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.

Localizzazione e tracking tramite filtri statistici in sistemi multi antenna

Uno dei temi più recenti nel campo delle telecomunicazioni è l'IoT. Tale termine viene utilizzato per rappresentare uno scenario nel quale non solo le persone, con i propri dispositivi personali, ma anche gli oggetti che le circondano saranno connessi alla rete con lo scopo di scambiarsi informazioni di diversa natura. Il numero sempre più crescente di dispositivi connessi in rete, porterà ad una richiesta maggiore in termini di capacità di canale e velocità di trasmissione. La risposta tecnologica a tali esigenze sarà data dall’avvento del 5G, le cui tecnologie chiave saranno: massive MIMO, small cells e l'utilizzo di onde millimetriche. Nel corso del tempo la crescita delle vendite di smartphone e di dispositivi mobili in grado di sfruttare la localizzazione per ottenere servizi, ha fatto sì che la ricerca in questo campo aumentasse esponenzialmente. L'informazione sulla posizione viene utilizzata infatti in differenti ambiti, si passa dalla tradizionale navigazione verso la meta desiderata al geomarketing, dai servizi legati alle chiamate di emergenza a quelli di logistica indoor per industrie. Data quindi l'importanza del processo di positioning, l'obiettivo di questa tesi è quello di ottenere la stima sulla posizione e sulla traiettoria percorsa da un utente che si muove in un ambiente indoor, sfruttando l'infrastruttura dedicata alla comunicazione che verrà a crearsi con l'avvento del 5G, permettendo quindi un abbattimento dei costi. Per fare ciò è stato implementato un algoritmo basato sui filtri EKF, nel quale il sistema analizzato presenta in ricezione un array di antenne, mentre in trasmissione è stato effettuato un confronto tra due casi: singola antenna ed array. Lo studio di entrambe le situazioni permette di evidenziare, quindi, i vantaggi ottenuti dall’utilizzo di sistemi multi antenna. Inoltre sono stati analizzati altri elementi chiave che determinano la precisione, quali geometria del sistema, posizionamento del ricevitore e frequenza operativa.

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.

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.

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.