Simulazione numerica di celle solari Metal Wrap Through (MWT) con passivazione dell'interfaccia di base e contatti puntuali

L'energia solare rientra nel gruppo delle energie rinnovabili, ovvero che provengono da una fonte il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la disponibilità nel futuro. L'energia solare ha molti vantaggi, poiché è inesauribile ed è una risorsa d'immediata disponibilità perché giunge attraverso i raggi del sole. La conversione fotovoltaica sfrutta il meccanismo di generazione di carica elettrica prodotto dall'interazione della radiazione luminosa su di un materiale semiconduttore. La necessità di creare energia riducendo al minimo l'impatto ambientale ed il contemporaneo aumento del prezzo di fonti fossili come ad esempio il petrolio ed il carbone (senza trascurare il fatto che le riserve di essi sono, di fatto, esauribili) ha portato un aumento considerevole della produzione di energia elettrica tramite conversione fotovoltaica. Allo stato attuale dell'economia e dei mercati, sebbene il settore fotovoltaico sia in forte crescita, non è esente da un parametro che ne descrive le caratteristiche economiche ed energetiche, il cosiddetto rapporto costo/efficienza. Per efficienza, si intende la quantità di energia elettrica prodotta rispetto alla potenza solare incidente per irraggiamento, mentre per costo si intende quello sostenuto per la costruzione della cella. Ridurre il rapporto costo/efficienza equivale a cercare di ottenere un'efficienza maggiore mantenendo inalterati i costi, oppure raggiungere una medio-alta efficienza ma ridurre in maniera significativa la spesa di fabbricazione. Quindi, nasce la necessità di studiare e sviluppare tecnologie di celle solari all'avanguardia, che adottino accorgimenti tecnologici tali per cui, a parità di efficienza di conversione, il costo di produzione della cella sia il più basso possibile. L'efficienza dei dispositivi fotovoltaici è limitata da perdite ottiche, di ricombinazione di carica e da resistenze parassite che dipendono da diversi fattori, tra i quali, le proprietà ottiche e di trasporto di carica dei materiali, l'architettura della cella e la capacità di intrappolare la luce da parte del dispositivo. Per diminuire il costo della cella, la tecnologia fotovoltaica ha cercato di ridurre il volume di materiale utilizzato (in genere semiconduttore), dal momento in cui si ritiene che il 40% del costo di una cella solare sia rappresentato dal materiale. Il trend che questo approccio comporta è quello di spingersi sempre di più verso spessori sottili, come riportato dalla International Technology Roadmap for Photovoltaic, oppure ridurre il costo della materia prima o del processo. Tra le architetture avanzate di fabbricazione si analizzano le Passivated Emitter and Rear Cell-PERC e le Metal Wrap Through-MWT Cell, e si studia, attraverso simulazioni numeriche TCAD, come parametri geometrici e di drogaggio vadano ad influenzare le cosiddette figure di merito di una cella solare.

Investigation of the reactivity of metal oxide catalysts for the gas-phase phenol methylation

The gas-phase phenol methylation with methanol was investigated both from catalitic and spectroscopic point of view. In particular, the work focus on the behavior of metal oxide catalysts, like iron(III) vanadate and aluminum vanadate. Spectroscopic studies include: X-ray diffraction and Raman analysis for catalyst charactrerization; Diffuse reflectance infrared fourier transform spectroscopy and in-situ Infrared spectroscopy in vacuum for investigation of interactions between reactants and surface of catalysts.

Rod-shaped plasmonic sensors

Plasmonic nanoparticles exhibit strong light scattering efficiency due to the oscillations of their conductive electrons (plasmon), which are excited by light. For rod-shaped nanoparticles, the resonance position is highly tunable by the aspect ratio (length/width) and the sensitivity to changes in the refractive index in the local environment depends on their diameter, hence, their volume. Therefore, rod-shaped nanoparticles are highly suitable as plasmonic sensors.rnWithin this thesis, I study the formation of gold nanorods and nanorods from a gold-copper alloy using a combination of small-angle X-ray scattering and optical extinction spectroscopy. The latter represents one of the first metal alloy nanoparticle synthesis protocols for producing rod-shaped single crystalline gold-copper (AuxCu(1-x)) alloyed nanoparticles. I find that both length and width independently follow an exponential growth behavior with different time-constants, which intrinsically leads to a switch between positive and negative aspect ratio growth during the course of the synthesis. In a parameter study, I find linear relations for the rate constants as a function of [HAuCl4]/[CTAB] ratio and [HAuCl4]/[seed] ratio. Furthermore, I find a correlation of final aspect ratio and ratio of rate constants for length and width growth rate for different [AgNO3]/[HAuCl4] ratios. I identify ascorbic acid as the yield limiting species in the reaction by the use of spectroscopic monitoring and TEM. Finally, I present the use of plasmonic nanorods that absorb light at 1064nm as contrast agents for photoacoustic imaging (BMBF project Polysound). rnIn the physics part, I present my automated dark-field microscope that is capable of collecting spectra in the range of 450nm to 1750 nm. I show the characteristics of that setup for the spectra acquisition in the UV-VIS range and how I use this information to simulate measurements. I show the major noise sources of the measurements and ways to reduce the noise and how the combination of setup charactersitics and simulations of sensitivity and sensing volume can be used to select appropriate gold rods for single unlabeled protein detection. Using my setup, I show how to estimate the size of gold nano-rods directly from the plasmon linewidth measured from optical single particle spectra. Then, I use this information to reduce the distribution (between particles) of the measured plasmonic sensitivity S by 30% by correcting for the systematic error introduced from the variation in particle size. I investigate the single particle scattering of bowtie structures — structures consisting of two (mostly) equilateral triangles pointing one tip at each other. I simulate the spectra of the structures considering the oblique illumination angle in my setup, which leads to additional plasmon modes in the spectra. The simulations agree well with the measurements form a qualitative point of view.rn

Caratterizzazione dosimetrica e di qualità immagine del tomografo Philips Brilliance ICT 256-slice

In questo lavoro, svolto presso l'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (I.R.S.T.) (I.R.C.C.S) di Meldola, si sono studiate le caratteristiche di un tomografo Philips Brilliance iCT 256 strati, con l'obiettivo di individuare le variazioni di qualità delle immagini e di dose in funzione dei parametri di acquisizione dello strumento, al fine di una successiva ottimizzazione dei protocolli degli esami tomografici. Le valutazioni sono state fatte sul tomografo multistrato Philips mediante uso di diversi fantocci e dosimetri, seguendo le linee guida della pubblicazione per il controllo di qualità in tomografia computerizzata dell'International Atomic Energy Agency (IAEA). Si è utilizzato il fantoccio Catphan per la caratterizzazione della qualità dell'immagine, acquisendo immagini sia in modalità assiale che spirale e variando parametri di acquisizione quali spessore di strato, kV, mAs e pitch. Per le varie combinazioni di questi parametri sono state misurate, mediante l'utilizzo dei software ImageJ ed ImageOwl, grandezze oggettive quali risoluzione spaziale, risoluzione a basso contrasto e rumore dell'immagine acquisita. Due fantocci di polimetilmetacrilato (PMMA) head e body sono serviti, insieme ad una camera a ionizzazione di tipo pencil, per la misura di indici di dose per la tomografia computerizzata (CTDI). L'irraggiamento di questi strumenti è stato effettuato a diversi valori di tensione del tubo radiogeno e ha permesso di confrontare i valori CTDI misurati con quelli forniti dal tomografo. Si sono quindi calcolate le dosi efficaci di alcuni protocolli della macchina per poi confrontarle con livelli di riferimento diagnostici (DRL), strumenti utilizzati con l'obiettivo di raggiungere valori di dose adeguati per lo scopo clinico dell'esame. Come ulteriore valutazione dosimetrica, si è utilizzato il fantoccio antropomorfo Rando, in cui sono stati inseriti dei dosimetri a termoluminescenza (TLD) per la misura della dose organo. Dai risultati si osserva un andamento inversamente proporzionale tra tensione del tubo radiogeno e contrasto dell'immagine. Impostando valori alti di kV si ottiene però un'immagine meno rumorosa. Oltre alla tensione del tubo, si è valutato come anche lo spessore di strato e la corrente influiscano sul rumore dell'immagine. I risultati ottenuti dimostrano che i valori dei parametri oggettivi di qualità delle immagini rientrano nei limiti di attendibilità, così come i valori di CTDI visualizzati dal tomografo. Lo studio della dipendenza di questi parametri oggettivi dalle impostazione di scansione permette di ottimizzare l'acquisizione TC, ottenendo un buon compromesso fra dose impartita e qualità dell'immagine.

Synthesis and metal complexes of C2 symmetric ligands obtained from (R)-(+)-Betti and dialdehydes for asymmetric induction reactions

The aim of this master’s research thesis was the employment of an enantiopure 1,3-aminoalcohol, the 1-(α-aminobenzyl)-2-naphthol, known as Betti base, for the synthesis of some novel compounds which show a C2 symmetry. Some of these compounds, after derivatization, were used as ligands in association with transition metals to prepare some catalysts for enantioselective catalytic reactions. Some aminoalcohol (Salan-type) derivatives of these compounds were obtained upon reduction and in some cases it was possible to obtain complexes with transition metals such as Mn, Ni, Co and Cu. Furthermore a novel 6-membered analogue bisoxazoline ligand, 2,6-bis((R)-1-Phenyl-1H-naphtho[1,2-e][1,3]oxazin-3-yl)pyridine, was obtained and from it two Cu-complexes were prepared. The metal complexes were employed in some reactions to test the asymmetric induction, which was in some cases up to discrete values.

Modelli compartimentali per l'analisi di segnali ottenuti tramite DCE MRI per studi di perfusione epatica

Il presente lavoro di tesi si inserisce all'interno di uno studio dal titolo: "Strategia di posizionamento multi-step come approccio pragmatico per ridurre il rischio di encefalopatia epatica post-TIPS (shunt trans-giugulare porto-sistemico intraepatico) in pazienti cirrotici con ascite refrattaria". Il progetto di tesi si è concentrato sull'analisi dei segnali ottenuti tramite DCE MRI, con lo scopo di implementare in ambiente MatLab due modelli differenti (Dual input - Mono compartment e Dual input - Dual compartment) che descrivono la cinetica del tracciante all'interno del sistema vascolare epatico e valutare l'efficacia dei parametri di perfusione associati nella descrizione delle variazioni in termini di microcircolazione introdotte dall'inserimento del TIPS. Inizialmente si sono voluti valutare, tramite simulazione, gli effetti in termini di amplificazione del rumore e stima dei parametri perfusionali dell'approssimazione lineare nella conversione da intensità di segnale MR a concentrazione di mezzo di contrasto. Successivamente, sempre attraverso simulazioni, per entrambi i modelli considerati è stato scelto uno schema di model-fitting e quindi testata l'affidabilità in termini di accuratezza e precisione delle stime dei parametri ottenute in funzione del livello di rumore associato alle curve di intensità di segnale. Parallelamente all'implementazione dei modelli per la stima di parametri di perfusione, sono stati realizzati dei phantom con l'obiettivo di simulare il parenchima epatico prima e dopo l'arrivo del mezzo di contrasto e poter testare la sequenza utilizzata durante l'acquisizione dei dati su paziente. Infine sono stati considerati gli esami di DCE MRI effettuati su un campione di nove pazienti pre e post-TIPS, utilizzando per l'analisi dei segnali entrambi i modelli implementati in fase di simulazione e successivamente valutando le variazioni nel valori associati ai parametri di perfusione introdotte dall'inserimento del TIPS.

Geometria frattale: analisi della lacunarita cerebrale in MRI

La geometria frattale descrive la complessità strutturale di oggetti che presentano, entro certi limiti, invarianza a fattori di scala. Obiettivo di questa tesi è l’analisi di indici frattali della morfologia cerebrale e cerebellare da immagini di risonanza magnetica (MRI) pesate T1 e della loro correlazione con l’età. A tale scopo sono state analizzate la dimensione frattale (D0) e la lacunarità (λs), indice di eterogeneità strutturale, della sostanza grigia (GM) e bianca (WM), calcolate mediante algoritmi di box counting e di differential gliding box, implementati in linguaggio C++, e regressione lineare con scelta automatica delle scale spaziali. Gli algoritmi sono stati validati su fantocci 3D ed è stato proposto un metodo per compensare la dipendenza di λs dalle dimensioni dell’immagine e dalla frazione di immagine occupata. L’analisi frattale è stata applicata ad immagini T1 a 3T del dataset ICBM (International Consortium for Brain Mapping) composto da 86 soggetti (età 19-85 anni). D0 e λs sono state rispettivamente 2.35±0.02 (media±deviazione standard) e 0.41±0.05 per la GM corticale, 2.34±0.03 e 0.35±0.05 per la WM cerebrale, 2.19±0.05 e 0.17±0.02 per la GM cerebellare, 1.95±0.06 e 0.30±0.04 per la WM cerebellare. Il coefficiente di correlazione lineare tra età e D0 della GM corticale è r=−0.38 (p=0.003); tra età e λs, r=0.72 (p<0.001) (mostrando che l’eterogeneità strutturale aumenta con l’invecchiamento) e tra età e λs compensata rispetto al volume della GM cerebrale (GMV), r=0.51 (p<0.001), superiore in valore assoluto a quello tra età e GMV (r=−0.45, p<0.001). In un modello di regressione lineare multipla, dove l’età è stata modellata da D0, λ e GMV della GM corticale, λs è risultato l’unico predittore significativo (r parziale=0.62, p<0.001). La lacunarità λs è un indice sensibile alle variazioni strutturali dovute all’invecchiamento cerebrale e si candida come biomarcatore nella valutazione della complessità cerebrale nelle malattie neurodegenerative.

A comparison of the conformability of everolimus-eluting bioresorbable vascular scaffolds to metal platform coronary stents

The aim of this study was to assess the differences in terms of curvature and angulation of the treated vessel after the deployment of either a metallic stent or a polymeric scaffold device.

Femoroacetabular cam-type impingement: diagnostic sensitivity and specificity of radiographic views compared to radial MRI

To retrospectively assess the diagnostic sensitivity of 45° Dunn view and cross-table lateral radiographs for the assessment of cam deformity by comparison with radial MRI.

Stent thrombosis with drug-eluting and bare-metal stents: evidence from a comprehensive network meta-analysis

The relative safety of drug-eluting stents and bare-metal stents, especially with respect to stent thrombosis, continues to be debated. In view of the overall low frequency of stent thrombosis, large sample sizes are needed to accurately estimate treatment differences between stents. We compared the risk of thrombosis between bare-metal and drug-eluting stents.

Low-field Mri and arthroscopy of meniscal lesions in ten dogs with experimentally induced cranial cruciate ligament insufficiency

Little is known about the magnetic resonance imaging (MRI) appearance of canine meniscal lesions. The aim of this study is to describe the MR appearance of meniscal lesions in dogs with experimentally induced cranial cruciate ligament (CCL) deficiency. The pilot study revealed dogs weighing approximately 10 kg to be too small for meniscal evaluation on low-field MRI. In the main study, dogs weighing approximately 35 kg were used. The left CCL was transected and low-field MRI was performed regularly until 13 months post-surgery. Normal menisci were defined as grade 0. Intrameniscal lesions not reaching any surface corresponded to grade 1 if focal and to grade 2 if linear or diffuse. Grade 3 lesions consisted in linear tears penetrating a meniscal surface. Grade 4 lesions included complex signal changes or meniscal distortion. Between 2 and 13 months post-surgery, all dogs developed grade 4 lesions in the medial meniscus. Most of them corresponded to longitudinal or bucket handle tears on arthroscopy and necropsy. Two dogs showed grade 3 lesions reaching the tibial surface of the lateral meniscus on MRI but not in arthroscopy. Such tears are difficult to evaluate arthroscopically; MRI provides more accurate information about the tibial meniscal surface. Grades 1 and 2 lesions could not be differentiated from presumably normal menisci with our imaging technique. An MRI grading system better adapted to canine lesions has yet to be developed. MRI is a helpful tool for the diagnosis of complete tears in the canine meniscus, especially in larger dogs.

Non-invasive monitoring of renal oxygenation using BOLD-MRI: a reproducibility study

Blood oxygenation level-dependent (BOLD) MRI was shown to allow non-invasive observation of renal oxygenation in humans. However, clinical applications of this type of functional MRI of the kidney are still limited, most likely because of difficulties in obtaining reproducible and reliable information. The aim of this study was to evaluate the reproducibility and robustness of a BOLD method applied to the kidneys and to identify systematic physiological changes potentially influencing the renal oxygenation of healthy volunteers. To measure the BOLD effect, a modified multi-echo data image combination (MEDIC) sequence was used to acquire 12 T2*-weighted images within a single breath-hold. Three identical measurements were performed on three axial and three coronal slices of right and left kidneys in 18 volunteers. The mean R2* (1/T2*) values determined in medulla and cortex showed no significant differences over three repetitions and low intra-subject coefficients of variation (CV) (3 and 4% in medulla and cortex, respectively). The average R2* values were higher in the medulla (16.15 +/- 0.11) than in the cortex (11.69 +/- 0.18) (P < 0.001). Only a minor influence of slice orientation was observed. Mean R2* values were slightly higher (3%) in the left than in the right kidney (P < 0.001). Differences between volunteers were identified (P < 0.001). Part of these differences was attributable to age-dependent R2* values, since these values increased with age when medulla (P < 0.001, r = 0.67) or cortex (P < 0.020, r = 0.42) were considered. Thus, BOLD measurements in the kidney are highly reproducible and robust. The results allow one to identify the known cortico-medullary gradient of oxygenation evidenced by the gradient of R2* values and suggest that medulla is more hypoxic in older than younger individuals. BOLD-MRI is therefore a useful tool to study sequentially and non-invasively regional oxygenation of human kidneys.

MRI follow-up of TNF-dependent differential progression of atherosclerotic wall-thickening in mouse aortic arch from early to advanced stages

OBJECTIVES: An optimized, longitudinal in vivo magnetic resonance vessel wall-imaging protocol was evaluated regarding its capability of detecting differences in the time-dependent atherosclerotic lesion progression in the aortic arch between ApoE(-/-) and double-deficient ApoE(-/-)/TNF(-/-) mice at comparatively early plaque development stages. MATERIALS AND METHODS: Seven ApoE(-/-) and seven ApoE(-/-)/TNF(-/-) female mice underwent MRI at 11.75 teslas at four stages up to 26 weeks of age. A double-gated spin-echo MRI sequence was used with careful perpendicular slice positioning to visualize the vessel wall of the ascending aortic arch. RESULTS: Wall-thickness progression measured with MRI was significant at 11 weeks of age in ApoE(-/-) mice, but only at 26 weeks in ApoE(-/-)/TNF(-/-) mice. A significant correlation was found between MRI wall-thickness and lesion area determined on histology. CONCLUSION: MRI was shown to be sensitive enough to reveal subtle genetically-induced differences in lesion progression at ages earlier than 25 weeks.

Traumatic extra-axial hemorrhage: correlation of postmortem MSCT, MRI, and forensic-pathological findings

PURPOSE: To evaluate the diagnostic accuracy of in situ postmortem multislice computed tomography (MSCT) and magnetic resonance imaging (MRI) in the detection of primary traumatic extra-axial hemorrhage. MATERIALS AND METHODS: Thirty forensic neurotrauma cases and 10 nontraumatic controls who underwent both in situ postmortem cranial MSCT and MR imaging before autopsy were retrospectively reviewed. Both imaging modalities were analyzed in view of their accuracy, sensitivity, and specificity concerning the detection of extra-axial hemorrhage. Statistical significance was calculated using the McNemar test. kappa values for interobserver agreement were calculated for extra-axial hemorrhage types and to quantify the agreement between both modalities as well as MRI, CT, and forensics, respectively. RESULTS: Analysis of the detection of hemorrhagic localizations showed an accuracy, sensitivity, and specificity of 89%, 82%, and 92% using CT, and 90%, 83%, and 94% using MRI, respectively. MRI was more sensitive than CT in the detection of subarachnoid hemorrhagic localizations (P = 0.001), whereas no significant difference resulted from the detection of epidural and subdural hemorrhagic findings (P = 0.248 and P = 0.104, respectively). Interobserver agreement for all extra-axial hemorrhage types was substantial (CT kappa = 0.76; MRI kappa = 0.77). The agreement of both modalitites was almost perfect (readers 1 and 2 kappa = 0.88). CONCLUSION: CT and MRI are of comparable potential as forensic diagnostic tools for traumatic extra-axial hemorrhage. Not only of forensic, but also of clinical interest is the observation that most thin blood layers escape the radiological evaluation.

Experimental model to evaluate in vivo and in vitro cartilage MR imaging by means of histological analyses

OBJECTIVES: Implementation of an experimental model to compare cartilage MR imaging by means of histological analyses. MATERIAL AND METHODS: MRI was obtained from 4 patients expecting total knee replacement at 1.5 and/or 3T prior surgery. The timeframe between pre-op MRI and knee replacement was within two days. Resected cartilage-bone samples were tagged with Ethi((R))-pins to reproduce the histological cutting course. Pre-operative scanning at 1.5T included following parameters for fast low angle shot (FLASH: TR/TE/FA=33ms/6ms/30 degrees , BW=110kHz, 120mmx120mm FOV, 256x256 matrix, 0.65mm slice-thickness) and double echo steady state (DESS: TR/TE/FA=23.7ms/6.9ms/40 degrees , BW=130kHz, 120x120mm FOV, 256x256 matrix, 0.65mm slice-thickness). At 3T, scan parameters were: FLASH (TR/TE/FA=12.2ms/5.1ms/10 degrees , BW=130kHz, 170x170mm FOV, 320x320, 0.5mm slice-thickness) and DESS (TR/TE/FA=15.6ms/4.5ms/25 degrees , BW=200kHz, 135mmx150mm FOV, 288x320matrix, 0.5mm slice-thickness). Imaging of the specimens was done the same day at 1.5T. MRI (Noyes) and histological (Mankin) score scales were correlated using the paired t-test. Sensitivity and specificity for the detection of different grades of cartilage degeneration were assessed. Inter-reader and intra-reader reliability was determined using Kappa analysis. RESULTS: Low correlation (sensitivity, specificity) was found for both sequences in normal to mild Mankin grades. Only moderate to severe changes were diagnosed with higher significance and specificity. The use of higher field-strengths was advantageous for both protocols with sensitivity values ranging from 13.6% to 93.3% (FLASH) and 20.5% to 96.2% (DESS). Kappa values ranged from 0.488 to 0.944. CONCLUSIONS: Correlating MR images with continuous histological slices was feasible by using three-dimensional imaging, multi-planar-reformat and marker pins. The capability of diagnosing early cartilage changes with high accuracy could not be proven for both FLASH and DESS.