In vitro effects of Er,Cr:YSGG laser on dentine hypersensitivity. Dentine permeability and scanning electron microscopy analysis

The aim of the present study was to determine clinical parameters for the use of Er,Cr:YSGG laser in the treatment of dentine hypersensitivity. Two antagonist areas were determined as control and experimental areas for irradiation in 90 premolar roots. Each surface was conditioned with 24% EDTA (sub-group 1) and 35% phosphoric acid (sub-group 2) and irradiated with the following settings: 1) Er:YAG, 60 mJ, 2 Hz, defocused; groups 2 to 9: irradiation with Er,Cr:YSGG laser, 20 Hz, Z6 tip, 0% of air and water: 2) Er,Cr:YSGG 0.25 W; 3) 0.5 W; 4) 0.75 W; 5) 1.0 W; 6) 1.25 W, 7) 1.50 W, 8) 2 W; 9) 2 W. After irradiation, samples were immersed in methylene blue solution and included in epoxy resin to obtain longitudinal cuts. The images were digitalized and analyzed by computer software. Although the samples irradiated with Er:YAG laser showed less microleakage, sub-group 1 showed differences between the groups, differing statistically from groups 3, 6, and 9. The results of sub-group 2 showed that the mean values of Er:YAG samples showed a negative trend, however, no differences were detected between the groups. For scanning electron microscopy analysis, dentine squares were obtained and prepared to evaluate the superficial morphology. Partial closure of dentinal tubules was observed after irradiation with Er:YAG and Er,Cr:YSGG laser in the 0.25 and 0.50 W protocols. As the energy densities rose, open dentinal tubules, carbonization and cracks were observed. It can be concluded that none of the parameters were capable of eliminating microleakage, however, clinical studies with Er:YAG and Er,Cr:YSGG lasers should be conducted with the lowest protocols in order to determine the most satisfactory setting for dentine hypersensitivity.

Push-out bond strength and SEM evaluation of a new bonding approach into the root canal

Objective: This study evaluated the performance of different adhesive systems in fiber post placement aiming to clarify the influence of different hydrophobic experimental blend adhesives, and of one commercially available adhesive on the frictional retention during a luting procedure. Material and Methods: One luting agent (70 Wt% BisGMA, 28.5% TEGDMA; 1.5% p-tolyldiethanolamine) to cement fiber posts into root canals was applied with 4 different adhesive combinations: Group 1: The etched roots were rinsed with water for 30 s to remove the phosphoric acid, then rinsed with 99.6% ethanol for 30 s, and blot-dried. A trial adhesive (base to catalyst on a 1: 1 ratio) was used with an experimental luting agent (35% Bis-GMA, 14.37% TEGDMA, 0.5% EDMAB, 0.13% CQ); Group 2: A trial adhesive (base to catalyst on a 1: 2 ratio) was luted as in Group 1; Group 3: One-Step Plus (OSP, Bisco Inc.) following the ethanol bonding technique in combination with the luting agent as in Group 1; Group 4: OSP strictly following the manufacturer's instructions using the luting agent as in Group 1. The groups were challenged with push-out tests. Posted root slices were loaded until post segment extrusion in the apical-coronal direction. Failure modes were analyzed under scanning electron microscopy. Results: Push-out strength was not significantly influenced by the luting agent (p>0.05). No statistically significant differences among the tested groups were found as Group 1 (Exp 1 - ethanol-wet bonding technique)=Group 2 (Exp 2 - ethanol-wet bonding technique)= Group 3 (OSP - ethanol-wet bonding technique)= Group 4 (control, OSP - water-wet bonding technique) (p>0.05). The dominating failure modes in all the groups were cohesive/adhesive failures, which were predominantly observed on the post/luting agent interface. Conclusions: The results of this study support the hypothesis that the proposal to replace water with ethanol to bond fiber posts to the root canal using highly hydrophobic resin is plausible, but this seems to be more the proof of a concept than a clinically applicable procedure.

Terbium(III) and dysprosium(III) 8-connected 3D networks containing 2,5-thiophenedicarboxylate anion: Crystal structures and photoluminescence studies

Two novel coordination polymers with the formula {[Ln(2)(2,5-tdc)(3)(dmso)(2)].H2O}(n) (Ln = Tb(III) for (1) and Dy(III) for (2)), (2,5-tdc(2-) = 2,5-thiophenedicarboxylate and dmso = dimethylsulfoxide) have been synthesized by the diffusion method and characterized by thermal analysis, vibrational spectroscopy and single crystal X-ray diffraction analysis. Structure analysis reveals that 2,5-tdc(2-) play a versatile role toward different lanthanide ions to form three-dimensional metal-organic frameworks (MOFs) in which the lanthanides ions are heptacoordinated. Photophysical properties were studied using excitation and emission spectra, where the photoluminescence data show the high emission intensity of the characteristic transitions D-5(4 ->) F-7(J) (J= 6, 5, 4 and 3) for (1) and (F9/2 -> HJ)-F-4-H-6 (J = 15/2, 13/2 and 11/2) for (2), indicating that 2,5-tdc(2-) is a good sensitizer. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Effect of cellulose physical characteristics, especially the water sorption value, on the efficiency of its hydrolysis catalyzed by free or immobilized cellulase

Cellulase, an enzymatic complex that synergically promotes the degradation of cellulose to glucose and cellobiose, free or adsorbed onto Si/SiO(2) wafers at 60 degrees C has been employed as catalyst in the hydrolysis of microcrystalline cellulose (Avicel), microcrystalline cellulose pre-treated with hot phosphoric acid (CP), cotton cellulose (CC) and eucalyptus cellulose (EC). The physical characteristics such as index of crystallinity (I(C)), degree of polymerization (DP) and water sorption values were determined for all samples. The largest conversion rates of cellulose into the above-mentioned products using free cellulase were observed for samples with the largest water sorption values; conversion rates showed no correlation with either IC or DP of the biopolymer. Cellulose with large water sorption value possesses large pore volumes, hence higher accessibility. The catalytic efficiency of immobilized cellulase could not be correlated with the physical characteristics of cellulose samples. The hydrolysis rates of the same cellulose samples with immobilized cellulase were lower than those by the free enzyme, due to the diffusion barrier (biopolymer chains approaching to the immobilized enzyme) and less effective contact between the enzyme active site and its substrate. Immobilized cellulase, unlike its free counterpart, can be recycled at least six times without loss of catalytic activity, leading to higher overall cellulose conversion. (C) 2011 Elsevier B.V. All rights reserved.

Degradation of resin-dentin bonds of etch-and-rinse adhesive system to primary and permanent teeth

The aim of this in vitro study was to compare the degradation of resin-dentin bonds of an etch-and-rinse adhesive system to primary and permanent teeth. Flat superficial coronal dentin surfaces from 5 primary second molars and 5 permanent third molars were etched with phosphoric acid and bonded with an adhesive system (Adper Single Bond 2, 3M ESPE). Blocks of resin composite (Z250, 3M ESPE) were built up and the teeth sectioned to produce bonded sticks with a 0.8 mm(2) cross-sectional area. The sticks of each tooth were randomly divided and assigned to be subjected to microtensile testing immediately (24 h) or after aging by water storage (6 months). Data were analyzed by two-way repeated measures ANOVA and Tukey post hoc test (alpha = 0.05). Failure mode was evaluated using a stereomicroscope (400x). Microtensile values significantly decreased after the 6 months aging, independent of the dentin substrate. In 24 h, the values obtained to primary dentin were lower compared with permanent dentin. This difference was not maintained after aging. Adhesive/mixed failure was predominant in all experimental groups. In conclusion, degradation of resin-dentin bonds of the etch-and-rinse adhesive system occurred after 6 months of water storage; however, the reduction in bond strength values was higher for permanent teeth.

Comparative Studies of the (Anti) Mutagenicity of Baccharis dracunculifolia and Artepillin C by the Bacterial Reverse Mutation Test

Baccharis dracunculifolia is a plant native from Brazil, commonly known as 'Alecrim-do-campo' and 'Vassoura' and used in alternative medicine for the treatment of inflammation, hepatic disorders and stomach ulcers. Previous studies reported that artepillin C (ArtC, 3-{4-hydroxy-3,5-di(3-methyl-2-butenyl)phenyl}-2(E)-propenoic acid), is the main compound of interest in the leaves. This study was undertaken to assess the mutagenic effect of the ethyl acetate extract of B. dracunculifolia leaves (Bd-EAE: 11.4-182.8 mu g/plate) and ArtC (0.69-10.99 mu g/plate) by the Ames test using Salmonella typhimurium strains TA98, TA97a, TA100 and TA102, and to compare the protective effects of Bd-EAE and ArtC against the mutagenicity of a variety of direct and indirect acting mutagens such as 4-nitro-O-phenylenediamine, sodium azide, mitomycin C, benzo[a]pyrene, aflatoxin B1, 2-aminoanthracene and 2-aminofluorene. The mutagenicity test showed that Bd-EAE and ArtC did not induce an increase in the number of revertant colonies indicating absence of mutagenic activity. ArtC showed a similar antimutagenic effect to that of Bd-EAE in some strains of S. typhimurium, demonstrating that the antimutagenic activity of Bd-EAE can be partially attributed to ArtC. The present results showed that the protective effect of whole plant extracts is due to the combined and synergistic effects of a complex mixture of phytochemicals, the total activity of which may result in health benefits.

Shear bond strength of repairs in porcelain conditioned with laser

The aim of this study was to evaluate the shear bond strength of repairs in porcelain conditioned with laser. Sixty porcelain discs were made and six groups were formed (n = 10): G1: conditioning with laser with potency 760 mW; G2: conditioning with laser with potency 760 mW and application of 37% phosphoric acid for 15 s; G3: conditioning with laser with potency 900 mW; G4: conditioning with laser with potency 900 mW and application of 37% phosphoric acid for 15 s; G5: application of 37% phosphoric acid for 15 s (group control) and G6: application of 10% hydrofluoric acid for 2 min. The composite resin was insert of incremental layers at the porcelain surface aided with a metal matrix, and photoactivation for 20 s each increment. The specimens were submitted to a thermal cycling by 1000 cycles of 30 s in each bath with temperature between 5 and 55 degrees C. After the thermal cycling, specimens were submitted to the shear bond strength. The results were evaluated statistically through analysis of variance and Tukey's tests with 5% significance. The averages and standard deviation founded were: G1, 11.25 (+/- 3.10); G2, 12.32 (+/- 2.65); G3, 14.02 (+/- 2.38); G4, 13.44 (+/- 2,07); G5, 9.91 (-/+ 2,18); G6, 12.74 (+/- 2.67). The results showed that the femtosecond laser produced a shear bond strength of repairs in porcelain equal to the hydrofluoric acid and significantly superior to the use of phosphoric acid. Microsc. Res. Tech., 2012. (C) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Effect of dental tissue conditioners and matrix metalloproteinase inhibitors on type I collagen microstructure analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy

This study aimed to evaluate the chemical interaction of collagen with some substances usually applied in dental treatments to increase the durability of adhesive restorations to dentin. Initially, the similarity between human dentin collagen and type I collagen obtained from commercial bovine membranes of Achilles deep tendon was compared by the Attenuated Total Reflectance technique of Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) spectroscopy. Finally, the effects of application of 35% phosphoric acid, 0.1M ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), 2% chlorhexidine, and 6.5% proanthocyanidin solution on microstructure of collagen and in the integrity of its triple helix were also evaluated by ATR-FTIR. It was observed that the commercial type I collagen can be used as an efficient substitute for demineralized human dentin in studies that use spectroscopy analysis. The 35% phosphoric acid significantly altered the organic content of amides, proline and hydroxyproline of type I collagen. The surface treatment with 0.1M EDTA, 2% chlorhexidine, or 6.5% proanthocyanidin did not promote deleterious structural changes to the collagen triple helix. The application of 6.5% proanthocyanidin on collagen promoted hydrogen bond formation. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc. J Biomed Mater Res Part B: Appl Biomater, 2012.

Minimal alterations on the enamel surface by micro-abrasion: in vitro roughness and wear assessments

Objective: To evaluate the in vitro changes on the enamel surface after a micro-abrasion treatment promoted by different products. Material and Methods: Fifty (50) fragments of bovine enamel (15 mm × 5 mm) were randomly assigned to five groups (n=10) according to the product utilized: G1 (control)= silicone polisher (TDV), G2= 37% phosphoric acid (3M/ESPE) + pumice stone (SS White), G3= Micropol (DMC Equipment), G4= Opalustre (Ultradent) and G5= Whiteness RM (FGM Dental Products). Roughness and wear were the responsible variables used to analyze these surfaces in four stages: baseline, 60 s and 120 s after the micro-abrasion and after polishing, using a Hommel Tester T1000 device. After the tests, a normal distribution of data was verified, with repeated ANOVA analyses (p?0.05) which were used to compare each product in different stages. One-way ANOVA and Tukey tests were applied for individual comparisons between the products in each stage (p?0.05). Results: Means and standard deviations of roughness and wear (µm) after all the promoted stages were: G1=7.26(1.81)/13.16(2.67), G2=2.02(0.62)/37.44(3.33), G3=1.81(0.91)/34.93(6.92), G4=1.92(0.29)/38.42(0.65) and G5=1.98(0.53)/33.45(2.66). At 60 seconds, all products tended to produce less surface roughness with a variable gradual decrease over time. After polishing, there were no statistically significant differences between the groups, except for G1. Independent of the product utilized, the enamel wear occurred after the micro-abrasion. Conclusions: In this in vitro study, enamel micro-abrasion presented itself as a conservative approach, regardless of the type of the paste compound utilized. These products promoted minor roughness alterations and minimal wear. The use of phosphoric acid and pumice stone showed similar results to commercial products for the micro-abrasion with regard to the surface roughness and wear.

Evaluation of fluid transport processes in dental enamel. Methods to assess the relevance of enamel permeability in caries prevention and etching treatments.

This thesis evaluated in vivo and in vitro enamel permeability in different physiological and clinical conditions by means of SEM inspection of replicas of enamel surface obtained from polyvinyl siloxane impressions subsequently later cast in polyether impression ma-terial. This technique, not invasive and risk-free, allows the evaluation of fluid outflow from enamel surface and is able to detect the presence of small quantities of fluid, visu-alized as droplets. Fluid outflow on enamel surface represents enamel permeability. This property has a paramount importance in enamel physiolgy and pathology although its ef-fective role in adhesion, caries pathogenesis and prevention today is still not fully under-stood. The aim of the studies proposed was to evaluate enamel permeability changes in differ-ent conditions and to correlate the findings with the actual knowledge about enamel physiology, caries pathogenesis, fluoride and etchinhg treatments. To obtain confirmed data the replica technique has been supported by others specific techniques such as Ra-man and IR spectroscopy and EDX analysis. The first study carried out visualized fluid movement through dental enamel in vivo con-firmed that enamel is a permeable substrate and demonstrated that age and enamel per-meability are closely related. Examined samples from subjects of different ages showed a decreasing number and size of droplets with increasing age: freshly erupted permanent teeth showed many droplets covering the entire enamel surface. Droplets in permanent teeth were prominent along enamel perikymata. These results obtained through SEM inspection of replicas allowed innovative remarks in enamel physiology. An analogous testing has been developed for evaluation of enamel permeability in primary enamel. The results of this second study showed that primary enamel revealed a substantive permeability with droplets covering the entire enamel sur-face without any specific localization accordingly with histological features, without changes during aging signs of post-eruptive maturation. These results confirmed clinical data that showed a higher caries susceptibility for primary enamel and suggested a strong relationship between this one and enamel permeability. Topical fluoride application represents the gold standard for caries prevention although the mechanism of cariostatic effect of fluoride still needs to be clarified. The effects of topical fluoride application on enamel permeability were evaluated. Particularly two dif-ferent treatments (NaF and APF), with different pH, were examined. The major product of topical fluoride application was the deposition of CaF2-like globules. Replicas inspec-tion before and after both treatments at different times intervals and after specific addi-tional clinical interventions showed that such globule formed in vivo could be removed by professional toothbrushing, sonically and chemically by KOH. The results obtained in relation to enamel permeability showed that fluoride treatments temporarily reduced enamel water permeability when CaF2-like globules were removed. The in vivo perma-nence of decreased enamel permeability after CaF2 globules removal has been demon-strated for 1 h for NaF treated teeth and for at least 7 days for APF treated teeth. Important clinical consideration moved from these results. In fact the caries-preventing action of fluoride application may be due, in part, to its ability to decrease enamel water permeability and CaF2 like-globules seem to be indirectly involved in enamel protection over time maintaining low permeability. Others results obtained by metallographic microscope and SEM/EDX analyses of or-thodontic resins fluoride releasing and not demonstrated the relevance of topical fluo-ride application in decreasing the demineralization marks and modifying the chemical composition of the enamel in the treated area. These data obtained in both the experiments confirmed the efficacy of fluoride in caries prevention and contribute to clarify its mechanism of action. Adhesive dentistry is the gold standard for caries treatment and tooth rehabilitation and is founded on important chemical and physical principles involving both enamel and dentine substrates. Particularly acid etching of dental enamel enamel has usually employed in bonding pro-cedures increasing microscopic roughness. Different acids have been tested in the litera-ture suggesting several etching procedures. The acid-induced structural transformations in enamel after different etching treatments by means of Raman and IR spectroscopy analysis were evaluated and these findings were correlated with enamel permeability. Conventional etching with 37% phosphoric acid gel (H3PO4) for 30 s and etching with 15 % HCl for 120 s were investigated. Raman and IR spectroscopy showed that the treatment with both hydrochloric and phosphoric acids induced a decrease in the carbonate content of the enamel apatite. At the same time, both acids induced the formation of HPO42- ions. After H3PO4 treatment the bands due to the organic component of enamel decreased in intensity, while in-creased after HCl treatment. Replicas of H3PO4 treated enamel showed a strongly reduced permeability while replicas of HCl 15% treated samples showed a maintained permeability. A decrease of the enamel organic component, as resulted after H3PO4 treatment, involves a decrease in enamel permeability, while the increase of the organic matter (achieved by HCl treat-ment) still maintains enamel permeability. These results suggested a correlation between the amount of the organic matter, enamel permeability and caries. The results of the different studies carried out in this thesis contributed to clarify and improve the knowledge about enamel properties with important rebounds in theoretical and clinical aspects of Dentistry.

Funzionalizzazione della mandibola dopo ricostruzione con lembo libero rivascolarizzato di fibula "single strut". Al di là del deficit di verticalità.

Obiettivi: Valutare la modalità  più efficace per la riabilitazione funzionale del limbo libero di fibula "single strut", dopo ampie resezioni per patologia neoplastica maligna del cavo orale. Metodi: Da una casistica di 62 ricostruzioni microvascolari con limbo libero di fibula, 11 casi sono stati selezionati per essere riabilitati mediante protesi dentale a supporto implantare. 6 casi sono stati trattati senza ulteriori procedure chirurgiche ad eccezione dell'implantologia (gruppo 1), affrontando il deficit di verticalità  della fibula attraverso la protesi dentaria, mentre i restanti casi sono stati trattati con la distrazione osteogenetica (DO) della fibula prima della riabilitazione protesica (gruppo 2). Il deficit di verticalità  fibula/mandibola è stato misurato. I criteri di valutazione utilizzati includono la misurazione clinica e radiografica del livello osseo e dei tessuti molli peri-implantari, ed il livello di soddisfazione del paziente attraverso un questionario appositamente redatto. Risultati: Tutte le riabilitazioni protesiche sono costituite da protesi dentali avvitate su impianti. L'età  media è di 52 anni, il rapporto uomini/donne è di 6/5. Il numero medio di impianti inseriti nelle fibule è di 5. Il periodo massimo di follow-up dopo il carico masticatorio è stato di 30 mesi per il gruppo 1 e di 38.5 mesi (17-81) di media per il gruppo 2. Non abbiamo riportato complicazioni chirurgiche. Nessun impianto è stato rimosso dai pazienti del gruppo 1, la perdita media di osso peri-implantare registrata è stata di 1,5 mm. Nel gruppo 2 sono stati riportati un caso di tipping linguale del vettore di distrazione durante la fase di consolidazione e un caso di frattura della corticale basale in assenza di formazione di nuovo osso. L'incremento medio di osso in verticalità è stato di 13,6 mm (12-15). 4 impianti su 32 (12.5%) sono andati persi dopo il periodo di follow-up. Il riassorbimento medio peri-implantare, è stato di 2,5 mm. Conclusioni: Le soluzioni più utilizzate per superare il deficit di verticalità  del limbo libero di fibula consistono nell'allestimento del lembo libero di cresta iliaca, nel posizionare la fibula in posizione ideale da un punto di vista protesico a discapito del profilo osseo basale, l'utilizzo del lembo di fibula nella versione descritta come "double barrel", nella distrazione osteogenetica della fibula. La nostra esperienza concerne il lembo libero di fibula che nella patologia neoplastica maligna utilizziamo nella versione "single strut", per mantenere disponibili tutte le potenzialità  di lunghezza del peduncolo vascolare, senza necessità  di innesti di vena. Entrambe le soluzioni, la protesi dentale ortopedica e la distrazione osteogenetica seguita da protesi, entrambe avvitate su impianti, costituiscono soluzioni soddisfacenti per la riabilitazione funzionale della fibula al di là  del suo deficit di verticalità . La prima soluzione ha preso spunto dall'osservazione dei buoni risultati della protesi dentale su impianti corti, avendo un paragonabile rapporto corona/radice, la DO applicata alla fibula, sebbene sia risultata una metodica con un numero di complicazioni più elevato ed un maggior livello di riassorbimento di osso peri-implantare, costituisce in ogni caso una valida opzione riabilitativa, specialmente in caso di notevole discrepanza mandibulo/fibulare. Decisiva è la scelta del percorso terapeutico dopo una accurata valutazione di ogni singolo caso. Vengono illustrati i criteri di selezione provenienti dalla nostra esperienza.

Analisi spazio-temporale degli effetti di stress di origine antropica sull’ecosistema intertidale di spiagge sabbiose nell’alto Adriatico

Il presente lavoro di tesi si inserisce all’interno del progetto Europeo Theseus (Innovative technologies for European coasts in a changing climate), volto a fornire una metodologia integrata per la pianificazione sostenibile di strategie di difesa per la gestione dell’erosione costiera e delle inondazioni che tengano in conto non solo gli aspetti tecnici ma anche quelli sociali, economici e ambientali/ecologici. L'area oggetto di studio di questo elaborato di tesi è la zona costiera della Regione Emilia Romagna, costituita unicamente da spiagge sabbiose. In particolare si è focalizzata l’attenzione sulla zona intertidale, in quanto, essendo l’ambiente di transizione tra l’ambiente marino e quello terrestre può fornire indicazioni su fenomeni erosivi di una spiaggia e cambiamenti del livello del mare, unitamente alla risposta agli interventi antropici. Gli obiettivi della tesi sono sostanzialmente tre: un primo obiettivo è confrontare ecosistemi di spiagge dove sono presenti strutture di difesa costiera rispetto a spiagge che ne erano invece prive. Il secondo obiettivo è valutare l’impatto provocato sugli ecosistemi di spiaggia dall’attività stagionale del “bulldozing” e in ultimo proporre un sistema esperto di nuova concezione in grado di prevedere statisticamente la risposta delle comunità bentoniche a diversi tipi di interventi antropici. A tal fine è stato pianificato un disegno di campionamento dove sono stati indagati tre siti differenti per morfologia e impatto antropico: Cesenatico (barriere e pratica bulldozing), Cervia, dissipativa e non soggetta a erosione (assenza di barriere e ma con pratica del bulldozing) e Lido di Dante, tendenzialmente soggetta a erosione (senza barriere e senza pratica del bulldozing). Il campionamento è stato effettuato in 4 tempi (due prima del “bulldozing” e due dopo) nell’arco di 2 anni. In ciascun sito e tempo sono stati campionati 3 transetti perpendicolari alla linea di costa, e per ogni transetto sono stati individuati tre punti relativi ad alta, media e bassa marea. Per ogni variabile considerata sono stati prelevati totale di 216 campioni. Io personalmente ho analizzato i campioni dell’ultima campagna di campionamento, ma ho analizzato l’insieme dei dati. Sono state considerate variabili relative ai popolamenti macrobentonici quali dati di abbondanza, numero di taxa e indice di diversità di Shannon e alcune variabili abiotiche descrittive delle caratteristiche morfologiche dell’area intertidale quali granulometria (mediana, classazione e asimmetria), detrito conchigliare, contenuto di materia organica (TOM), pendenza e lunghezza della zona intertidale, esposizione delle spiagge e indici morfodinamici. L'elaborazione dei dati è stata effettuata mediante tecniche di analisi univariate e multivariate sia sui dati biotici che sulle variabili ambientali, “descrittori dell’habitat”, allo scopo di mettere in luce le interazioni tra le variabili ambientali e le dinamiche dei popolamenti macrobentonici. L’insieme dei risultati delle analisi univariate e multivariate sia dei descrittori ambientali che di quelli biotici, hanno evidenziato, come la risposta delle variabili considerate sia complessa e non lineare. Nonostante non sia stato possibile evidenziare chiari pattern di interazione fra “protezione” e “bulldozing”, sono comunque emerse delle chiare differenze fra i tre siti indagati sia per quanto riguarda le variabili “descrittori dell’habitat” che quelle relative alla struttura dei popolamenti. In risposta a quanto richiesto in contesto water framework directive e in maniera funzionale all’elevate complessità del sistema intertidale è stato proposto un sistema esperto basato su approccio congiunto fuzzy bayesiano (già utilizzato con altre modalità all’interno del progetto Theseus). Con il sistema esperto prodotto, si è deciso di simulare nel sito di Cesenatico due ripascimenti virtuali uno caratterizzato da una gralometria fine e da uno con una granulometria più grossolana rispetto a quella osservata a Cesenatico. Il sistema fuzzy naïve Bayes, nonostante al momento sia ancora in fase di messa a punto, si è dimostrato in grado di gestire l'elevato numero di interazioni ambientali che caratterizzano la risposta della componente biologica macrobentonica nell'habitat intertidale delle spiagge sabbiose.

Pyrolysis-Gas Chromatography-Mass Spectometry and Chemometric Analysis for the Characterization of Complex Matrices

The present PhD thesis was focused on the development and application of chemical methodology (Py-GC-MS) and data-processing method by multivariate data analysis (chemometrics). The chromatographic and mass spectrometric data obtained with this technique are particularly suitable to be interpreted by chemometric methods such as PCA (Principal Component Analysis) as regards data exploration and SIMCA (Soft Independent Models of Class Analogy) for the classification. As a first approach, some issues related to the field of cultural heritage were discussed with a particular attention to the differentiation of binders used in pictorial field. A marker of egg tempera the phosphoric acid esterified, a pyrolysis product of lecithin, was determined using HMDS (hexamethyldisilazane) rather than the TMAH (tetramethylammonium hydroxide) as a derivatizing reagent. The validity of analytical pyrolysis as tool to characterize and classify different types of bacteria was verified. The FAMEs chromatographic profiles represent an important tool for the bacterial identification. Because of the complexity of the chromatograms, it was possible to characterize the bacteria only according to their genus, while the differentiation at the species level has been achieved by means of chemometric analysis. To perform this study, normalized areas peaks relevant to fatty acids were taken into account. Chemometric methods were applied to experimental datasets. The obtained results demonstrate the effectiveness of analytical pyrolysis and chemometric analysis for the rapid characterization of bacterial species. Application to a samples of bacterial (Pseudomonas Mendocina), fungal (Pleorotus ostreatus) and mixed- biofilms was also performed. A comparison with the chromatographic profiles established the possibility to: • Differentiate the bacterial and fungal biofilms according to the (FAMEs) profile. • Characterize the fungal biofilm by means the typical pattern of pyrolytic fragments derived from saccharides present in the cell wall. • Individuate the markers of bacterial and fungal biofilm in the same mixed-biofilm sample.

Effetto dell'addizione di fibre corte di carbonio su microstruttura e proprietà di materiali a base di ZrB2

Il lavoro di tesi, svolto presso l’Istituto di Scienza e Tecnologia dei Materiali Ceramici (ISTEC-CNR, Faenza, RA), ha affrontato la produzione e la caratterizzazione di ceramici a base di boruro di zirconio (ZrB2) con lo scopo di valutare l’efficacia delle fibre corte di carbonio come potenziale rinforzo. Il boruro di zirconio appartiene a una famiglia di materiali noti come UHTC (Ultra-High Temperature Ceramics) caratterizzati da elevato punto di fusione e in grado di mantenere la resistenza meccanica e operare con limitata ossidazione a temperature superiori ai 2000°C. Il principale ostacolo nella produzione dei materiali a base di ZrB2 è il processo di sintesi, infatti, a causa della loro elevata temperatura di fusione, per ottenere un materiale completamente denso è necessario utilizzare processi a temperatura e pressione elevati (T > 2000°C e P > 30 MPa), condizioni che vanno ad influenzare la microstruttura della matrice e delle fibre e di conseguenza le proprietà meccaniche del materiale. L’aggiunta di additivi di sinterizzazione idonei permette di ottenere materiali perfettamente densi anche a temperature e pressioni inferiori. Tuttavia lo ZrB2 non viene ampiamente utilizzato per applicazioni strutturali a causa della sua fragilità, per far fronte alla sua bassa tenacità il materiale viene spesso rinforzato con una fase allungata (whiskers o fibre). È già oggetto di studi l’utilizzo di fibre corte e whiskers di SiC per tenacizzare lo ZrB2, tuttavia la forte interfaccia che viene a crearsi tra fibra e matrice, che non permette il pull-out delle fibre, ci porta a credere che una fibra che non tenda a reagire con la matrice, presentando un’interfaccia più debole, possa portare ad una tenacizzazione più efficace. Per questo scopo sono stati realizzati mediante pressatura a caldo due materiali rinforzati con fibre corte di carbonio: ZrB2 + 5% vol MoSi2 + 8% vol fibre di carbonio e [ZrB2 + 2 % peso C] + 8% vol fibre di carbonio, indicati rispettivamente con Z5M_Cf e Z2C_Cf. Sono stati analizzati e discussi diversi aspetti del materiale rinforzato tra cui: il comportamento di densificazione durante la pressatura a caldo, l’evoluzione della microstruttura della matrice, la distribuzione e la morfologia delle fibre, l’influenza del rinforzo sulle proprietà meccaniche di durezza e tenacità e sulla resistenza all’ossidazione. L’elaborato è strutturato come segue: inizialmente sono state introdotte le caratteristiche generali dei ceramici avanzati tra cui le proprietà, la produzione e le applicazioni; successivamente è stata approfondita la descrizione dei materiali a base di boruro di zirconio, in particolare i processi produttivi e l’influenza degli additivi di sinterizzazione sulla densificazione e sulle proprietà; ci si è poi concentrati sull’effetto di una seconda fase allungata per il rinforzo del composito. Per quanto riguarda la parte sperimentale vengono descritte le principali fasi della preparazione e caratterizzazione dei materiali: le materie prime, disperse in un solvente, sono state miscelate mediante ball-milling, successivamente è stato evaporato il solvente e la polvere ottenuta è stata formata mediante pressatura uniassiale. I campioni, dopo essere stati sinterizzati mediante pressatura uniassiale a caldo, sono stati tagliati e lucidati a specchio per poter osservare la microstruttura. Quest’ultima è stata analizzata al SEM per studiare l’effetto dell’additivo di sinterizzazione (MoSi2 e carbonio) e l’interfaccia tra matrice e fase rinforzante. Per approfondire l’effetto del rinforzo sulle proprietà meccaniche sono state misurate la durezza e la tenacità del composito; infine è stata valutata la resistenza all’ossidazione mediante prove in aria a 1200°C e 1500°C. L’addizione di MoSi2 ha favorito la densificazione a 1800°C mediante formazione di una fase liquida transiente, tuttavia il materiale è caratterizzato da una porosità residua di ~ 7% vol. L’addizione del carbonio ha favorito la densificazione completa a 1900°C grazie alla reazione dall’additivo con gli ossidi superficiali dello ZrB2. La microstruttura delle matrici è piuttosto fine, con una dimensione media dei grani di ~ 2 μm per entrambi i materiali. Nel caso del materiale con Z5M_Cf sono presenti nella matrice particelle di SiC e fasi MoB derivanti dalla reazione dell’additivo con le fibre e con la matrice; invece nel materiale Z2C_Cf sono presenti grani di carbonio allungati tra i bordi grano, residui delle reazioni di densificazione. In entrambi i materiali le fibre sono distribuite omogeneamente e la loro interfaccia con la matrice è fortemente reattiva. Nel caso del materiale Z5M_Cf si è formata una struttura core-shell con lo strato più esterno formato da SiC, formato dalla reazione tra il siliciuro e la fibra di C. Nel caso del materiale Z2C_Cf non si forma una vera e propria interfaccia, ma la fibra risulta fortemente consumata per via dell’alta temperatura di sinterizzazione. I valori di durezza Vickers dei materiali Z5M_Cf e Z2C_Cf sono rispettivamente 11 GPa e 14 GPa, valori inferiori rispetto al valore di riferimento di 23 GPa dello ZrB2, ma giustificati dalla presenza di una fase meno dura: le fibre di carbonio e, nel caso di Z5M_Cf, anche della porosità residua. I valori di tenacità dei materiali Z5M_Cf e Z2C_Cf, misurati con il metodo dell’indentazione, sono rispettivamente 3.06 MPa·m0.5 e 3.19 MPa·m0.5. L’osservazione, per entrambi i materiali, del fenomeno di pull-out della fibra, sulla superficie di frattura, e della deviazione del percorso della cricca, all’interno della fibra di carbonio, lasciano supporre che siano attivi questi meccanismi tenacizzanti a contributo positivo, unitamente al contributo negativo legato allo stress residuo. La resistenza all’ossidazione dei due materiali è confrontabile a 1200°C, mentre dopo esposizione a 1500°C il materiale Z5M_Cf risulta più resistente rispetto al materiale Z2C_Cf grazie alla formazione di uno strato di SiO2 protettivo, che inibisce la diffusione dell’ossigeno all’interno della matrice. Successivamente, sono stati considerati metodi per migliorare la densità finale del materiale e abbassare ulteriormente la temperatura di sinterizzazione in modo da minimizzare la degenerazione della fibra. Da ricerca bibliografica è stato identificato il siliciuro di tantalio (TaSi2) come potenziale candidato. Pertanto è stato prodotto un terzo materiale a base di ZrB2 + Cf contenente una maggiore quantità di siliciuro (10% vol TaSi2) che ha portato ad una densità relativa del 96% a 1750°C. Questo studio ha permesso di approcciare per la prima volta le problematiche legate all’introduzione delle fibre di carbonio nella matrice di ZrB2. Investigazioni future saranno mirate alla termodinamica delle reazioni che hanno luogo in sinterizzazione per poter analizzare in maniera più sistematica la reattività delle fibre nei confronti della matrice e degli additivi. Inoltre riuscendo ad ottenere un materiale completamente denso e con fibre di carbonio poco reagite si potrà valutare la reale efficacia delle fibre di carbonio come possibili fasi tenacizzanti.

Anhydrous proton conducting polymer electrolytes based on polymeric ionic liquids

Imidazolium types of ionic liquids were immobilized by tethering it to acrylate backbone. These imidazolium salt containing acrylate monomers were polymerize at 70oC by free radical polymerization to give polymers poly(AcIm-n) with n being the side chain lenght. The chemical structure of the polymer electrolytes obtained by the described synthetic routes was investigated by NMR-spectroscopy. The polymers were doped with various amounts of H3PO4 and LiN(SO2CF3)2, to obtain poly(AcIm-n) x H3PO4 and poly(AcIm-2-Li) x LiN(SO2CF3)2. The TG curves show that the polymer electrolytes are thermally stable up to about 200◦C. DSC results indicates the softening effect of the length of the spacers (n) as well as phosphoric acid. The proton conductivity of the samples increase with x and reaches to 10-2 Scm-1 at 120oC for both poly(AcIm-2)2H3PO4 and poly(AcIm-6)2H3PO4. It was observed that the lithium ion conductivity of the poly(AcIm-2-Li) x LiN(SO2CF3)2 increases with blends (x) up to certain composition and then leveled off independently from blend content. The conductivity reaches to about 10-5 S cm-1 at 30oC and 10-3 at 100oC for poly(AcIm-2-Li) x LiN(SO2CF3)2 where x is 10. The phosphate and phosphoric acid functionality in the resulting polymers, poly(AcIm-n) x H3PO4, undergoes condensation leading to the formation of cross-linked materials at elevated temperature which may improve the mechanical properties to be used as membrane materials in fuel cells. High resolution nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy was used to obtain information about hydrogen bonding in solids. The low Tg enhances molecular mobility and this leads to better resolved resonances in both the backbone region and side chain region. The mobile and immobile protons can be distinguished by comparing 1H MAS and 1H-DQF NMR spectra. The interaction of the protons which may contribute to the conductivity is observed from the 2D double quantum correlation (DQC) spectra.