denominati PLA: sfruttandone le proprietà termiche, si è valutato il loro possibile utilizzo come soluzione anti-icing. L’ultima fase della ricerca è stata incentrata nella realizzazione di aggregati geopolimerici espansi e molto porosi che potessero contenere una elevata quantità di PCM, sostituendo l'argilla espansa utilizzata nella produzione degli PLA.

From data to applications in the Internet of Things

Con la crescita in complessità delle infrastrutture IT e la pervasività degli scenari di Internet of Things (IoT) emerge il bisogno di nuovi modelli computazionali basati su entità autonome capaci di portare a termine obiettivi di alto livello interagendo tra loro grazie al supporto di infrastrutture come il Fog Computing, per la vicinanza alle sorgenti dei dati, e del Cloud Computing per offrire servizi analitici complessi di back-end in grado di fornire risultati per milioni di utenti. Questi nuovi scenarii portano a ripensare il modo in cui il software viene progettato e sviluppato in una prospettiva agile. Le attività dei team di sviluppatori (Dev) dovrebbero essere strettamente legate alle attività dei team che supportano il Cloud (Ops) secondo nuove metodologie oggi note come DevOps. Tuttavia, data la mancanza di astrazioni adeguata a livello di linguaggio di programmazione, gli sviluppatori IoT sono spesso indotti a seguire approcci di sviluppo bottom-up che spesso risulta non adeguato ad affrontare la compessità delle applicazione del settore e l'eterogeneità dei compomenti software che le formano. Poichè le applicazioni monolitiche del passato appaiono difficilmente scalabili e gestibili in un ambiente Cloud con molteplici utenti, molti ritengono necessaria l'adozione di un nuovo stile architetturale, in cui un'applicazione dovrebbe essere vista come una composizione di micro-servizi, ciascuno dedicato a uno specifica funzionalità applicativa e ciascuno sotto la responsabilità di un piccolo team di sviluppatori, dall'analisi del problema al deployment e al management. Poichè al momento non si è ancora giunti a una definizione univoca e condivisa dei microservices e di altri concetti che emergono da IoT e dal Cloud, nè tantomento alla definzione di linguaggi sepcializzati per questo settore, la definzione di metamodelli custom associati alla produzione automatica del software di raccordo con le infrastrutture potrebbe aiutare un team di sviluppo ad elevare il livello di astrazione, incapsulando in una software factory aziendale i dettagli implementativi. Grazie a sistemi di produzione del sofware basati sul Model Driven Software Development (MDSD), l'approccio top-down attualmente carente può essere recuperato, permettendo di focalizzare l'attenzione sulla business logic delle applicazioni. Nella tesi viene mostrato un esempio di questo possibile approccio, partendo dall'idea che un'applicazione IoT sia in primo luogo un sistema software distribuito in cui l'interazione tra componenti attivi (modellati come attori) gioca un ruolo fondamentale.

Towards NIR emission: 2-(1H-tetrazol-1-yl)pyridine as versatile ligand for the synthesis of two new families of cationic and neutral Ir(III) complexes.

In the last decades, cyclometalated Ir(III) complexes have drawn a large interest for their unique properties: they are excellent triplet state emitters, thus the emission is phosphorescent in nature; typically high quantum yields and good stability make them good candidates for luminescent materials. Moreover, through an opportune choice of the ligands, it is possible to tune the emission along the whole visible spectra. Thanks to these interesting features, Ir(III) complexes have found different applications in several areas of applied science, from OLEDs to bioimaging. In particular, regarding the second application, a remarkable red-shift in the emission is required, in order to minimize the problem of the tissue penetration and the possible damages for the organisms. With the aim of synthesizing a new family of NIR emitting Ir(III) complexes, we envisaged the possibility to use for the first time 2-(1H-tetrazol-1-yl)pyridine as bidentate ligand able to provide the required red-shift of the emission of the final complexes. Exploiting the versatility of the ligand, I prepared two different families of heteroleptic Ir(III) complexes. In detail, in the first case the 2-(1H-tetrazol-1-yl)pyridine was used as bis-chelating N^N ligand, leading to cationic complexes, while in the second case it was used as cyclometalating C^N ligand, giving neutral complexes. The structures of the prepared molecules have been characterised by NMR spectroscopy and mass spectrometry. Moreover, the neutral complexes’ emissive properties have been measured: emission spectra have been recorded in solution at both room temperature and 77K, as well as in PMMA matrix. DFT calculation has then been performed and the obtained results have been compared to experimental ones.