Studio di ossidi misti Ti/Zr/O per la valorizzazione catalitica di furfurale a GVL in un reattore continuo in fase liquida

Il cambiamento climatico è una delle sfide più ardue che il nostro pianeta abbia mai dovuto affrontare. Negli ultimi anni si sta rendendo sempre più evidente la necessità di un profondo cambiamento ideologico e sociale in ogni campo. La Green Chemistry mira a capeggiare questo cambiamento proponendo dei principi guida in modo da indirizzare la chimica verso tale traguardo. Possibili strumenti attuativi di questa visione sono senza alcun dubbio le bioraffinerie. Raffinerie appunto, nate però per processare materie prime provenienti da fonti rinnovabili, le biomasse. Esistono diversi tipi di biomasse, dalle quali possono essere ricavate differenti molecole piattaforma. La biomassa lignocellulosica, per esempio, viene sfruttata per ottenere perlopiù composti furanici. Tra questi di particolare interesse è la furfurale(FUR), un’aldeide particolarmente reattiva dalla quale possono essere ottenute numerose sostanze chimiche ad alto valore aggiunto. Tra queste si trova il γ-valerolattone(GVL), estere ciclico a cinque atomi di carbonio, promettente prodotto preliminare nella sintesi di combustibili a base biologica e prodotti chimici di base. Il processo che porta dalla FUR al GVL comprende diversi step di reazione, alcuni catalizzati da acidità di Lewis, altri da acidità di Brønsted. Gli step di riduzione possono essere eseguiti mediante una reazione di Catalytic Transfer Hydrogenation (CTH) utilizzando isopropanolo piuttosto che H2 gassoso. La scelta del solvente/riducente assieme all’utilizzo di un sistema catalitico eterogeneo permettono la realizzazione della reazione con un basso impatto ambientale. Per quanto riguarda la scelta del sistema catalitico, particolarmente interessante è la combinazione TiO2-ZrO2. Lo scopo di questa tesi è stato quello di sintetizzare e valutare le performance di sistemi catalitici a base di ossidi misti Ti/Zr/O con diverse composizioni nella conversione della FUR a GVL in un reattore in fase liquida.

Riconoscimento mediante dati satellitari Sentinel-2 dei suoli nudi nella regione Emilia-Romagna per una loro sostenibile valorizzazione

La ricerca oggetto del presente elaborato di tesi persegue fini di lotta ai cambiamenti climatici e promozione delle energie rinnovabili, in linea con i diciassette Obiettivi per lo Sviluppo Sostenibile definiti dall’Organizzazione delle Nazioni Unite nel 2015 a causa dell’incombente emergenza ambientale in atto; inoltre individua risorse che possono risultare utili in situazioni di crisi energetica come quella iniziata nel 2022. L’obiettivo dell’elaborato è l’individuazione dei bare soils o “suoli nudi”, ovvero terreni lasciati senza copertura nei mesi che intercorrono tra un raccolto e la semina successiva, presenti nella parte pianeggiante dell’Emilia Romagna nell’anno 2021. È stata eseguita una ricerca introduttiva sulle politiche agricole inerenti i cambiamenti climatici e sull’uso del suolo nell’area di studio. Nel procedimento seguente sono stati utilizzati immagini e dati satellitari a libero accesso, rilevati dai satelliti Sentinel-2 del programma Copernicus dell’Unione Europea. Per mezzo di software open source, sono state identificate le superfici di suolo nudo tramite calcolo degli indici di vegetazione Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) e selezione delle aree con valori dell’indice idonei per 4 mesi consecutivi; sono state create mappe tematiche con le posizioni dei terreni, sono state ricavate statistiche sulla loro estensione e sono state effettuate validazioni dei risultati. Secondo i calcoli, nei 2 periodi più promettenti i suoli nudi coprivano rispettivamente circa il 4% e il 25% dell’area di studio. I terreni individuati sono stati poi utilizzati come input per una simulazione di un loro utilizzo sostenibile. Infatti, quando abbastanza estesi e liberi per un tempo sufficiente, possono essere utilizzati per colture intercalari come il sorgo, volte ad ottenere biomasse adatte alla produzione di biocarburanti.

Analisi fluidodinamica di reattori gas-liquido operanti con giranti multiple

La miscelazione di sistemi gas-liquido all’interno di recipienti meccanicamente agitati ritrova molte applicazioni industriali. I recipienti meccanicamente agitati rappresentano la scelta più conveniente poiché consentono una dispersione ottimale della fase dispersa all’interno della fase continua ed uno scambio di materia e di calore efficiente. I parametri chiave sono il consumo di potenza, l’hold-up di gas ed il regime gas-impeller. La fase sperimentale è stata sviluppata mediante l’utilizzo di un reattore pilota operante con tre turbine Rushton. Il consumo di potenza è stato valutato ed i risultati ottenuti dalle analisi di laboratorio sono stati confrontati con la correlazione empirica di Warmoeskerken (1986). Le tecniche impiegate in passato per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido sono caratterizzate da diversi svantaggi quali la possibilità di essere utilizzate solo per lo studio di sistemi trasparenti, l’intrusività ed i costi alti. Attualmente, la tomografia a resistenza elettrica (ERT) è una delle tecniche di ispezione più utilizzate grazie alla sua potenzialità di fornire informazioni qualitative e quantitativi. Uno degli obiettivi di questo lavoro di tesi è quello di validare una metodologia da seguire per la caratterizzazione dei sistemi gas-liquido. L’ERT è stata utilizzata per la valutazione dell’hold-up di gas e per l’identificazione del regime instaurato all’interno dell’apparecchiatura. I risultati sono stati confrontati con le valutazioni visive e le correlazioni proposte dalla letteratura. La strumentazione dell’ERT comprende un sistema di sensori, un sistema di acquisizione dati (DAS) ed un computer sul quale è installato il software per la ricostruzione dell’immagine, il quale, generalmente, è basato sull’algoritmo linear back - projection. Ulteriore obiettivo di questo lavoro di tesi è quello di investigare sulla convenienza di adoperare un software più sofisticato per la ricostruzione dell’immagine.

La gestione scorte a magazzino: il progetto 'ROP' in Ravaglioli S.p.A.

L’elaborato di tesi presentato è stato svolto con l’obiettivo di identificare una metodologia chiara ed efficacie per consentire alle aziende di classificare correttamente i codici presenti a magazzino e assegnarvi la politica di approvvigionamento più idonea. Il focus del lavoro si è incentrato sulla realizzazione di un trade off tra l’obiettivo delle aziende di evitare lo stock out di merce, e quello di riuscire a contenere le giacenze medie dei codici a magazzino e delle corrispettive scorte di sicurezza, che rappresentano sempre un insieme di costi ingenti. Partendo quindi da una analisi dettagliata delle politiche di approvvigionamento dettate dalla letteratura, ci si sofferma sul metodo a punto di riordino, individuato come il più idoneo a perseguire questa mission. Segue quindi una descrizione dei passi da seguire per riuscire a determinare il perimetro di azione più compatibile con le caratteristiche del modello, fino a giungere alla reale simulazione di calcolo e successiva implementazione dei nuovi dati a sistema. Il tutto viene svolto facendo riferimento ai dati appartenenti all’azienda Ravaglioli S.p.A. di Sasso Marconi (BO), che ha permesso di svolgere ed implementare tutti gli steps e le analisi elencate nell’elaborato di tesi e sta attualmente lavorando utilizzando gli output del lavoro presentato. La tesi si conclude con la valutazione degli effettivi benefici derivanti dal progetto e una proposta di possibile sviluppo futuro dell’elaborato.

Adozione del framework Arrowhead per l’automazione di scenari IoT: Discovery, Orchestrazione e Coreografia.

In questa tesi approfondiamo l’utilizzo del framework Arrowhead per creare una demo di un sistema per l’automazione IoT industriale. Il framework fornisce dei core specifici per il controllo di un sistema industriale nell’ottica dell’industria 4.0. Nello specifico prendiamo in analisi i tre core principali di Arrowhead, più un quarto, il Choreographer, interessante perchè fornisce servizi non comuni, ma molto utili, per la gestione di sistemi industriali. La demo è stata suddivisa in livelli per permettere un’analisi dettagliata dei vantaggi e delle scelte implementative che l’integrazione dei vari core apporta alla demo. Si è scelto, inoltre, di analizzare separatamente le scelte teoriche e pratiche che sono state effettuate nello sviluppo della demo. In questa tesi, quindi, analizziamo l’integrazione del framework Arrowhead all’interno di un sistema di IoT industriale e porteremo alla luce i vantaggi del suo utilizzo e per quale motivo non risulta essere competitivo nel suo mercato di appartenenza.

Sintesi e caratterizzazione di polimeri per l’ottica non lineare

L'osservazione di diversi fenomeni ottici come la generazione della seconda o della terza armonica (generazione di luce con frequenza raddoppiata (SHG) o generazione di luce con frequenza triplicata (THG)) quando un materiale interagisce con una sorgente ad alta intensità, ha portato ad un crescente interesse per le proprietà ottiche non lineari (NLO). Questi ed altri fenomeni ottici non lineari potrebbero essere impiegati per aumentare le prestazioni dei dispositivi optoelettronici e fornire soluzioni per progettare nuovi metamateriali funzionali. L'impiego di sistemi polimerici contenenti gruppi funzionali con caratteristiche NLO rappresenta una sfida per migliorare tali proprietà e la loro lavorabilità. In questo lavoro, è stata sviluppata una strategia sintetica per ottenere un cromoforo con struttura donatore-accettore-donatore (D-A-D), dove la simmetria dei dipoli (push-pull-push) può potenzialmente fornire proprietà NLO del terzo ordine. Attraverso una sintesi multistep è stato sintetizzato il monomero a base metacrilica con il cromoforo NLO, successivamente copolimerizzato con lo stirene per aumentare la lavorabilità del polimero. Il polimero ed il monomero saranno impiegati per preparare cristalli fotonici. Inoltre, verrà effettuata un'ampia caratterizzazione per approfondire le proprietà ottiche e quindi per ottimizzare i dispositivi finali.

ottimizzazione del modello di gestione delle scorte dei reparti attrezzeria e sicurezza e definizione dei picking-point degli operatori

Il sistema logistico rappresenta una variabile fondamentale nel contesto organizzativo: se efficiente e ben strutturato può rivelarsi un vantaggio competitivo per le organizzazioni. Nel presente elaborato viene posta l’attenzione proprio su un particolare ambito del sistema logistico, ossia quello della logistica interna. L’obiettivo di questa tesi, svolta a margine di un tirocinio in Marchesini Group, azienda del bolognese leader nella fornitura di sistemi automatici per il packaging farmaceutico e cosmetico, è stato quello di ottimizzare i processi di gestione delle scorte e di picking di due categorie specifiche di prodotti: gli utensili, gestiti dal reparto attrezzeria ed i DPI, gestiti dal reparto sicurezza. Dopo una fase iniziale di osservazione diretta sul campo, finalizzata rilevare le principali criticità dei processi, lo studio si è concentrato sull'identificazione degli articoli principalmente consumati dai reparti e sulla definizione del loro consumo medio. In funzione delle esigenze dei diversi settori coinvolti, sono state, per entrambi i reparti, avanzate delle proposte di soluzione che riguardano sia l'introduzione di un nuovo modello di gestione delle scorte, accompagnato da un nuovo sistema di monitoraggio delle giacenze, che la riorganizzazione del flusso informativo relativo alla gestione degli ordini. Oltre che sul flusso informativo, il focus è stato posto anche sul flusso fisico degli articoli, con l’obiettivo di eliminare gli sprechi legati alle movimentazioni degli operatori tra i reparti. A tale scopo, dopo aver analizzato l'attuale processo di picking, è stata avanzata una proposta di soluzione che prevede l'introduzione di alcuni punti di prelievo direttamente all’interno dei reparti produttivi, appositamente collocati e dimensionati per minimizzare gli spostamenti degli operatori. Nella parte finale dell’elaborato vengono trattate le soluzioni proposte dal punto di vista economico e ne vengono illustrati i possibili sviluppi futuri.

Identification of Novel Immunoregulatory Molecules in Human Thymic Regulatory CD4(+)CD25(+) T Cells by Phage Display

Thymic CD4(+)CD25(+) cells play an important role in immune regulation and are continuously developed in the thymus as an independent lineage. How these cells are generated, what are their multiple pathways of suppressive activity and which are their specific markers are questions that remain unanswered. To identify molecules involved in the function and development of human CD4(+)CD25(+) T regulatory cells we targeted thymic CD4(+)CD25(+) cells by peptide phage display. A phage library containing random peptides was screened ex vivo for binding to human thymic CD4(+)CD25(+) T cells. After four rounds of selection on CD4(+)CD25(+) enriched populations of thymocytes, we sequenced several phage displayed peptides and selected one with identity to the Vitamin D Receptor (VDR). We confirmed the binding of the VDR phage to active Vitamin D in vitro, as well as the higher expression of VDR in CD4(+)CD25(+) cells. We suggest that differential expression of VDR on natural Tregs may be related to the relevance of Vitamin D in function and ontogeny of these cells.

Electron beam induced second-harmonic generation in Er(3+) doped PbO-GeO(2) glasses containing silver nanoparticles

Electron beam induced second harmonic generation (SHG) is studied in Er(3+) doped PbO-GeO(2) glasses containing silver nanoparticles with concentrations that are controlled by the heat-treatment of the samples. The SHG is observed at T = 4.2 K using a p-polarized laser beam at 1064 nm. Enhancement of the SHG is observed in the samples that are submitted to electron beam incidence. The highest value of the nonlinear susceptibility, 2.08 pm/V, is achieved for the sample heat-treated during 72 h and submitted to an electron beam current of 15 nA. The samples that were not exposed to the electron beam present a susceptibility of a parts per thousand 0.5 pm/V.

Cyclic Guanosine Monophosphate Signaling Cascade Mediates Pigment Aggregation in Freshwater Shrimp Chromatophores

The cell signaling cascades that mediate pigment movements in crustacean chromatophores are not yet well established, although Ca(2+) and cyclic nucleotide second messengers are involved. Here, we examine the participation of cyclic guanosine monophosphate (cGMP) in pigment aggregation triggered by red pigment concentrating hormone (RPCH) in the red ovarian chromatophores of freshwater shrimp. In Ca(2+)-containing (5.5 mmol l(-1)) saline, 10 mu mol l(-1) dibutyryl cGMP alone produced complete pigment aggregation with the same time course (approximate to 20 min) and peak velocity (approximate to 17 mu m/min) as 10(-8) mol l(-1) RPCH; however, in Ca(2+)-free saline (9 X 10(-11) mol l(-1) Ca(2+)), db-cGMP was without effect. The soluble guanylyl cyclase (GC-S) activators sodium nitroprusside (SNP, 0.5 mu mol l(-1)) and 3-morpholinosydnonimine (SIN-1, 100 mu mol l(-1)) induced moderate aggregation by themselves (approximate to 35%-40%) but did not affect RPCH-triggered aggregation. The GC-S inhibitors zinc protoporphyrin IX (ZnPP-XI, 30 mu mol l(-1)) and 6-anilino-5,8-quinolinedione (LY83583, 10 mu mol l(-1)) partially inhibited RPCH-triggered aggregation by approximate to 35%. Escherichia coli heat-stable enterotoxin (STa, 1 mu mol l(-1)), a membrane-receptor guanylyl cyclase stimulator, did not induce or affect RPCH-triggered aggregation. We propose that the binding of RPCH to an unknown membrane-receptor type activates a Ca(2+)-dependent signaling cascade coupled via cytosolic guanylyl cyclase and cGMP to protein kinase G-phosphorylated proteins that regulate aggregation-associated, cytoskeletal molecular motor activity. This is a further example of a cGMP signaling cascade mediating the effect of a crustacean X-organ neurosecretory peptide.

A framework for scientific computing with GPUs

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Informática

Constraint-based modelling of mixed microbial populations: Application to polyhydroxyalkanoates production

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Interação multimodal de dispositivos robóticos em ambiente simulado

Dissertação de mestrado integrado em Engenharia e Gestão de Sistemas de Informação

New integrative computational approaches unveil the Saccharomyces cerevisiae pheno-metabolomic fermentative profile and allow strain selection for winemaking

During must fermentation by Saccharomyces cerevisiae strains thousands of volatile aroma compounds are formed. The objective of the present work was to adapt computational approaches to analyze pheno-metabolomic diversity of a S. cerevisiae strain collection with different origins. Phenotypic and genetic characterization together with individual must fermentations were performed, and metabolites relevant to aromatic profiles were determined. Experimental results were projected onto a common coordinates system, revealing 17 statistical-relevant multi-dimensional modules, combining sets of most-correlated features of noteworthy biological importance. The present method allowed, as a breakthrough, to combine genetic, phenotypic and metabolomic data, which has not been possible so far due to difficulties in comparing different types of data. Therefore, the proposed computational approach revealed as successful to shed light into the holistic characterization of S. cerevisiae pheno-metabolome in must fermentative conditions. This will allow the identification of combined relevant features with application in selection of good winemaking strains.

Marine biotoxins in the Catalan littoral: could biosensors be integrated into monitoring programmes?

Aquest article descriu els sensors enzimàtics i immunosensors electroquímics que s’han desenvolupat als nostres grups per a la detecció de la biotoxina marina àcid okadaic (OA), i discuteix la possibilitat d’integrar-los en programes de seguiment. Els sensors enzimàtics per a OA que es presenten es basen en la inhibició de la proteïna fosfatasa (PP2A) per aquesta toxina i la mesura electroquímica de l’activitat enzimàtica mitjançant l’ús de substrats enzimàtics apropiats, electroquímicament actius després de la seva desfosforació per l’enzim. Els immunosensors electroquímics descrits en aquest article es basen en un enzimoimmunoassaig sobre fase sòlida competitiu indirecte (ciELISA), amb fosfatasa alcalina (ALP) o peroxidasa (HRP) com a marcatges, i un sistema de reciclatge enzimàtic amb diaforasa (DI). Els biosensors presentats aquí s’han aplicat a l’anàlisi de dinoflagel·lats, musclos i ostres. Les validacions preliminars amb assaigs colorimètrics i LC-MS/MS han demostrat la possibilitat d’utilitzar les bioeines desenvolupades per al cribratge preliminar de biotoxines marines en mostres de camp o de cultiu, que ofereixen informació complementària a la cromatografia. En conclusió, tot i que encara cal optimitzar alguns paràmetres experimentals, la integració dels biosensors a programes de seguiment és viable i podria proporcionar avantatges respecte a altres tècniques analítiques pel que fa al temps d’anàlisi, la simplicitat, la selectivitat, la sensibilitat, el fet de poder ser d’un sol ús i l’efectivitat de cost. This article describes the electrochemical enzyme sensors and immunosensors that have been developed by our groups for the detection of marine biotoxin okadaic acid (OA), and discusses the possibility of integrating them into monitoring programmes. The enzyme sensors for OA reported herein are based on the inhibition of immobilised protein phosphatase 2A (PP2A) by this toxin and the electrochemical measurement of the enzyme activity through the use of appropriate enzyme substrates, which are electrochemically active after dephosphorylation by the enzyme. The electrochemical immunosensors described in this article are based on a competitive indirect Enzyme- Linked ImmunoSorbent Assay (ciELISA), using alkaline phosphatase (ALP) or horseradish peroxidase (HRP) as labels, and an enzymatic recycling system with diaphorase (DI). The biosensors presented herein have been applied to the analysis of dinoflagellates, mussels and oysters. Preliminary validations with colorimetric assays and LC-MS/MS have demonstrated the possibility of using the developed biotools for the preliminary screening of marine biotoxins in field or cultured samples, offering complementary information to chromatography. In conclusion, although optimisation of some experimental parameters is still required, the integration of biosensors into monitoring programmes is viable and may provide advantages over other analytical techniques in terms of analysis time, simplicity, selectivity, sensitivity, disposability of electrodes and cost effectiveness.