Innovative photoresponsive materials & supramolecular structures

This thesis focuses on two main topics: photoresponsive azobenzene-based polymers and supramolecular systems generated by the self-assembly of lipophilic guanosines. In the first chapters describe innovative photoresponsive devices and materials capable of performing multiple roles in the field of soft robotics and energy conversion. Chapter 2 describes a device obtained by coupling a photoresponsive liquid-crystalline network and a piezoelectric polymer to convert visible light into electricity. Chapter 3 deals with a material that can assume different shapes when triggered by three different stimuli in different environments. Chapter 4 reports a highly performing artificial muscle that contracts when irradiated. The last two chapters report on supramolecular structures generated from functionalized guanosines dissolved in organic solvents. Chapter 6 illustrates the self-assembly into G-quadruplexes of 8- and 5’-functionalized guanosines in the absence of templating ions. Chapter 7 describes the supramolecular structure generated by the assembly of a lipophilic guanosine in the presence of silver cations. Chapter 6 is reproduced from an already published paper, while the other chapters are going to be submitted to different journals in a couple of months.

Metabolomics to investigate the effects of treatments on food and of food consumption on health

Metabolomics has established itself as a discipline that can offer a unique point of view on how a technological treatment could impact on the charactersitics of a food. Even more, the same analytical platforms necessary for the purpose can also effectively unravel intricate interactions between such food and human health upon consumption. This PhD thesis investigates the application of metabolomics in understanding the impact of technological treatments on food and their subsequent effects on human health, utilizing 1H-NMR as the analytical platform. The study involves the development of standard operating procedures (SOPs) to ensure a fast and stable preparation of seafood samples, incorporating novel algorithms to enhance the accuracy of metabolome profiles. To gain insight on how metabolomics can allow exploring the effects of a technological treatment on a food, we performed three sets of experiments to investigate the application of metabolomics in studying the impact of high hydrostatic pressure (HHP) treatment on seafood metabolome during storage. The first experiment employs untargeted metabolomic analysis on chill-stored rose shrimp, revealing significant post-HHP treatment metabolic alterations and mechanisms. The investigation is extended to grey mullet in the second experiment, utilizing both untargeted and targeted metabolomic analyses to account for matrix-related effects. The third experiment assesses the targeted metabolome of striped prawns, showing that HHP significantly influences metabolic pathways, positively impacting freshness and taste through alterations in related metabolites. Shifting focus to the effects of food on humans, the study explores the impact of multistrain probiotics on cirrhosis patients using 1H-NMR. The platform reveals notable alterations in glutamine/glutamate metabolism, enhancing the patients' ammonia detoxification capacity. This research underscores the potential of metabolomics in uncovering intricate interactions between technological treatments, food, and human health, providing valuable insights for both the food industry and healthcare interventions.

TIDES unveiled: pioneering green peptides synthesis and oligonucleotides innovations in science

My PhD research focused on the development of environmentally sustainable methods for peptide synthesis. The traditional and toxic solvents and bases used in solid-phase peptide synthesis (SPPS) were replaced with eco-friendly alternatives to reduce the environmental impact. In particular, N-octylpyrrolidone was found to be an effective green solvent in combination with dimethyl carbonate, resulting in a 63-66% reduction in process mass intensity (PMI). In addition, a green base, DEAPA, was identified for Fmoc removal, which showed comparable results to piperidine, while being less regulated and toxic, and able to better control aspartimide-related side reactions. The study extended beyond SPPS to explore liquid-phase peptide synthesis (LPPS) and solution-phase peptide synthesis (SolPPS) using propylphosphonic anhydride (T3P®) as a coupling reagent. The developed green SolPPS using Cbz amino acids achieved exceptional efficiency, minimal racemisation and a PMI of 30 to introduce a single amino acid in the iterative process. This PMI value is the lowest ever reported for an oligopeptide synthesis protocol. This technique was extended to N-Boc amino acids in DCM, requiring aqueous workups and achieving 95% purity of Leu-Enkephalin. Finally, T3P® was found to be suitable for LPPS. An anchor, mimicking a resin, was used to allow precipitation or solubilisation of the growing anchored-peptide, depending on the polarity of the solvent used. Anisole and DCM resulted in a pentapeptide purity of over 95%. While at Oxford University, I synthesized a cleavable fragment that is sensitive to cathepsin B (CatB) and incorporated it into a cyclic antisense oligonucleotide (ASO) targeting the metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1 (MALAT1). ASO demonstrated good stability in a simulated in vivo environment using human serum and high affinity with complementary RNA. The Cyclic-ASO was opened by CatB in optimal conditions. Experiments highlight therapeutic potential and a novel method for controlling cyclic oligonucleotide activity, potentially enhancing cellular uptake.

Studio dell'anisotropia magnetica di bistrati ibridi ferromagnete-organico

L’anisotropia magnetica di film sottili ferromagnetici è un parametro fondamentale nel campo della spintronica. Recenti lavori hanno dimostrato che la formazione di un’interfaccia tra film sottili ferromagnetici e materiali organici è in grado di modificare, l’anisotropia magnetica del costituente inorganico. Questa specifica interfaccia è stata definita spinterface ed è di grande interesse in un’ottica di ingegnerizzazione delle proprietà magnetiche di dispositivi spintronici. Pertanto, in questo lavoro di tesi ho analizzato l’anisotropia magnetica di un film policristallino di Cobalto ricoperto da una molecola organica largamente utilizzata in dispositivi spintronici e optoelettronici, la Gallio-chinolina (Gaq3), con l’obiettivo di verificare il ruolo della molecola nella definizione delle proprietà magnetiche dello strato di Cobalto. Per valutare l’impatto della formazione di spinterface, ho confrontato i risultati sperimentali con quelli ottenuti per un bistrato di riferimento Cobalto/Alluminio (Co/Al). Per comprendere i risultati sperimentali introdurrò nel primo capitolo i concetti fondamentali del magnetismo di film sottili, in particolare i vari contributi di anisotropia magnetica, il concetto di dominio magnetico e il modello di Stoner Wohlfarth. Il secondo capitolo verrà dedicato alla descrizione del concetto di spinterface e come questa interfaccia possa modificare le proprietà magnetiche dei film sottili. Nel terzo capitolo verranno descritte le tecniche di deposizione in Ultra Alto Vuoto con cui sono stati realizzati i bistrati Co/Gaq3 e Co/Al mentre nel quarto capitolo descriver`o il funzionamento del magnetometro MOKE, lo strumento con cui ho studiato l’anisotropia magnetica dei campioni prodotti. I dati sperimentali e la loro discussione saranno presentati nel quinto capitolo dove ho verificato la presenza di effetti di spinterface attraverso l’osservazione di un aumento della coercitività del campione Co/Gaq3.

Sviluppo di sensori indossabili per il monitoraggio di essudato di ferite

I sensori indossabili rappresentano una frontiera della ricerca scientifica e, allo stesso tempo, a livello commerciale sono un nuovo mercato emergente. La possibilità di studiare diversi parametri fisiologici con dispositivi versatili e di dimensioni ridotte è importante per raggiungere una comprensione più profonda dei diversi fenomeni che avvengono nel nostro corpo. In maniera simile, la composizione dell’essudato di una ferita è finemente legata all’evoluzione del processo di guarigione, che comporta diversi meccanismi di rigenerazione del tessuto connettivo e dell’epitelio. Grazie ai dispositivi indossabili, si apre la possibilità di monitorare i componenti chiave di questi processi. I wearable devices costituiscono quindi sia uno strumento diagnostico, che uno strumento clinico per l’identificazione e la valutazione di strategie terapeutiche più efficienti. Il mio lavoro di tirocinio si è incentrato sulla fabbricazione, caratterizzazione e sperimentazione delle performance di transistor elettrochimici a base organica (OECT) tessili per la misurazione dei livelli di pH ed acido urico. L’obbiettivo del gruppo di ricerca è quello di realizzare un cerotto intelligente che abbia due diversi elementi sensibili, uno per l’acido urico e l’altro per la concentrazione idrogenionica. Per il raggiungimento di tale scopo, si è sfruttato uno dei semiconduttori organici più utilizzati e studiati nell’ultimo periodo, il PEDOT, ovvero il poli(3,4-etilen-diossi-tiofene), che risulta anche uno dei materiali principalmente impiegati nella ricerca sui sensori tessili.