Sviluppo di impianti ceramici biomimetici a porosità controllata per la rigenerazione del tessuto osseo

La presente ricerca si inquadra nell’ambito della risoluzione dei problemi legati alla chirurgia ossea, per la cura e la sostituzione di parti di osso in seguito a fratture, lesioni gravi, malformazioni e patologie quali osteoporosi, tumori, etc… Attualmente la progettazione di impianti per le sostituzioni/rigenerazioni ossee richiede che i materiali sviluppati siano in grado di “mimare” la composizione e la morfologia dei tessuti naturali, in modo da generare le specifiche interazioni chimiche esistenti nei tessuti dell’organismo con cui vengono a contatto e quindi di biointegrarsi e/o rigenerare l’osso mancante nel miglior modo possibile, in termini qualitativi e quantitativi. Per lo sviluppo di sostituti ossei porosi sono state sperimentate 2 tecnologie innovative: il freeze-casting ed il foaming. Gli impianti ceramici realizzati hanno presentano una dimensione dei pori ed un’interconnessione adeguata sia per l’abitazione cellulare che per la penetrazione dei fluidi fisiologici e la vascolarizzazione. In particolare l’elevata unidirezionalità nei campioni ottenuti mediante freeze-casting si presenta molto promettente poiché fornisce cammini guida che migliorano la vascolarizzazione dell’impianto e l’abitazione cellulare in tempi rapidi e nella parte più interna dello scaffold. D’altra parte, la tecnologia del foaming ha permesso l’ottenimento di materiali apatitici ad alta porosità multidimensionale ed interconnessa con proprietà meccaniche implementate rispetto a tipologie precedenti e, lavorabili dopo sinterizzazione mediante prototipazione rapida. Per questo motivo, questi materiali sono attualmente in corso di sperimentazione, con risultati preliminari adeguati promettenti per un’applicazione clinica, come sostituti ossei di condilo mandibolare, sito estremamente critico per gli sforzi meccanici presenti. È stata dimostrata la possibilità di utilizzare lo scaffold ceramico biomimetico con la duplice funzione di sostituto osseo bioattivo e sistema di rilascio in situ di ioni specifici e di antibiotico, in cui la cinetica di rilascio risulta fortemente dipendente dalle caratteristiche chimico-fisico morfologiche del dispositivo (solubilità, area di superficie specifica,…). Per simulare sempre di più la composizione del tessuto osseo e per indurre specifiche proprietà funzionali, è stata utilizzata la gelatina come fase proteica con cui rivestire/impregnare dispositivi porosi 3D a base di apatite, con cui miscelare direttamente la fase inorganica calcio-fosfatica e quindi realizzare materiali bio-ibridi in cui le due fasi contenenti siano intimamente interagenti. Inoltre al fine di ridurre gli innumerevoli problemi legati alle infezioni ossee alcuni dei materiali sviluppati sono stati quindi caricati con antibiotico e sono state valutate le cinetiche di rilascio. In questa maniera, nel sito dell’impianto sono state associate le funzioni di trasporto e di rilascio di farmaco, alla funzione di sostituzione/rigenerazione ossee. La sperimentazione con la gelatina ha messo in luce proprietà posatamente sfruttabili della stessa. Oltre a conferire allo scaffold un implementata mimesi composizionale del tessuto osseo, ha infatti consentito di aumentare le proprietà meccaniche, sia come resistenza a compressione che deformazione. Unitamente a quanto sopra, la gelatina ha consentito di modulare la funzionalità di dispensatore di farmaco; mediante controllo della cinetica di rilascio, tramite processi di reticolazione più o meno spinti.

Waterfront di Città. Rigenerazione urbana e progetto degli spazi pubblici nella Darsena di Ravenna

Questo lavoro si pone in continuità rispetto al Laboratorio di Sintesi “La città e le case”, nel corso del quale si sono condotti un’analisi del territorio di Ravenna, in particolar modo della Darsena di Città, e uno studio dei possibili scenari di rigenerazione urbana dell’area industriale dismessa del canale Candiano. L’area della Darsena è stata “dimenticata” dagli strumenti di pianificazione per molto tempo, soltanto a partire dagli anni ’90 l’Amministrazione Comunale si è interessata al suo recupero, senza però particolare successo. L’intento di questo lavoro è quello di ripensare l’intero comparto della Darsena di Città attraverso un progetto di rigenerazione urbana che miri a collegare quest’area con la città storica e a ricreare il rapporto tra questa e l’acqua attraverso più fasi distribuite nell’arco dei prossimi 30 anni. Il progetto si pone in continuità con la città esistente ma allo stesso tempo punta a migliorarne alcuni aspetti critici: la mancanza dell’affaccio della città sull’acqua, la cesura nel tessuto urbano dovuta alla presenza dell’infrastruttura ferroviaria e della darsena. Le modalità di sviluppo del progetto per Ravenna riprendono l’esperienza tedesca di HafenCity ad Amburgo dove, dopo un masterplan generale per tutta l’area portuale da recuperare, si è proceduto con concorsi per ciascun edificio così da ottenere una grande varietà architettonica. Maggiore attenzione viene data al progetto degli spazi pubblici poiché la fruizione di essi da parte della collettività e l’attaccamento a questi luoghi possono essere gli elementi trainanti per la riqualificazione dell’intera area. Il progetto degli spazi pubblici è pensato come un sistema unitario poiché deve essere l’elemento che guida, “coordina” e uniforma il progetto del costruito.

Studio microstrutturale e tribologico di componenti per motori idraulici a pistoni radiali a colonna di fluido

Lo studio condotto ha lo scopo di aumentare la vita in esercizio di motori idraulici a pistoni radiali a colonna di fluido, studiandone e migliorandone il comportamento tribologico. Questa tipologia di motori è adatta per generare alte coppie a basse velocità e si impiega in sistemi di movimentazione lenta per carichi pesanti. Il contatto in condizioni di strisciamento fra cilindri telescopici ed albero eccentrico rotante, può portare all’usura dei componenti coinvolti e quindi al trafilamento dell’olio che circola nel motore, causando cali di efficienza. Lo studio ha previsto un’indagine del tipo Failure Analysis su componenti del motore sottoposti a prove a banco. Successivamente, è stato condotto uno studio tribologico, al fine di valutare il comportamento del sistema e definire possibili modifiche ai componenti per il miglioramento del motore. Dalla Failure Analysis, è emerso che il meccanismo di usura prevalente risulta essere l’abrasione a due corpi. Le prove tribologiche di laboratorio, condotte in condizioni che hanno permesso di riprodurre i meccanismi di usura dominanti nelle prove a banco, hanno dato luogo a transizioni sia nell’attrito che nell’usura, il cui verificarsi dipende da: carico applicato, distanza di strisciamento, durezza dei materiali a contatto.

Uremic Neuropathy: Epiemiological Study in Hemodialysis Patients

Background/Aims. Uremic Neuropathy (UN) highly limits the individual self-sufficiency causing near-continuous pain. An estimation of the actual UN prevalence among hemodialysis patients was the aim of the present work. Methods. We studied 225 prevalent dialysis patients from two Italian Centres. The Michigan Neuropathy Score Instrument (MNSI), already validated in diabetic neuropathy, was used for the diagnosis of UN. It consisted of a questionnaire (MNSI_Q) and a physical-clinical evaluation (MNSI_P). Patients without any disease possibly inducing secondary neuropathy and with MNSI score  3 have been diagnosed as affected by UN. Electroneurographic (ENG) lower limbs examination was performed in these patients to compare sensory conduction velocities (SCV) and sensory nerve action potentials (SNAP) with the MNSI results. Results. Thirtyseven patients (16.4%) were identified as being affected by UN, while 9 (4%) presented a score <3 in spite of neuropathic symptoms. In the 37 UN patients a significant correlation was found between MNSI_P and SCV (r2 = 0.1959; p<0.034) as well as SNAP (r2 = 0.3454; p=0.027) both measured by ENG. Conclusions. UN is an underestimated disease among the dialysis population even though it represents a huge problem in terms of pain and quality of life. MNSI could represent a valid and simple clinical-instrumental screening test for the early diagnosis of UN in view of an early therapeutic approach.

Osmosis Theme Park: piano per la rigenerazione urbana della ex discarica di Küçükçekmece ad Istanbul

Questa tesi di laurea nasce dall’approfondimento del progetto che abbiamo sviluppato nel laboratorio di progettazione architettonica frequentato presso la Middle East Technical University, METU, di Ankara, Turchia, durante l’anno accademico 2011-12. La prima parte del corso, tenuto dai professori S. Özkan e Z. Mennan, consisteva nello studio e analisi critica dei progetti in concorso per il bando “Istanbul Theme Park” e nella riproposizione, da presentare a gruppi, di uno dei masterplan studiati, con le modifiche ritenute necessarie a fronte delle considerazioni fatte e di nuove idee progettuali. Lo step successivo è stato quello di approfondire individualmente la progettazione architettonica di un area di almeno 100.000 mq in scala 1:500 e di un edificio in dettaglio 1:200. Date le tempistiche molto ridotte del corso, che si completava in tredici settimane, abbiamo scelto di continuare il lavoro e approfondire, con l’aiuto della prof.ssa V. Orioli e dell’arch. E. Brighi, l’elaborazione del masterplan arrivando ad una definizione maggiore di tutta l’area e non solamente delle aree di interesse approfondite durante la permanenza in Turchia. Il progetto presentato è quindi il frutto di un anno di lavoro sulla riqualificazione di un area di 150 ettari precedentemente adibita a discarica, situata nella parte occidentale di Istanbul. L’obiettivo che abbiamo perseguito è stato quello di ricreare nella periferia della metropoli turca uno stralcio di città con caratteri più “europei”, comprendendo in un solo grande ambito di progetto tutte le funzioni necessarie alla vita di un quartiere cittadino ma anche le grandi strutture attrattive richieste dal concorso. Durante il nostro percorso abbiamo cercato anche di non perdere di vista il contesto in cui lavoravamo e le abitudini della società turca con cui ci andavamo a confrontare. Nonostante la forte occidentalizzazione delle zone ricche delle grandi città come Istanbul, Ankara e Izmir, gli stili di vita europeo e turco sono fondamentalmente differenti e progettare una città, o uno stralcio di essa, per un popolo diverso necessita la conoscenza dei suoi valori fondamentali e delle abitudini che ne scandiscono le giornate.

Progetto elettromagnetico di antenne per tag eco-compatibili a banda ultra-larga

Questo lavoro si è occupato della ricerca e progettazione di un'antenna UWB per la realizzazione di un tag RFID e si colloca all'interno del progetto GRETA (GREen TAgs), finanziato dal MIUR. Le principali caratteristiche richieste al green tag sono: dimensioni complessive di massimo 4-5 cm, assenza di batterie e compatibilità con l'ambiente. L'eco-compatibilità viene garantita tramite la realizzazione dell'antenna al di sopra di un substrato di carta; i limiti derivanti dall'assenza di batterie vengono invece sopperiti tramite realizzazione di energy harvesting, al fine di raggiungere una completa autonomia energetica. Viene sfruttata la tecnica UWB per la comunicazione nella banda (3.1-4.8 GHz); l'energy harvesting si effettua invece a 868 MHz. Sono infine stati ricavati alcuni primi risultati relativi alla potenza rettificabile con la soluzione proposta, tramite realizzazione di un opportuno circuito rettificatore.

Riorganizzazione di un distribution center mediante le tecniche di lean production: il caso Gambro Dasco spa

La Lean Production è un tema di estrema attualità per tutte le aziende che abbiano compreso l’importanza di produrre di più, con le risorse che si hanno a disposizione, eliminando sistematicamente tutte le attività che non creano valore aggiunto. La Produzione Snella è diventato un metodo per incrementare la competitività, riducendo l’incertezza e aumentando il servizio fornito al cliente. Nella realtà attuale vi è ancora una scarsa diffusione dei concetti Lean. Le cause di questo problema sono imputabili soprattutto alla cultura del management aziendale, alla mancanza di efficaci strumenti tecnologici a supporto, e in alcuni casi, la scarsa disponibilità delle imprese ad abbracciare la filosofica “snella”. La presente tesi, dopo una panoramica introduttiva su l’origine e l’evoluzione del Pensiero Snello e l’analisi di tutti i tools disponibili per combattere lo spreco; si propone di analizzare l’applicazione degli stessi in Gambro Dasco, multinazionale biomedicale leader nella vendita delle sue apparecchiature per dialisi.

Permeazione di vanillina ed acido ferulico in soluzione acquosa attraverso una membrana polimerica.

Utilizzando membrane dense si è voluto analizzare la possibilità di permeare soluzioni contenenti vanillina ed acido ferulico attraverso il processo di dialisi, con entrambe le soluzioni a valle e monte della membrana in fase liquida ed a contatto diretto con essa. Studiando i risultati ottenuti si vogliono valutare i vantaggi e gli svantaggi rispetto ai risultati di un processo di pervaporazione.

Sviluppo di un sensore non invasivo per misure di conducibilita su soluzioni saline con possibili applicazioni nel campo dell'emodialisi.

L'obiettivo della tesi è stato quello di sviluppare un sensore che, applicato su una linea ematica, fosse in grado di rilevare le variazioni di conducibilità del liquido posto all'interno della linea stessa. La conducibilità è una grandezza correlata alla concentrazione ionica di un liquido ed è molto importante nel campo dialitico poiché da essa si può ottenere una stima della quantità di elettroliti presente nel sangue. Per lo studio in esame è stata eseguita dapprima una modellazione agli elementi finiti per stabilire una configurazione adeguata del sistema sia dal punto di vista geometrico che da quello elettrico e successivamente sono stati realizzati modelli sperimentali. Per le prove sperimentali si è fatto uso di soluzioni saline poste all'interno di una linea ematica sulla quale sono state eseguite misure tramite un analizzatore di impedenza. È stata quindi studiata la relazione tra l'impedenza misurata ed il valore noto di conducibilità delle soluzioni con la quale è stato dimostrato che il sensore sviluppato è un valido strumento di indagine poiché è riuscito a rilevare le variazioni di conducibilità delle soluzioni in esame con un alto grado di sensibilità.

Analisi di sensitivita di un modello matematico a due compartimenti della cinetica del sodio in emodialisi

Questo lavoro di tesi si è posto i seguenti obiettivi: - Analizzare come i singoli parametri infuenzano le prestazioni del modello, in maniera tale da capire su quali di essi il modello risulta essere più sensibile, al fine di ottimizzare le sue prestazioni; - Fare in modo che l'intervallo di confidenza del modello sia il più vicino possibile a quello dello strumento di misura utilizzato durante lo studio clinico \Socrathe(3 mmol/l). Riuscire a portare, infatti, la deviazione standard sull'errore globale ottenuta dal modello da 1,83 mmol/l a 1,50 mmol/l significa avere un IC95% uguale a quello dello strumento di misura; - Migliorare la predizione del modello negli istanti temporali in cui esso si discosta di più dal valore vero. Una volta messi in evidenza i parametri più significativi, grazie all'analisi di sensitività, si andrà ad effettuare una procedura di ottimizzazione di tali parametri al fine di minimizzare una funzione costo rappresentante il grado di scarto tra modello e realtà. La struttura della tesi consta di tre capitoli: il primo rigurda una introduzione alle funzioni del rene e alle terapie dialitiche, il secondo rigurda gli strumenti e i metodi utilizzato in questo lavoro, mentre il terzo capitolo illustra i risultati ottenuti.

Valutazione dell'eco-sostenibilità di un impianto di digestione anaerobica cogenerativo e ipotesi di conversione impiantistica per la produzione di biometano

Considerando l'elevato grado di inquinamento del pianeta e la forte dipendenza delle attività antropiche dai combustibili fossili, stanno avendo notevole sviluppo e incentivazione gli impianti per la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili. In particolare, la digestione anaerobica è in grande diffusione in Italia. Lo studio in oggetto si prefigge l'obiettivo di determinare, mediante analisi di Life Cycle Assessment (LCA), i carichi ambientali di un impianto di digestione anaerobica, e della sua filiera, per valutarne l'effettiva ecosostenibilità. L'analisi considera anche gli impatti evitati grazie all'immissione in rete dell'energia elettrica prodotta e all'utilizzo del digestato in sostituzione dell'urea. Lo studio analizza sei categorie d'impatto: Global warming potential (GWP), Abiotic depletion potential (ADP), Acidification potential (AP), Eutrophication potential (EP), Ozone layer depletion potential (ODP) e Photochemical oxidant formation potential (POFP). I valori assoluti degli impatti sono stati oggetto anche di normalizzazione per stabilire la loro magnitudo. Inoltre, è stata effettuata un'analisi di sensitività per investigare le variazioni degli impatti ambientali in base alla sostituzione di differenti tecnologie per la produzione di energia elettrica: mix elettrico italiano, carbone e idroelettrico. Infine, sono stati analizzati due scenari alternativi all'impianto in esame che ipotizzano la sua conversione ad impianto per l'upgrading del biogas a biometano. I risultati mostrano, per lo scenario di riferimento (produzione di biogas), un guadagno, in termini ambientali, per il GWP, l'ADP e il POFP a causa dei notevoli impatti causati dalla produzione di energia elettrica da mix italiano che la filiera esaminata va a sostituire. I risultati evidenziano anche quanto gli impatti ambientali varino in base alla tipologia di alimentazione del digestore anaerobica: colture dedicate o biomasse di scarto. I due scenari alternativi, invece, mostrano un aumento degli impatti, rispetto allo scenario di riferimento, causati soprattutto dagli ulteriori consumi energetici di cui necessitano sia i processi di purificazione del biogas in biometano sia i processi legati alla digestione anaerobica che, nel caso dello scenario di riferimento, sono autoalimentati. L'eventuale conversione dell'attuale funzione dell'impianto deve essere fatta tenendo anche in considerazione i benefici funzionali ed economici apportati dalla produzione del biometano rispetto a quella del biogas.

Sul dimensionamento e distribuzione di dissipatori fluido viscosi non lineari lungo l'altezza delle strutturre

L’obiettivo fondamentale è di investigare l’effetto di differenti distribuzioni delle proprietà di dissipatori fluido viscosi non lineari lungo l’altezza delle strutture per il retrofit di telai in cemento armato esistenti. Le differenti distribuzioni sono calcolate sulla base dello stesso smorzamento supplementare. Nella fase di progetto si è confrontato la somma dei coefficienti di distribuzione in modo da valutare la loro efficacia. I risultati di questa fase sono poi controllati attraverso estensive analisi dinamiche non lineari, in termini di spostamenti di piano, spostamenti d’interpiano e forze nei dissipatori, considerando la non linearità della struttura e dei dissipatori. I casi di studio sono telai bidimensionali in cemento armato, caratterizzato da un differente numero di piani (3, 6 e 9 piani) e anche da differenti proprietà in termini di regolarità in elevazione. Un altro proposito è quindi investigare l’effetto della distribuzione verticale dei dissipatori per telai regolari e irregolari.

Rigenerazione urbana. Riqualificazione di un'area di residenza sociale nel centro storico di Forli.

La Tesi affronta il tema della rigenerazione di un comparto urbano localizzato a ridosso del centro storico di Forlì. Coerentemente con le indicazioni dell’Amministrazione comunale, obiettivo dell’intervento è l’adeguamento degli edifici esistenti agli standard funzionali ed energetici e la rivitalizzazione dell’isolato, tramite nuove edificazioni e il riordino della viabilità, del verde e degli spazi pubblici. Della preesistenza più rilevante presente nel comparto, un edificio residenziale realizzato tra le due guerre è stata progettata la riqualificazione, preferendola alla ricostruzione per il valore testimoniale del manufatto e il più favorevole bilancio ambientale. Gli interventi di miglioramento si sono posti il limite di non snaturare i caratteri formali e la fisionomia strutturale dell’edificio, ma di aumentarne i livelli di comfort e l’efficienza energetica, puntando a rientrare in classe “A” secondo la classificazione dell’Emilia Romagna. A scala urbana il progetto propone la riqualificazione dell’intero isolato con l’obiettivo di rivitalizzarlo e di rivalutare la sua presenza all’interno del centro storico. Nonostante la sua favorevole collocazione, l’isolato vive una situazione di marginalizzazione, a causa dello scarso mix funzionale delle attività che ospita, della presenza di edifici incongrui e parzialmente abbandonati e della scarsa permeabilità verso l’esterno, che lo fanno percepire come una zona non sicura e ne abbattono i valori immobiliari. Per raggiungere l’obiettivo, il progetto è intervenuto sull’assetto della viabilità, dei parcheggi, degli spazi pubblici e del verde, puntando alla ricucitura del tessuto urbano con le preesistenze. Queste azioni hanno implicato la demolizione di manufatti di scarso pregio e la progettazione di nuovi edifici, condotta con particolare attenzione alla sostenibilità ambientale. Il progetto approfondisce la riqualificazione di un edificio esistente e la definizione di un nuovo intervento residenziale, ma investe anche il contesto urbano, considerando contemporaneamente i diversi aspetti ambientali, sociali e architettonici in modo coordinato e coerente alle diverse scale progettuali.

Eco-sistemi informatici, distribuiti, real-time, a supporto del lavoro cooperativo in scenari di emergenza: Studio e realizzazione di un caso applicativo

I sistemi software nati dall'esigenza di supportare agevolmente ed efficacemente il lavoro cooperativo, in particolare quelli orientati al supporto di azioni di soccorso in scenari di emergenza, appaiono tutt'ora fortemente limitati e frammentati. In molti casi vengono affrontate solamente specifiche dimensioni del problema complessivo, anche se il livello al quale è giunto lo sviluppo tecnologico e i risultati osservati in ambito di ricerca permettono di delineare soluzioni complete e significative per l'impiego in ambiti reali. Tale tipologia di sistemi è stata scelta per il grande interesse che desta sia dal punto di vista accademico, essendo costituita da molteplici sotto--sistemi spesso eterogenei che debbono necessariamente interagire e supportare l'azione umana, sia dal punto di vista industriale, interpretando la necessità crescente di iniettare nel maggior numero possibile di livelli sociali la forte dipendenza (il supporto allo stesso tempo) dalle scienze tecnologiche ed informatiche, per rafforzare e talvolta estendere le possibilità dell'essere umano in quanto tale. Dopo una prima fase in cui verrà delineato un quadro concettuale piuttosto dettagliato circa i principali elementi e problematiche che caratterizzano la classe di sistemi considerati, sarà dato spazio alla validazione di tali principi e considerazioni emerse, confrontandosi con la progettazione e sviluppo in forma prototipale di un sotto--sistema relativo ad un caso di studio reale, significativo per l'ambito di applicazione, nato dalla collaborazione con l'Università degli Studi di Bologna di un'azienda della regione Emilia--Romagna. Il sistema software realizzato vuole essere innanzi tutto la risposta alle esigenze emerse nel caso di studio trattato, in modo tale da potersi sostituire agli attuali limitati supporti alla cooperazione, ma anche un esperimento che possa essere considerato un artefatto centrale da utilizzare come base di conoscenza condivisa, in cui vengano fattorizzati i concetti e meccanismi chiave, fondamentali per sviluppi futuri.