Sviluppo e caratterizzazione di materiali biomimetici e bioattivi per la rigenerazione cartilaginea.

In questo lavoro di tesi è stato sviluppato uno scaffold biomimetico e bioattivo per la rigenerazione cartilaginea. Questo scaffold è in grado di coordinare il processo di rigenerazione di difetti condrali e promuovere la formazione di cartilagine ialina o ‘hyaline-like’ ben integrata con l’osso subcondrale. Lo scaffold realizzato è composto da due strati, uno strato cartilagineo e uno strato calficato, al fine di mimare la complessa interfaccia presente tra la cartilagine articolare e l’osso subcondrale. Lo spessore degli strati, l’adesione tra questi e la presenza di porosità è stata valutata mediante microscopia elettronica a scansione (SEM). Sono state effettuate analisi termogravimetriche (TGA) per determinare la percentuale di acqua residua nel campione dopo il processo di liofilizzazione e il residuo minerale nel campione stesso. Nell’ottica di ottimizzazione del processo di sintesi dello scaffold è stato valutato il grado di reticolazione del campione e il tempo di degradazione. Infine, per valutare la possibilità d’impianto è stato effettuato un test d’impianto su cadavere umano durante il quale diversi campioni, con forma rotonda o quadrata, sono stati impiantati e fissati con diverse tecniche.

Sintesi e caratterizzazione di nuovi cluster carbonilici Rh-Sb e Rh-Ge

The topic of my thesis was focused on the synthesis of heteroatomic Rh clusters stabilized by carbonyl ligands. I studied the reactivity of [Rh7(CO)16]3- with different Sb3+ and Ge4+ salts, and tried to synthesize new species by changing the reaction conditions. Indeed, in order to obtain new Rh-Sb and Rh-Ge clusters, I employed different stoichiometric ratios, solvents and atmospheres (N2 or CO). As far as the Rh-Sb system is concerned, I successfully synthesized three new compounds through two different reactions, namely [Rh20Sb3(CO)36][NEt4]3, [Rh21Sb2(CO)38][NEt4]5 and [Rh12Sb(CO)24][NEt4]3. At the same time, I investigated the Rh-Ge system and succeeded in the isolation of the new cluster [Rh14Ge2(CO)30][NEt4]2, along with [Rh12SbGePh2(CO)26][NEt4]2, by treating [Rh7(CO)16]3- with both Ge4+ and Sb3+ salts. Each compound has been characterized by IR spectroscopy, ESI-MS spectrometry and single crystal X-ray diffractometry. Finally, I conduced chemical reactivity tests on some of the obtained compounds.

Caratterizzazione sperimentale di sistemi per il ranging basati su tecnologia uwb

L'obiettivo di questa tesi è quello di fornire una panoramica sulla tecnologia UWB ed eseguire una caratterizzazione ranging.

Sviluppo e caratterizzazione microstrutturale e tribologica di rivestimenti su lega di titanio per applicazioni biomedicali

Oggetto dello studio è stato lo sviluppo di rivestimenti con tecnica PEO (Plasma Electrolityc Ossidation) sulla lega di titanio Ti-6Al-4V, al fine di utilizzare questo materiale in sostituzione della lega CrCoMo nelle protesi d'anca e di ginocchio. Queste, ad oggi, sono le protesi articolari più diffuse e devono garantire contemporaneamente elevate prestazioni meccaniche (in particolare resistenza ad usura), affidabilità e biocompatibilità. La lega CrCoMo negli anni si è affermata nel campo protesico poiché è un materiale metallico avente elevata rigidezza abbinata a una buona resistenza a corrosione ed all'usura durante il movimento articolare. Un problema rilevante e frequente di questa lega è l'allergia di alcuni pazienti agli elementi di lega che la costituiscono o il rischio per i pazienti non allergici di subire un'ipersensibilizzazione, con conseguente sviluppo dell'allergia e necessità di sostituire la protesi. La lega Ti-6Al-4V potrebbe essere una valida alternativa data la sua elevata biocompatibilità e le sue proprietà meccaniche, tanto che è già ampiamente utilizzata nella costruzione di protesi statiche come chiodi o viti. Purtroppo ad oggi non è stato possibile l'utilizzo di questa negli accoppiamenti articolari, data la sua bassa resistenza all'usura per sfregamento. L'attività di tesi è stata quindi incentrata sulla definizione dei bagni elettrolitici e del ciclo elettrico ottimali per realizzare, con tecnica PEO, rivestimenti in grado di conferire una buona resistenza allo sfregamento alla lega di titanio. Il raggiungimento degli obiettivi prefissati è stato valutato attraverso una caratterizzazione microstrutturale e tribologica del rivestimento.

Caratterizzazione biomeccanica di vertebre umane

Le fratture vertebrali sono tra le principali cause dell’incremento della mortalità. Queste sono dovute principalmente a traumi, tumori o particolari patologie metaboliche che colpiscono l’osso. Il tratto maggiormente interessato è quello toraco-lombare in quanto deve sopportare la maggior parte dei carichi. Risulta quindi necessario comprendere come la colonna vertebrale risponde ai carichi così da studiare e sviluppare nuovi protocolli e trattamenti per disordini del tratto spinale. Informazioni quantitative possono essere ottenute mediante test in vitro. Questi hanno alcune limitazioni dovute principalmente alla difficoltà di misurare le tensioni e le deformazioni in zone diverse dalla superficie, alla complessità e al costo delle prove. Un altro limite delle prove in vitro è rappresentato dal fatto che ciascun campione può essere testato a rottura una volta sola. Queste problematiche possono essere superate con l’utilizzo contemporaneo di modelli matematici e test in vitro. In particolare i test in vitro sono utilizzati in fase di validazione del modello matematico, ovvero nella determinazione di quanto il modello è una rappresentazione del comportamento reale che si sta simulando. Il presente lavoro di tesi si inserisce in un progetto di caratterizzazione di vertebre toraco-lombari utilizzate per la validazione di un modello agli elementi finiti. In particolare l’obiettivo dello studio è stata la realizzazione di prove meccaniche in modo da replicare l’anterior wedge fracture. Tali prove sono state effettuate presso il Laboratorio di Biomeccanica del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna. Gli spostamenti registrati durante le prove sono stati utilizzati dal Laboratorio di Tecnologia Medica dell’Istituto Ortopedico Rizzoli come condizioni al contorno per la realizzazione di un modello FE. Una volta validato e messo a punto, il modello sarà utilizzato per valutare lo stato di salute della colonna vertebrale in vivo.

Sintesi e caratterizzazione di nuovi politiofeni idrosolubili per applicazioni fotovoltaiche

Il presente lavoro è stato incentrato sulla sintesi e la caratterizzazione di un polimero elettroconduttore solubile in acqua al fine di valutare se, tramite questo approccio, si potesse aumentare l’efficienza delle celle fotovoltaiche preparate con architettura BHJ. Il polimero ottenuto è stato caratterizzato mediante tecniche spettroscopiche (NMR, FT-IR) e le sue caratteristiche ottiche (tramite spettroscopia UV-Vis). Sono state quindi testate le celle fotovoltaiche utilizzando il prodotto sintetizzato come strato fotoattivo e ne sono state determinate le caratteristiche fotoelettriche (curve J/V).

Characterization of hydrothermal carbonization products from woodchip

L’idrotermocarbonizzazione è un processo che permette di convertire un’elevata quantità di materie prime solide in carbone. Ciò viene realizzato inserendo come sostanza in input, oltre alla materia prima iniziale, acqua liquida e, successivamente, riscaldando fino a 180°C, temperatura alla quale inizia la reazione esotermica ed il processo diventa di tipo stand-alone. Tale reazione presenta un tempo di reazione variabile nel range di 4÷12 h. I prodotti in uscita sono costituiti da una sostanza solida che ha le caratteristiche del carbone marrone naturale e un’acqua di processo, la quale è altamente inquinata da composti organici. In questo elaborato viene illustrata una caratterizzazione dei prodotti in uscita da un impianto di idrotermo carbonizzazione da laboratorio, il quale utilizza in input pezzi di legno tagliati grossolanamente. Inizialmente tale impianto da laboratorio viene descritto nel dettaglio, dopodiché la caratterizzazione viene effettuata attraverso DTA-TGA dei materiali in ingresso ed uscita; inoltre altre sostanze vengono così analizzate, al fine di confrontarle col char ed i pezzi di legno. Quindi si riporta anche un’analisi calorimetrica, avente l’obiettivo di determinare il calore di combustione del char ottenuto; attraverso questo valore e il calore di combustione dei pezzi di legno è stato possibile calcolare l’efficienza di ritenzione energetica del processo considerato, così come la densificazione energetica riscontrata nel materiale in uscita. In aggiunta, è stata eseguita un’analisi delle specie chimiche elementari sul char ed il legno in modo da determinare i seguenti parametri: fattori di ritenzione e fattori di ritenzione pesati sulla massa in termini di concentrazione di C, H, N e S. I risultati ottenuti da tale analisi hanno permesso di effettuare una caratterizzazione del char. Un tentativo di attivazione del char viene riportato, descrivendo la procedura di attivazione seguita e la metodologia utilizzata per valutare il buon esito o meno di tale tentativo di attivazione. La metodologia consiste di uno studio isotermo dell’adsorbimento di acido acetico sul char “attivato” attraverso una titolazione. I risultati sperimentali sono stati fittati usando le isoterme di Langmuir e Freundlich e confrontati con le capacità di adsorbimento del semplice char e di un campione di carbone attivo preso da un’azienda esterna. Infine si è considerata l’acqua di processo, infatti un’analisi fotometrica ne ha evidenziato le concentrazioni di TOC, COD, ioni nitrato e ioni fosfato. Questi valori sono stati conseguentemente confrontati con i limiti italiani e tedeschi massimi ammissibili per acque potabili, dando quindi un’idea quantitativa della contaminazione di tale acqua di processo.

Impiego di ingredienti funzionali nel rallentamento del raffermamento in prodotti da forno

ALMA MASTER STUDIORUM - UNIVERSITÀ DI BOLOGNA CAMPUS DI CESENA SCUOLA DI AGRARIA E MEDICINA VETERINARIA CORSO DI LAUREA IN SCIENZE E TECNOLOGIE ALIMENTARI Impiego di ingredienti funzionali nel rallentamento del raffermamento in prodotti da forno Relazione finale in Tecnologia dei Cereali e Derivati Relatore Dr. Giangaetano Pinnavaia Correlatrice Dr.ssa Federica Balestra Presentato da Caterina Azzarone Sessione II° Anno Accademico 2014/2015 Introduzione La focaccia è un prodotto lievitato da forno molto diffuso e consumato in tutta Italia. Essendo un prodotto fresco è soggetta al raffermamento. Lo scopo della sperimentazione è stato quello di valutare l’influenza di un amido waxy e di un enzima sulle caratteristiche chimico-fisiche e sensoriali di un prodotto da forno tipo focaccia durante lo stoccaggio. Materiali e metodi Le focacce sono state realizzate addizionando alla formulazione degli ingredienti in grado di contrastare il fenomeno del raffermamento: il Panenzyme AM 100 allo 0,005% (E5)e 0,01%(E10); e il Novation TM 2700 (amido di mais waxy) al 2.5%(N2.5) e 5%(N5). I campioni sono stati posti a confronto con un campione di controllo (C) I campioni sono stati stoccati in cella termostatata a 5C° e 50% UR. Le analisi sono state effettuate rispettivamente dopo 1,2,3,7 e 10 giorni dalla preparazione. Sull’impasto è stato valutato lo sviluppo in volume ogni 30 minuti durante la lievitazione (2h) a 36C° e 86% UR. Sulle focacce sono state effettuate le seguenti determinazioni analitiche: • Analisi dei gas nello spazio di testa delle confezioni. • La determinazione dell’umidità • Texture Profile Analysis (TPA) test • Test di rilassamento (Hold until Time test) • L’analisi sensoriale effettuata sia dopo 1 giorno (T1) sia dopo 10 giorni di conservazione (T10). Conclusioni In particolare, il campione addizionato con enzima in percentuale dello 0,005% (E5) mostra le caratteristiche chimico-fisiche migliori al termine del periodo di conservazione, presentando il valore più elevato di umidità, il valore inferiore di durezza e maggiore di elasticità valutati strumentalmente. Anche a livello sensoriale il campione E5 presenta punteggi molto elevati. Sono state trovate, inoltre, interessanti correlazioni tra i dati dell’analisi sensoriale e quelli ottenuti dai test strumentali. Il campione realizzato con il 2.5% di amido di mais waxy (N2.5) nonostante abbia presentato a fine conservazione valori di umidità e di elasticità inferiori e risultasse più duro rispetto al campione di controllo (C), ha ottenuto i punteggi più elevati nel test sensoriale, mentre nei confronti del campione con una percentuale maggiore di amido di mais waxy (N5) è risultato migliore per tutti i parametri valutati. Si deduce che l’utilizzo di NOVATION 2007 al 2.5% e PANEENZYME AM100 allo 0,005% sono stati in grado di migliorare le caratteristiche strutturali e sensoriali del prodotto durante la conservazione, risultando il secondo il migliore in assoluto

Effetto di differenti condizioni di formulazione, conservazione e somministrazione sulle caratteristiche reologiche di creme alimentari

Le proprietà reologiche degli alimenti cremosi a fini medici speciali, come quelli per l’alimentazione dei pazienti disfagici, sono influenzate dalla formulazione e dalle tecnologie di produzione. Gli obiettivi di questa tesi, sono stati i seguenti: - individuazione di metodi e parametri reologici empirico-imitativi per la caratterizzazione di campioni di creme alimentari; - studio dell’effetto di differenti quantità di addensante sulle caratteristiche reologiche di creme alimentari; - studio dell’effetto della conservazione in regime di refrigerazione (4° C) o surgelazione (-18°C) sulle caratteristiche reologiche di differenti creme alimentari. Questo al fine di approfondire la conoscenza di tali aspetti per ottimizzare le modalità di produzione e conservazione di differenti creme alimentari destinate all’alimentazione di pazienti disfagici. Dai risultati ottenuti è emerso come tra i metodi ed i parametri empirico-imitativi considerati, quello che sembra essere risultato più idoneo per la determinazione rapida delle caratteristiche di viscosità dei campioni di creme alimentari analizzati è risultato il parametro coesività valutato con test di back extrusion. Per la natura pseudo-plastica dei campioni analizzati, contrariamente a quanto indicato dal produttore, l’utilizzo del viscosimetro vibrazionale non è risultato essere ottimale, per l’instabilità della misura legata alla modifica più o meno importante della viscosità dei sistemi analizzati causata dall’azione delle onde sonore generate dal probe. La caratterizzazione reologica delle creme con differenti contenuti di addensante ha permesso di creare delle cinetiche legate alla modifica delle caratteristiche reologiche empirico-imitative dei sistemi in funzione della quantità di addensate aggiunto. Correlando tali informazioni con il livello di accettazione dei prodotti da parte del paziente disfagico sarà possibile creare degli standard produttivi reologici per la preparazione di prodotti idonei alla sua alimentazione. Le differenti temperature di conservazione dei prodotti, in regime di refrigerazione o congelamento, sembrano non aver influenzato le caratteristiche reologiche delle creme analizzate.

Impiego di batteri lattici di diversa origine per la formulazione di prodotti lattiero-caseari funzionali

L’obbiettivo principale della mia tesi è stato di valutare le potenzialità applicative di un ceppo di Lactobacillus salivarius, un ceppo di Lactobacillus crispatus ed un ceppo di Lactococcus lactis nisina produttore per la produzione di squacquerone. I ceppi erano stati selezionati sulla base di proprietà tecnologiche e antibatteriche. I ceppi oggetto di studio sono stati addizionati come colture aggiuntive, assieme alle colture starter normalmente utilizzate nel processo produttivo di formaggio squacquerone. I formaggi ottenuti sono stati caratterizzati e confrontati con il prodotto tradizionale per le loro caratteristiche microbiologiche, chimico-fisiche, in termini di vitalità delle colture microbiche impiegate e carico di microrganismi degradativi durante la conservazione refrigerata, per le loro caratteristiche reologiche, per il profilo in molecole volatili e per le caratteristiche sensoriali. Tutti i ceppi utilizzati hanno dimostrato una elevata capacità di sopravvivenza alle condizioni di maturazione/conservazione tipiche per questa tipologia di prodotto. Il ceppo di Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis hanno determinato un significativo incremento, rispetto al controllo, di molecole volatili quali chetoni e acidi grassi a corta catena che sono precursori di numerosissime molecole di aroma. Ulteriormente, i ceppi Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis hanno determinato una precoce diminuzione della durezza e della consistenza del prodotto (dopo 6 giorni), ed un incremento dopo 11 giorni di adesività e viscosità rispetto ai campioni di controllo e a quelli ottenuti con Lactobacillus crispatus indice di una più precoce proteolisi. I dati dell’analisi sensoriale indicano che i formaggi ottenuti con i ceppi Lactobacillus salivarius e Lactococcus lactis erano nettamente preferiti dai consumatori dopo 4, 6, e 8 giorni di conservazione. Concludendo, i risultati ottenuti dimostrano come l’addizione delle colture aggiuntive selezionate può rappresentare una strategia vincente per incrementare la shelf-life di formaggi freschi.

Caratterizzazione di sequenze di DNA mediante catene di Markov

Questa tesi si inserisce nell’ambito di studio dei modelli stocastici applicati alle sequenze di DNA. I random walk e le catene di Markov sono tra i processi aleatori che hanno trovato maggiore diffusione in ambito applicativo grazie alla loro capacità di cogliere le caratteristiche salienti di molti sistemi complessi, pur mantenendo semplice la descrizione di questi. Nello specifico, la trattazione si concentra sull’applicazione di questi nel contesto dell’analisi statistica delle sequenze genomiche. Il DNA può essere rappresentato in prima approssimazione da una sequenza di nucleotidi che risulta ben riprodotta dal modello a catena di Markov; ciò rappresenta il punto di partenza per andare a studiare le proprietà statistiche delle catene di DNA. Si approfondisce questo discorso andando ad analizzare uno studio che si ripropone di caratterizzare le sequenze di DNA tramite le distribuzioni delle distanze inter-dinucleotidiche. Se ne commentano i risultati, al fine di mostrare le potenzialità di questi modelli nel fare emergere caratteristiche rilevanti in altri ambiti, in questo caso quello biologico.

Caratterizzazione fisica di apparati per tomosintesi digitale della mammella

In questo lavoro di tesi sono state studiate le caratteristiche di una macchina per tomosintesi Fujifilm AMULET Innovality in uso presso l'Istituto Scientifico Romagnolo per lo Studio e la Cura dei Tumori (I.R.S.T.) di Meldola. Le valutazioni sono state fatte utilizzando diversi fantocci, uno dei quali costruito durante il lavoro di tesi. Per la valutazione delle immagini di mammografia digitale e di tomosintesi sono state seguite le linee guida della International Electrotechnical Commission (IEC) e della European Reference Organisation for Quality Assured Breast Screening and Diagnostic Services (EUREF). Per lo studio delle mammografie digitali sono stati valutati, utilizzando i software COQ e ImageJ, i parametri di NPS, MTF e DQE. Per lo studio delle immagini di tomosintesi sono stati appositamente sviluppati degli algoritmi in linguaggio Java, integrati poi all'interno del software COQ. Il programma sviluppato ha permesso di valutare ASF, MTF, NPS e omogeneità delle immagini ricostruite.

Composti fenolici ed attivitá antiossidante in alcune piante spontanee alimentari della tradizione tosco-romagnola

Le piante spontanee hanno da sempre svolto un ruolo fondamentale nell’alimentazione. Fino alla seconda guerra mondiale, per le limitate possibilità economiche le popolazioni rurali hanno sempre impiegato le specie spontanee come integrazione dell’alimentazione di base, rappresentata da cereali o patate e dalla poca carne disponibile. La raccolta delle piante spontanee ha rappresentato una componente importante della cultura diffusa, di appannaggio, seppure non esclusivo, soprattutto delle donne, che riguardava tanto la conoscenza delle specie e relativi usi, che la stagionalità ed i luoghi più adatti per la raccolta. Successivamente, per le mutate condizioni economiche e la maggiore disponibilità di alimenti diversi sul mercato, l’uso delle piante spontanee è stato progressivamente abbandonato, soprattutto dalle popolazioni urbane. Recentemente, l’interesse per l’uso delle specie spontanee è di nuovo aumentato anche se solamente una piccola parte delle giovani generazioni conosce e consuma queste piante, il cui uso è oggi limitato dalla mancanza di tempo da dedicare alla preparazione dei pasti connessa, in questo caso, ai lunghi tempi di pulizia e mondatura richiesti dopo la raccolta e dalla difficile reperibilità di questi prodotti, il cui prezzo è anche piuttosto elevato. Dato il rinnovato interesse su queste specie, lo scopo di questo lavoro è stata la caratterizzazione analitica di alcune specie erbacee spontanee di uso alimentare nella tradizione tosco-romagnola. I campioni sono stati raccolti nella primavera 2015 nei comuni di Bertinoro (Forlì-Cesena) e Monterchi (Arezzo). Le analisi svolte in laboratorio sono state le seguenti: -determinazione della sostanza secca; -determinazione dei composti fenolici tramite HPLC-DAD; -identificazione dei composti fenolici tramite HPLC/MS; -determinazione spettrofotometrica dei polifenoli totali; -determinazione dell’attività antiossidante tramite metodo DPPH e ABTS.

Determinazione empirica delle variazioni dimensionali in fase di calibratura di componenti prodotti per metallurgia delle polveri

La tecnologia MdP odierna risente di grosse limitazioni a causa di una inadeguata divulgazione, soprattutto a livello universitario, delle conoscenze sulle teorie dei processi e della progettazione di impianti ad essa legati. La conseguenza è l’accentramento del know-how all’interno delle aziende del settore (progettazione presse e impianti di sinterizzazione, sviluppo materie prime, progettazione stampi e cicli produttivi…) le quali, nel tempo, hanno creato al loro interno tecnici specializzati, laboratori di ricerca e sofisticati reparti R&D. Nonostante il risultato evidente oggi in Europa sia una buona preparazione tecnica da parte delle aziende operanti nel settore, la scarsa diffusione di conoscenze anche negli altri ambiti dell’ingegneria e della progettazione meccanica rende spesso difficile l’incontro tra due realtà che potrebbero invece aprire nuovi settori di produzione e/o il miglioramento di progetti noti. Questo lavoro è fondato sulla base di tali considerazioni e svolto interamente all’interno di una delle più importanti realtà industriali nazionali in questo campo: Sinteris S.p.A. (Bologna). Dopo una descrizione del processo classico, si passerà ad analizzare, tramite prove in laboratorio, il processo di calibratura di rotori pompa per circuiti lubrificanti in campo automotiv. Lo studio riguarda il rilievo e il confronto delle variazioni dimensionali ottenute a diverse percentuali di calibratura su rotori di diverse altezze (entro e oltre i limiti progettuali fino ad oggi realizzati in Sinteris) allo scopo di far luce sulle deformazioni plastiche che condizionano la conformità dei pezzi sinterizzati sottoposti a calibratura entro stampi rigidi di dimensioni note. Lo scopo ideale di questa ricerca è trovare una legge su base empirica che consenta all’Engineering di progettare stampi di calibratura e percentuali di schiacciamento che garantiscano, ad ogni montaggio, la conformità dimensionale di attuali e futuri progetti di pompe a lobi.

Caratterizzazione e sviluppo di un nuovo laser terapeutico

Da decenni in evoluzione tecnologica e scientifica la laserterapia rappresenta ormai una nuova frontiera per la medicina riabilitativa e preventiva. Il laser viene sfruttato per i suoi effetti benefici nella terapia antalgica; grazie alle sue caratteristiche riesce a raggiungere i tessuti profondi in tutta sicurezza, senza dolore e senza recare danni al paziente. Gli scopi della terapia sono soprattutto due: antidolorifico e antiinfiammatorio, viene utilizzata per lenire molte patologie da sovraccarico, traumatiche o degenerative che coinvolgono strutture ossee, muscolari, tendinee e articolari. Riscuote successo anche negli ambiti dell'estetica e dello sport. Non presenta grossi effetti collaterali, i risultati sono accertati e consente una rapida ripresa rispetto alle metodiche tradizionali. L'obiettivo dell'elaborato è stato quello di realizzare un laser terapeutico utilizzando i parametri principali che lo caratterizzano – lunghezza d'onda, potenza, modalità di emissione e altri- sulla base delle conoscenze acquisite durante il tirocinio in azienda.