Nano-scale morphological and electrical characterization of nc-SiOxNy thin layers for photovoltaic applications

Il presente lavoro di tesi propone uno studio approfondito di proprietà morfologiche e di trasporto di carica di film sottili di SiOxNy amorfi (a-SiOxNy) e nanocristallini (nc-SiOxNy), che trovano importanti applicazioni in celle fotovoltaiche ad eterogiunzione in silicio, ad alta efficienza. Lo studio è condotto mediante caratterizzazione elettrica e morfologica attraverso tecniche di microscopia a forza atomica (AFM). Sono stati studiati campioni di a-SiOxNy cresciuti con tecnica PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), in cui è stata variata unicamente la distanza tra gli elettrodi durante la deposizione. Sono stati inoltre studiati campioni di nc-SiOxNy, cresciuti con PECVD con una differente percentuale di N2O come gas precursore e un differente tempo di annealing. In entrambi i casi si tratta di un materiale innovativo, le cui proprietà fisiche di base, nonostante le numerose applicazioni, sono ancora poco studiate. L'analisi morfologica, condotta mediante AFM e successiva analisi statistica delle immagini, ha permesso di determinare alcune proprietà morfologiche dei campioni. L’analisi statistica delle immagini è stata validata, dimostrandosi stabile e consistente per lo studio di queste strutture. Lo studio delle proprietà di trasporto è stato condotto mediante acquisizione di mappe di corrente con tecnica conductive-AFM. In questo modo si è ottenuta una mappa di conducibilità locale nanometrica, che permette di comprendere come avviene il trasporto nel materiale. L'analisi di questo materiale mediante tecniche AFM ha permesso di evidenziare che l'annealing produce nei materiali nanocristallini sia un clustering della struttura, sia un significativo aumento della conducibilità locale del materiale. Inoltre la distanza tra gli elettrodi in fase di deposizione ha un leggero effetto sulle dimensioni dei grani. È da notare inoltre che su questi campioni si sono osservate variazioni locali della conducibilità alla nanoscala. L’analisi delle proprietà dei materiali alla nanoscala ha contribuito alla comprensione più approfondita della morfologia e dei meccanismi di trasporto elettronico.

Proposta di traduzione in portoghese de "Il nano e l'Infanta", breve favola in versi e in rima di Luciano De Crescenzo

Oggetto dell'elaborato è una proposta di traduzione in portoghese de “Il nano e l'Infanta”, breve favola in versi e in rima di Luciano De Crescenzo. Alla presentazione dell'autore e dell'opera in questione seguono una descrizione delle principali caratteristiche del testo originale attraverso un'attenta analisi del contenuto, della forma e del suo destinatario, e un breve capitolo sulla traduzione della letteratura per l'infanzia, in cui l'attenzione è focalizzata su alcuni aspetti teorici che si sono sviluppati recentemente in merito alla traduzione in tale ambito. Infine si presenta la proposta di traduzione seguita da un commento in cui vengono discussi i maggiori ostacoli riscontrati e le scelte traduttive che sono state adottate.

Effetto del grafene e dell’ossido di grafene sulle proprietà termo-meccaniche di (nano)compositi a matrice polimerica

I materiali compositi occupano un posto di particolare rilievo in virtù non solo delle forti caratteristiche innovative da loro possedute, ma anche dalla possibilità di progettare il materiale in base alle specifiche funzionali e strutturali del sistema da realizzare. In questo lavoro di tesi sono stati valutati gli effetti di grafene e ossido di grafene sulle proprietà termo-meccaniche di formulazioni polimeriche commerciali sia di tipo termoplastico che termoindurente. In particolare sono stati valutati i metodi di dispersione delle nanocariche, ottimizzandoli per ciascuna matrice polimerica e successivamente sono stati preparati i provini necessari per la caratterizzazione dei materiali (nano)compositi ottenuti, al fine di valutare l’effetto della presenza delle nanocariche grafeniche.

Homeorhetic assemblies: turning beehive formation dynamics into high-res tectonics

Homeorhetic Assemblies indaga le potenzialità tettoniche ed architettoniche derivanti dallo studio dei sistemi biologici decentralizzati, dei loro comportamenti e delle relazioni dinamiche con la colonia in termini di processi adattativi e costruttivi continui nel tempo. La ragione di questo interesse è radicata nei principi dell’ecologia applicata al design ed alle tecnologie di fabbricazione contemporanee, che vanno al di là della mera imitazione formale: ci si è quindi chiesto come raggiungere una spazialità complessa ed articolata, omogeneità di prestazioni ed una struttura continua caratterizzata da molti elementi aventi le stesse caratteristiche di forma e materiale. L’ecologia è lo studio di un insieme di economie, ovvero rapporti di scambio, tra un organismo ed il suo ambiente e l’efficenza dei pattern distributivi che derivano da queste relazioni sono fondamentali al fine del successo evolutivo del sistema stesso. I sistemi su cui ci si è concentrati sono caratterizzati dalla capacità di creare strutture a buon mercato (con l’uso di istruzioni semplici ed un unico materiale) e ad elevato grado di complessità ed efficienza, armonizzando l’aspetto formale con l’organizzazione materica e fisiologica. Il modello di comportamento considerato riguarda le dinamiche alla base della creazione degli alveari naturali creati dalle api millifere. Queste caratteristiche sono state codificate nella programmazione di un sistema multi agente composto da agenti autonomi in grado di interagire in un ambiente eterogeneo e capaci di depositare selettivamente elementi in una struttura composta da springs e particles, periodicamente stabilizzata ed ottimizzata. In un tale sistema, a priori sono note solo le relazioni locali per i singoli agenti ed il comportamento strutturale generale, mentre gli oggetti e gli eventi emergono in maniera non predeterminata come risultato di queste interazioni nello spazio e nel tempo. I risultati appaiono estremamente complessi ed eterogenei nella loro organizzazione spaziale, pur emergendo un set di elementi identificabili nella loro specifica singolarità (come ad esempio superfici, colonne, capriate etc...) ma che generano strutture continue, e creano grande differenziazione di densità e di disposizione dei singoli elementi all’interno della struttura. La ridondanza strutturale ottenuta è una scelta deliberata e permessa dall’automatizzazione della fase di costruzione attraverso la programmazione di robot, tramite i quali si intende realizzare un prototipo fisico delle strutture ottenute.

Nano-stenciled RGD-gold patterns that inhibit focal contact maturation induce lamellipodia formation in fibroblasts

Cultured fibroblasts adhere to extracellular substrates by means of cell-matrix adhesions that are assembled in a hierarchical way, thereby gaining in protein complexity and size. Here we asked how restricting the size of cell-matrix adhesions affects cell morphology and behavior. Using a nanostencil technique, culture substrates were patterned with gold squares of a width and spacing between 250 nm and 2 µm. The gold was functionalized with RGD peptide as ligand for cellular integrins, and mouse embryo fibroblasts were plated. Limiting the length of cell-matrix adhesions to 500 nm or less disturbed the maturation of vinculin-positive focal complexes into focal contacts and fibrillar adhesions, as indicated by poor recruitment of ?5-integrin. We found that on sub-micrometer patterns, fibroblasts spread extensively, but did not polarize. Instead, they formed excessive numbers of lamellipodia and a fine actin meshwork without stress fibers. Moreover, these cells showed aberrant fibronectin fibrillogenesis, and their speed of directed migration was reduced significantly compared to fibroblasts on 2 µm square patterns. Interference with RhoA/ROCK signaling eliminated the pattern-dependent differences in cell morphology. Our results indicate that manipulating the maturation of cell-matrix adhesions by nanopatterned surfaces allows to influence morphology, actin dynamics, migration and ECM assembly of adhering fibroblasts.

Enhanced Sensitivity by Nonuniform Sampling Enables Multidimensional MAS NMR Spectroscopy of Protein Assemblies

We report dramatic sensitivity enhancements in multidimensional MAS NMR spectra by the use of nonuniform sampling (NUS) and introduce maximum entropy interpolation (MINT) processing that assures the linearity between the time and frequency domains of the NUS acquired data sets. A systematic analysis of sensitivity and resolution in 2D and 3D NUS spectra reveals that with NUS, at least 1.5- to 2-fold sensitivity enhancement can be attained in each indirect dimension without compromising the spectral resolution. These enhancements are similar to or higher than those attained by the newest-generation commercial cryogenic probes. We explore the benefits of this NUS/MaxEnt approach in proteins and protein assemblies using 1-73-(U-C-13,N-15)/74-108-(U-N-15) Escherichia coil thioredoxin reassembly. We demonstrate that in thioredoxin reassembly, NUS permits acquisition of high-quality 3D-NCACX spectra, which are inaccessible with conventional sampling due to prohibitively long experiment times. Of critical importance, issues that hinder NUS-based SNR enhancement in 3D-NMR of liquids are mitigated in the study of solid samples in which theoretical enhancements on the order of 3-4 fold are accessible by compounding the NUS-based SNR enhancement of each indirect dimension. NUS/MINT is anticipated to be widely applicable and advantageous for multidimensional heteronuclear MAS NMR spectroscopy of proteins, protein assemblies, and other biological systems.

Vapor bubble generation around gold nano-particles and its application to damaging of cells

We investigated vapor bubbles generated upon irradiation of gold nanoparticles with nanosecond laser pulses. Bubble formation was studied both with optical and acoustic means on supported single gold nanoparticles and single nanoparticles in suspension. Formation thresholds determined at different wavelengths indicate a bubble formation efficiency increasing with the irradiation wavelength. Vapor bubble generation in Bac-1 cells containing accumulations of the same particles was also investigated at different wavelengths. Similarly, they showed an increasing cell damage efficiency for longer wavelengths. Vapor bubbles generated by single laser pulses were about half the cell size when inducing acute damage.

Racemates revisited: heterochiral assemblies and the example of DL-thalidomide

The existence of racemic compounds, comprised of pairs of opposite enantiomers as discrete molecular entities, has been accepted for over a century. However, their ability to remain as associated dimers when in solution is uncertain, if not generally doubted. In this article, data has been assembled to provide evidence for the presence of intact dimeric heterochiral assemblies in solution and presents DL-thalidomide as a probable example of this phenomenon.

An integrated nano-scale approach to profile miRNAs in limited clinical samples

Profiling miRNA expression in cells that directly contribute to human disease pathogenesis is likely to aid the discovery of novel drug targets and biomarkers. However, tissue heterogeneity and the limited amount of human diseased tissue available for research purposes present fundamental difficulties that often constrain the scope and potential of such studies. We established a flow cytometry-based method for isolating pure populations of pathogenic T cells from bronchial biopsy samples of asthma patients, and optimized a high-throughput nano-scale qRT-PCR method capable of accurately measuring 96 miRNAs in as little as 100 cells. Comparison of circulating and airway T cells from healthy and asthmatic subjects revealed asthma-associated and tissue-specific miRNA expression patterns. These results establish the feasibility and utility of investigating miRNA expression in small populations of cells involved in asthma pathogenesis, and set a precedent for application of our nano-scale approach in other human diseases. The microarray data from this study (Figure 7) has been submitted to the NCBI Gene Expression Omnibus (GEO; http://ncbi.nlm.nih.gov/geo) under accession no. GSE31030.

Proteome analysis of human plasma and amniotic fluid by Off-Gel isoelectric focusing followed by nano-LC-MS/MS

This paper presents a comparative proteomic analysis of human maternal plasma and amniotic fluid (AF) samples from the same patient at term of pregnancy in order to find specific AF proteins as markers of premature rupture of membranes, a complication frequently observed during pregnancy. Maternal plasma and the corresponding AF were immunodepleted in order to remove the six most abundant proteins before the systematic analysis of their protein composition. The protein samples were then fractionated by IEF Off-Gel electrophoresis (OGE), digested and analyzed with nano-LC-MS/MS separation, revealing a total of 73 and 69 proteins identified in maternal plasma and AF samples, respectively. The proteins identified in AF have been compared to those identified in the mother plasma as well as to the reference human plasma protein list reported by Anderson et al. (Mol. Cell. Proteomics 2004, 3, 311-326). This comparison showed that 26 proteins were exclusively present in AF and not in plasma among which 10 have already been described to be placenta or pregnancy specific. As a further validation of the method, plasma proteins fractionated by OGE and analysed by nano-LC-MS/MS have been compared to the Swiss 2-D PAGE reference map by reconstructing a map that matches 2-D gel and OGE experimental data. This representation shows that 36 of 49 reference proteins could be identified in both data sets, and that isoform shifts in pI are well conserved in the OGE data sets.