NMR Based Foodomics to Investigate the Digestibility of Protein-Rich Food Products

Nowadays, in developed countries, the excessive food intake, in conjunction with a decreased physical activity, has led to an increase in lifestyle-related diseases, such as obesity, cardiovascular diseases, type -2 diabetes, a range of cancer types and arthritis. The socio-economic importance of such lifestyle-related diseases has encouraged countries to increase their efforts in research, and many projects have been initiated recently in research that focuses on the relationship between food and health. Thanks to these efforts and to the growing availability of technologies, the food companies are beginning to develop healthier food. The necessity of rapid and affordable methods, helping the food industries in the ingredient selection has stimulated the development of in vitro systems that simulate the physiological functions to which the food components are submitted when administrated in vivo. One of the most promising tool now available appears the in vitro digestion, which aims at predicting, in a comparative way among analogue food products, the bioaccessibility of the nutrients of interest.. The adoption of the foodomics approach has been chosen in this work to evaluate the modifications occurring during the in vitro digestion of selected protein-rich food products. The measure of the proteins breakdown was performed via NMR spectroscopy, the only techniques capable of observing, directly in the simulated gastric and duodenal fluids, the soluble oligo- and polypeptides released during the in vitro digestion process. The overall approach pioneered along this PhD work, has been discussed and promoted in a large scientific community, with specialists networked under the INFOGEST COST Action, which recently released a harmonized protocol for the in vitro digestion. NMR spectroscopy, when used in tandem with the in vitro digestion, generates a new concept, which provides an additional attribute to describe the food quality: the comparative digestibility, which measures the improvement of the nutrients bioaccessibility.

Cristalli organici semiconduttori: proprietà di trasporto elettronico e applicazioni

In questo lavoro saranno inizialmente discusse le tecniche medianti le quali sono cresciuti i monocristalli organici confrontando le tecniche di crescita proprie dell’elettronica organica con quelle utilizzate comunemente in quella inorganica. Successivamente si introdurrà il problema del trasporto elettronico con particolare riguardo verso alcune molecole come il rubrene o il pentacene. Tramite il modello microscopico verranno studiate le interazioni elettrone-fonone, locale e non locale, in particolare nei cristalli di rubrene e DMQtT–F4TCNQ attraverso la teoria del piccolo polarone di Holstein. Dopo aver sottolineato i limiti di questa teoria ne verrà proposta una alternativa basata sui lavori di Troisi e supportata da evidenze sperimentali. Tra le tecniche utilizzate per l’analisi dei campioni verranno discusse le basi della teoria del funzionale di densità. L’attenzione sarà rivolta ai cristalli ordinati mentre una breve descrizione sarà riservata per quelli disordinati o amorfi. Nel capitolo 3 verrà trattato il ruolo degli eccitoni all’interno dei semiconduttori organici, mentre nell’ultimo capitolo si discuterà di diverse applicazioni dei semiconduttori organici come la costruzione di FET e di detector per raggi X. Infine verranno mostrati il setup sperimentale e il procedimento per l’estrazione di parametri di bulk in un semiconduttore organico tramite analisi SCLC.

Tecnologie biomediche per lo studio e la riabilitazione della funzionalita retinica in condizioni fisiopatologiche

L’occhio è l’organo di senso responsabile della visione. Uno strumento ottico il cui principio di funzionamento è paragonabile a quanto avviene in una macchina fotografica. Secondo l’Organizzazione mondiale della sanità (WHO 2010) sulla Terra vivono 285 milioni di persone con handicap visivo grave: 39 milioni sono i ciechi e 246 milioni sono gli ipovedenti. Si evince pertanto la necessità di tecnologie in grado di ripristinare la funzionalità retinica nelle differenti condizioni fisiopatologiche che ne causano la compromissione. In quest’ottica, scopo di questa tesi è stato quello di passare in rassegna le principali tipologie di sistemi tecnologici volti alla diagnosi e alla terapia delle fisiopatologie retiniche. La ricerca di soluzioni bioingegneristiche per il recupero della funzionalità della retina in condizioni fisiopatologiche, coinvolge differenti aree di studio, come la medicina, la biologia, le neuroscienze, l’elettronica, la chimica dei materiali. In particolare, sono stati descritti i principali impianti retinali tra cui l’impianto di tipo epiretinale e subretinale, corticale e del nervo ottico. Tra gli impianti che ad oggi hanno ricevuto la certificazione dell’Unione Europea vi sono il sistema epiretinale Argus II (Second Sight Medical Products) e il dispositivo subretinale Alpha IMS (Retina Implant AG). Lo stato dell’arte delle retine artificiali, basate sulla tecnologia inorganica, trova tuttavia limitazioni legate principalmente a: necessità di un’alimentazione esterna, biocompatibilità a lungo termine, complessità dei processi di fabbricazione, la difficoltà dell’intervento chirurgico, il numero di elettrodi, le dimensioni e la geometria, l’elevata impedenza, la produzione di calore. Approcci bioingegneristici alternativi avanzano nel campo d’indagine della visione artificiale. Fra le prospettive di frontiera, sono attualmente in fase di studio le tecnologie optogenetiche, il cui scopo è la fotoattivazione di neuroni compromessi. Inoltre, vengono annoverate le tecnologie innovative che sfruttano le proprietà meccaniche, optoelettroniche e di biocompatibilità delle molecole di materiali organici polimerici. L’integrazione di funzioni fotoniche nell’elettronica organica offre nuove possibilità al campo dell’optoelettronica, che sfrutta le proprietà ottiche e elettroniche dei semiconduttori organici per la progettazione di dispositivi ed applicazioni optoelettronici nel settore dell’imaging e del rilevamento biomedico. La combinazione di tecnologie di tipo organico ed organico potrebbe aprire in prospettiva la strada alla realizzazione di dispositivi retinici ed impianti di nuova generazione.

Nickel(II)-, cobalt(II)-, copper(II)-, and zinc(II)-phthalate and 1-methylimidazole coordination compounds: synthesis, crystal structures and magnetic properties

Three new coordination polymers [M(Pht)(1-MeIm)2]n (where M=Cu (1), Zn (2), Co (3); Pht2−=dianion of o-phthalic acid; 1-MeIm=1-methylimidazole) and two compounds [M(1-MeIm)6](HPht)2 · 2H2O (M=Co (4), Ni (5)) have been synthesized and characterized by X-ray crystallography. The structures of 1–3 (2 is isostructural to 3) consist of [M(1-MeIm)2] building units connected by 1,6-bridging phthalate ions to form infinite chains. In complex 1, each copper(II) center adopts a square coordination mode of N2O2 type by two O atoms from different phthalate ions and two N atoms of 1-MeIm, whereas in 3 two independent metal atoms are tetrahedrally (N2O2) coordinated to a pair of Pht ligands and a pair of 1-MeIm molecules. There are only van der Waals interactions between the chains in 1, while the three-dimensional network in 3 is assembled by C–H⋯O contacts. In contrast to polymers 1–3 the structures of 4 and 5 (complexes are also isostructural) are made up of the [M(1-MeIm)6]2+ cation, two hydrogen phthalate anions (HPht−) and two H2O solvate molecules. The coordination around each metal(II) atom is octahedral with six nitrogen atoms of 1-MeIm. Extended hydrogen bonding networks embracing the solvate water molecules and a phthalate residue as well as the weak C–H⋯O interactions stabilize the three-dimensional structures. Magnetic studies clearly show that the magnetic ions do not interact with each other. Furthermore, in compound 4 we have another example of a highly anisotropic Co2+ ion with a rhombic g-tensor and large zero-field-splitting. The complexes were also characterized by IR and 1H NMR spectroscopy, thermogravimetric analysis, and all data are discussed in the terms of known structures.

A new bidimensional compound containing (μ-thiocyanate)(bpy)copper(II) molecules: synthesis, crystal structure and magnetic properties of [Cu(bpy)(NCS)2]n (bpy = 2,2'-bipyridyl)

The crystal structure of the first bidimensional copper(II) compound containing only thiocyanate as bridging ligands [Cu(bpy)(NCS) 2 ] n , where bpy=2,2'-bipyridyl, has been determined by X-ray diffraction on single-crystals. Two different environments for both types of copper(II) ions in the unit cell are apparent: a distorted octahedron and a square pyramid. A bidimensional structure with a deformed honeycomb-layer motif is formed, the bipyridyl ligands filling the interlayer space. The magnetic susceptibility data of the compound have been investigated between 280 and 1.8 K. The compound presents a very weak antiferromagnetic interaction that has been fitted by using the Bleaney-Bowers expression for a dimeric unit, whereby a J value of -1.01(1) cm - 1 (H=-JS 1 .S 2 ) and a g value of 2.08(1) have been obtained.

Synthesis and characterization of copper(II) complexes of pyridine-2-carboxamidrazones as potent antimalarial agents

Copper(II) complexes of some pyridine-2-carboxamidrazones have been prepared and characterized. The crystal structures of the copper complex cis-[dichloro(N1-2-acetylthiophene-pyridine-2-carboxamidrazone) copper(II)] 8a and one of the free ligands, viz. {(p-chloro-2-thioloxy-benzylidine-pyridine-2-carboxamidrazone)} 6, have been determined. The former shows a highly distorted square planar geometry around copper, with weak intermolecular coordination from the thiophenyl sulfur resulting in a stacking arrangement in the crystal lattice. The in vitro activities of the synthesized compounds against the malarial parasite Plasmodium falciparum are reported for the first time, which clearly shows the advantage of copper complexation and the requirement of four coordinate geometry around copper as some of the key structural features for designing such metal-based antimalarials. © 2003 Elsevier Science B.V. All rights reserved.

Structural studies of trans-N2S2 copper macrocycles

The X-ray crystal structures of two related trans-N2S2 copper macrocycles are reported. One was isolated with the copper in the divalent form and the other with copper in its univalent form affording a valuable insight into the changes of geometry and metrical parameters that occur during redox processes in macrocyclic copper complexes. A variable temperature NMR study of the copper(I) complex is reported, indicative of a chair-boat conformational change within the alkyl chain backbone of the macrocycle. It was possible to extract the relevant kinetic and thermodynamic parameters (?G‡, 57.8 kJ mol-1; ?H‡, 52.1 kJ mol-1; ?S‡, -19.2 J K-1 mol-1) for this process at 298 K. DFT molecular orbital calculations were used to confirm these observations and to calculate the energy difference (26.2 kJmol-1) between the copper(I) macrocycle in a planar and a distorted tetrahedral disposition.