Simulations of amphiphilic peptides at the air-water interface

Amphiphile Peptide, Pro-Glu-(Phe-Glu)n-Pro, Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, und Phe-Glu-(Phe-Glu)n-Phe, können so aus n alternierenden Sequenzen von hydrophoben und hydrophilen Aminosäuren konstruiert werden, dass sie sich in Monolagen an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen. In biologischen Systemen können Strukturen an der organisch-wässrigen Grenzfläche als Matrix für die Kristallisation von Hydroxyapatit dienen, ein Vorgang der für die Behandlung von Osteoporose verwendet werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurden Computersimulationenrneingesetzt, um die Strukturen und die zugrunde liegenden Wechselwirkungen welche die Aggregation der Peptide auf mikroskopischer Ebene steuern, zu untersuchen. Atomistische Molekulardynamik-Simulationen von einzelnen Peptidsträngen zeigen, dass sie sich leicht an der Luft-Wasser Grenzfläche anordnen und die Fähigkeit haben, sich in β-Schleifen zu falten, selbst für relativ kurze Peptidlängen (n = 2). Seltene Ereignisse wie diese (i.e. Konformationsänderungen) erfordern den Einsatz fortgeschrittener Sampling-Techniken. Hier wurde “Replica Exchange” Molekulardynamik verwendet um den Einfluss der Peptidsequenzen zu untersuchen. Die Simulationsergebnisse zeigten, dass Peptide mit kürzeren azidischen Seitenketten (Asp vs. Glu) gestrecktere Konformationen aufwiesen als die mit längeren Seitenketten, die in der Lage waren die Prolin-Termini zu erreichen. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Prolin-Termini (Pro vs. Phe) notwendig sind, um eine 2D-Ordnung innerhalb derrnAggregate zu erhalten. Das Peptid Pro-Asp-(Phe-Asp)n-Pro, das beide dieser Eigenschaften enthält, zeigt das geordnetste Verhalten, eine geringe Verdrehung der Hauptkette, und ist in der Lage die gebildeten Aggregate durch Wasserstoffbrücken zwischen den sauren Seitenketten zu stabilisieren. Somit ist dieses Peptid am besten zur Aggregation geeignet. Dies wurde auch durch die Beurteilung der Stabilität von experimentnah-aufgesetzten Peptidaggregaten, sowie der Neigung einzelner Peptide zur Selbstorganisation von anfänglich ungeordneten Konfigurationen unterstützt. Da atomistische Simulationen nur auf kleine Systemgrößen und relativ kurze Zeitskalen begrenzt sind, wird ein vergröbertes Modell entwickelt damit die Selbstorganisation auf einem größeren Maßstab studiert werden kann. Da die Selbstorganisation an der Grenzfläche vonrnInteresse ist, wurden existierenden Vergröberungsmethoden erweitert, um nicht-gebundene Potentiale für inhomogene Systeme zu bestimmen. Die entwickelte Methode ist analog zur iterativen Boltzmann Inversion, bildet aber das Update für das Interaktionspotential basierend auf der radialen Verteilungsfunktion in einer Slab-Geometrie und den Breiten des Slabs und der Grenzfläche. Somit kann ein Kompromiss zwischen der lokalen Flüssigketsstruktur und den thermodynamischen Eigenschaften der Grenzfläche erreicht werden. Die neue Methode wurde für einen Wasser- und einen Methanol-Slab im Vakuum demonstriert, sowie für ein einzelnes Benzolmolekül an der Vakuum-Wasser Grenzfläche, eine Anwendung die von besonderer Bedeutung in der Biologie ist, in der oft das thermodynamische/Grenzflächenpolymerisations-Verhalten zusätzlich der strukturellen Eigenschaften des Systems erhalten werden müssen. Daraufrnbasierend wurde ein vergröbertes Modell über einen Fragment-Ansatz parametrisiert und die Affinität des Peptids zur Vakuum-Wasser Grenzfläche getestet. Obwohl die einzelnen Fragmente sowohl die Struktur als auch die Wahrscheinlichkeitsverteilungen an der Grenzfläche reproduzierten, diffundierte das Peptid als Ganzes von der Grenzfläche weg. Jedoch führte eine Reparametrisierung der nicht-gebundenen Wechselwirkungen für eines der Fragmente der Hauptkette in einem Trimer dazu, dass das Peptid an der Grenzfläche blieb. Dies deutet darauf hin, dass die Kettenkonnektivität eine wichtige Rolle im Verhalten des Petpids an der Grenzfläche spielt.

Spatial and temporal characterisation of ground deformation recorded by geodetic techniques

A critical point in the analysis of ground displacements time series is the development of data driven methods that allow the different sources that generate the observed displacements to be discerned and characterised. A widely used multivariate statistical technique is the Principal Component Analysis (PCA), which allows reducing the dimensionality of the data space maintaining most of the variance of the dataset explained. Anyway, PCA does not perform well in finding the solution to the so-called Blind Source Separation (BSS) problem, i.e. in recovering and separating the original sources that generated the observed data. This is mainly due to the assumptions on which PCA relies: it looks for a new Euclidean space where the projected data are uncorrelated. The Independent Component Analysis (ICA) is a popular technique adopted to approach this problem. However, the independence condition is not easy to impose, and it is often necessary to introduce some approximations. To work around this problem, I use a variational bayesian ICA (vbICA) method, which models the probability density function (pdf) of each source signal using a mix of Gaussian distributions. This technique allows for more flexibility in the description of the pdf of the sources, giving a more reliable estimate of them. Here I present the application of the vbICA technique to GPS position time series. First, I use vbICA on synthetic data that simulate a seismic cycle (interseismic + coseismic + postseismic + seasonal + noise) and a volcanic source, and I study the ability of the algorithm to recover the original (known) sources of deformation. Secondly, I apply vbICA to different tectonically active scenarios, such as the 2009 L'Aquila (central Italy) earthquake, the 2012 Emilia (northern Italy) seismic sequence, and the 2006 Guerrero (Mexico) Slow Slip Event (SSE).

Lateral spreading and associated slope processes in fractured rock slabs

Landslides of the lateral spreading type, involving brittle geological units overlying ductile terrains, are a common occurrence in the sandstone and limestone plateaux of the northern Apennines of Italy. These instability phenomena can become particularly risky, when historical towns and cultural heritage sites built on the top of them are endangered. Neverthless, the mechanisms controlling the developing of related instabilities, i.e. toppling and rock falls, at the edges of rock plateaux are not fully understood yet. In addition, the groundwater flow path developing at the contact between the more permeable units, i.e. the jointed rock slab, and the relatively impermeable clay-rich units have not been already studied in details, even if they may play a role in this kind of instability processes, acting as eventual predisposing and/or triggering factors. Field survey, Terrestrial Laser Scanner and Close Range Photogrammetry techniques, laboratory tests on the involved materials, hydrogeological monitoring and modelling, displacements evaluation and stability analysis through continuum and discontinuum numerical codes have been performed on the San Leo case study, with the aim to bring further insights for the understanding and the assessment of the slope processes taking place in this geological context. The current research permitted to relate the aquifer behaviour of the rocky slab to slope instability processes. The aquifer hosted in the fractured slab leads to the development of perennial and ephemeral springs at the contact between the two units. The related piping erosion phenomena, together with slope processes in the clay-shales led to the progressive undermining of the slab. The cliff becomes progressively unstable due to undermining and undergoes large-scale landslides due to fall or topple.

Antarctic cloud spectral emission from ground-based measurements, a focus on far infrared signatures

The present work belongs to the PRANA project, the first extensive field campaign of observation of atmospheric emission spectra covering the Far InfraRed spectral region, for more than two years. The principal deployed instrument is REFIR-PAD, a Fourier transform spectrometer used by us to study Antarctic cloud properties. A dataset covering the whole 2013 has been analyzed and, firstly, a selection of good quality spectra is performed, using, as thresholds, radiance values in few chosen spectral regions. These spectra are described in a synthetic way averaging radiances in selected intervals, converting them into BTs and finally considering the differences between each pair of them. A supervised feature selection algorithm is implemented with the purpose to select the features really informative about the presence, the phase and the type of cloud. Hence, training and test sets are collected, by means of Lidar quick-looks. The supervised classification step of the overall monthly datasets is performed using a SVM. On the base of this classification and with the help of Lidar observations, 29 non-precipitating ice cloud case studies are selected. A single spectrum, or at most an average over two or three spectra, is processed by means of the retrieval algorithm RT-RET, exploiting some main IR window channels, in order to extract cloud properties. Retrieved effective radii and optical depths are analyzed, to compare them with literature studies and to evaluate possible seasonal trends. Finally, retrieval output atmospheric profiles are used as inputs for simulations, assuming two different crystal habits, with the aim to examine our ability to reproduce radiances in the FIR. Substantial mis-estimations are found for FIR micro-windows: a high variability is observed in the spectral pattern of simulation deviations from measured spectra and an effort to link these deviations to cloud parameters has been performed.

Bio-inspired polymer-supported nitrido molybdenum(VI) complexes for ammonia synthesis − reactivity towards protons and electrons : EPR investigations on paramagnetic molybdenum(V) and copper(II) complexes

Die biologische Stickstofffixierung durch Molybdän-haltige Nitrogenasen sowie die Erforschung des zugrundeliegenden komplexen Mechanismus (N2-Aktivierung an Metall-Zentren, 6-fache Protonierung und Reduktion, N–N Bindungsspaltung unter Bildung von Ammoniak) ist von erheblichem Interesse. Insbesondere Molybdän-Komplexe wurden bereits erfolgreich als Modellverbindungen für die Untersuchung elementarer Einzelschritte der N2-Aktivierung eingesetzt. Durch die Verwendung von Triamidoamin-Liganden ist es Schrock et al. sogar gelungen mehrere Katalysezyklen zu durchlaufen und einen Mechanismus zu formulieren. Trotz der sterisch anspruchsvollen Substituenten in den Schrock-Komplexen ist die Umsatzrate dieses homogenen Katalysators, aufgrund Komplex-Deaktivierung infolge intermolekularer Reaktionen wie Dimerisierung und Disproportionierung, limitiert. In der vorliegenden Arbeit wurden einige dieser Herausforderungen angegangen und die aktiven Spezies auf einer Festphase immobilisiert, um intermolekulare Reaktionen durch räumliche Isolierung der Komplexe zu unterdrücken.rnEin Polymer-verankertes Analogon des Schrock Nitrido-Molybdän(VI)-Komplexes wurde auf einem neuen Reaktionsweg synthetisiert. Dieser beinhaltet nur einen einzigen Reaktionsschritt, um die funktionelle Gruppe „MoN“ einzuführen. Protonierung des immobilisierten Nitrido-Molybdän(VI)-Komplexes LMoVIN (L = Polymer-verankerter Triamidoamin-Ligand) mit 2,6-Lutidinium liefert den entsprechenden Imido-Molybdän(VI)-Komplex. Durch anschließende Ein-Elektronen-Reduktion mit Cobaltocen wird der Polymer-angebundene Imido-Molybdän(V)-Komplex erhalten, bewiesen durch EPR-Spektroskopie (g1,2,3 = 1.989, 1.929, 1.902). Durch die Immobilisierung und die effektive räumliche Separation der Reaktionszentren auf der Festphase werden bimolekulare Nebenreaktionen, die oft in homogenen Systemen auftreten, unterdrückt. Dies ermöglicht zum ersten Mal die Darstellung des Imido-Molybdän(V)-Intermediates des Schrock-Zyklus.rnEPR-Spektren des als Spin-Label eingeführten immobilisierten Nitrato-Kupfer(II)-Komplexes wurden unter verschiedenen Bedingungen (Lösungsmittel, Temperatur) aufgenommen, wobei sich eine starke Abhängigkeit zwischen der Zugänglichkeit und Reaktivität der immobilisierten Reaktionszentren und der Art des Lösungsmittels zeigte. Somit wurde die Reaktivität von LMoVIN gegenüber Protonen und Elektronen, welches zur Bildung von NH3 führt, unter Verwendung verschiedener Lösungsmittel untersucht und optimiert. Innerhalb des kugelförmigen Polymers verläuft die Protonierung und Reduktion von LMoVIN stufenweise. Aktive Zentren, die sich an der „äußeren Schale“ des Polymers befinden, sind gut zugänglich und reagieren schnell nach H+/e− Zugabe. Aktive Zentren im „Inneren des Polymers“ hingegen sind schlechter zugänglich und zeigen langsame diffusions-kontrollierte Reaktionen, wobei drei H+/e− Schritte gefolgt von einer Ligandenaustausch-Reaktion erforderlich sind, um NH3 freizusetzen: LMoVIN  LMoVNH  LMoIVNH2  LMoIIINH3 und anschließender Ligandenaustausch führt zur Freisetzung von NH3.rnIn einem weiteren Projekt wurde der Bis(ddpd)-Kupfer(II)-Komplex EPR-spektroskopisch in Hinblick auf Jahn−Teller-Verzerrung und -Dynamik untersucht. Dabei wurden die EPR-Spektren bei variabler Temperatur (70−293 K) aufgenommen. Im Festkörperspektrum bei T < 100 K erscheint der Kupfer(II)-Komplex als gestreckter Oktaeder, wohingegen das EPR-Spektrum bei höheren Temperaturen g-Werte aufzeigt, die einer pseudo-gestauchten oktaedrischen Kupfer(II)-Spezies zuzuordnen sind. Diese Tatsache wird einem intramolekularen dynamischen Jahn−Teller Phänomen zugeschrieben, welcher bei 100 K eingefroren wird.

Laboratory and field investigation of the performance of suction drains, a novel low-carbon technology for ground stabilization

Con riferimento alla realizzazione di tunnel per servizi interrati, l’incertezza che contraddistingue il quadro geologico, oltre che incidere sui costi, riveste un ruolo chiave nella progettazione preliminare. Sebbene un’approfondita caratterizzazione geotecnica e geologica del volume di terreno inerente l’opera di scavo sia generalmente parte integrante del progetto, non è comunque possibile eliminare del tutto tali incertezze per via dell’estensione del volume interessato oltre che per la disomogeneità che sempre contraddistingue il terreno. Generalmente, investigazioni in corso d’opera e interventi di stabilizzazione devono essere previsti per contenere i costi di perforazione ed ottimizzare la progettazione. Ad esempio, tra i metodi di esplorazione geotecnica figurano i tunnel pilota, i quali sono in grado di garantire un’ottimale caratterizzazione del quadro geotecnico del sottosuolo. Con riferimento agli interventi di stabilizzazione del terreno, adottabili laddove una perforazione tradizionale non consentirebbe il tunnelling, vi è un vasta gamma di scelta. Pertanto, da una prima analisi delle problematiche connesse al tunnelling emerge che la stabilizzazione delle facce di scavo riveste un’importanza e un risconto applicativo di prim’ordine. Questa tesi si inserisce all’interno di un progetto che promuove un’innovativa ed economica tecnica di stabilizzazione dei tunnel per suzione tenendo quindi conto dell’influenza della suzione sulla coesione non drenata.

Design and implementation of the ESEO spacecraft simulator

The thesis work is developed under the European Student Earth Orbiter (ESEO) project supported by the European Space Agency (ESA) in order to help prepare a well-qualified space-engineering workforce for Europe's future. In the following chapters we are going to analyse how to simulate some ESEO subsystem. First of all, the Thermal Subsystem that evaluates the temperature evolution of on-board instruments. For this purpose, simulating also the orbital and attitude dynamics of the spacecraft, it is necessary in order to evaluate external environmental fluxes. The Power Subsystem will be the following step and it models the ability of a spacecraft to produce and store electrical energy. Finally, we will integrate in our software a block capable of simulating the communication link between the satellite and the Ground Station (GS). This last step is designed and validated during the thesis preparation.

Implementazione di un algoritmo di navigazione autonoma di alto livello e sviluppo software di una Control Ground Station

Caratteristiche hardware di un rover terrestre (progetto SHERPA). Implementazione tramite il framework ROS di un algoritmo di alto livello di navigazione autonoma basato su due possibili algoritmi di basso livello: LOS (Lightweight Object Streaming developed by BlueBotics) o Navigation Stack. Sviluppo di una Control Ground Station (Java) basata su: protocollo SSH2 oppure sfruttando la libreria LOS.

Stability of Contour Augmentation and Esthetic Outcomes of Implant Supported Single Crowns in the Esthetic Zone. 3-Year Results of a Prospective Study With Early Implant Placement Post Extraction

Early implant placement is one of the treatment options after tooth extraction. Implant surgery is performed after a healing period of 4 to 8 weeks and combined with a simultaneous contour augmentation using the guided bone regeneration technique to rebuild stable esthetic facial hard- and soft-tissue contours.

Pistol thrown to the ground by shooter after fatal self inflicted gunshot wound to the chest

We report the case of a 46-year-old man found dead in his apartment in a chair with a gunshot wound in his chest. All circumstances pointed to suicide as the manner of death. Finding the weapon, a SIG Sauer P228 pistol, about 2 m away from the decedent with an obstacle between weapon and corpse however generated speculation about third party involvement. Scene investigations and ballistic calculations showed that with a high probability the weapon must have been purposefully thrown away by the decedent after he fired the lethal gunshot.

Maintenance of implant-supported maxillary prostheses: a 2-year controlled clinical trial

To analyze maintenance service of fixed maxillary prostheses and overdentures based on conventional gold bars or titanium bars and frameworks fabricated with computer-aided design/computer-assisted manufacture (CAD/CAM) technology.