Design, preparazione e studio applicativo di nuovi metallopolimeri luminescenti a base di complessi ciclometallati di Ir(III)

The research project of my experimental thesis deals with the design, synthesis and characterization of a new series of luminescent metallapolymers to be exploited for their peculiar photophysical and opto-electronic properties. To this end, our design strategy consisted in the incorporation of brightly luminescent and colour tuneable Ir(III) cyclometalated complexes with general formula [Ir(C^N)2(N^N)]+, where C^N represents various phenyl piridine based cyclometalating ligands and N^N is an aromatic chelating N-heterocyle, into methyl methacrylate (MMA) based copolymers. Whereas the choice of the cyclometalating ligands was driven by the possibility to obtain different emission colours, the design of the N^N ligands was aimed to obtain a molecule capable of providing the chelate coordination to the metal centre and, at the same time, of being susceptible to polymerisation reactions. To fulfil these requirements, a new molecule (abbreviated as L) consisting in an alkylated 2-pyrydyl tetrazole structure equipped with a styryl unit was designed and successfully prepared. The preparation of the target cationic metallapolymers was accomplished by the complexation of the preformed MMA-L copolymers with different amounts of an appropriate Ir(III) dimeric precursor [(Ir(C^N)2Cl)2]. The investigation of the photophysical features of the new hybrid compounds in the solid state at r.t. suggested how these metallapolymers displayed brightly intense phosphorescent emissions, whose colour was found to span from blue to yellow according to the nature of the cyclometalating ligands. In all cases, the emissive performances were superior to those displayed by the corresponding mononuclear “model” complexes. These promising results pave the way for the application of this new class of metallapolymers as Luminescent Solar Concentrators for the photovoltaic technology and/or to solid state lighting.

Effetto di starter autoctoni sulla qualità e la sicurezza di salami tradizionali spagnoli

Il lavoro svolto in questa tesi aveva l’obiettivo di valutare il potenziale tecnologico e bioprotettivo di ceppi di batteri lattici (LAB) isolati da salami tradizionali spagnoli. In particolare due ceppi (Lactiplantibacillus paraplantarum BPF2 e Pediococcus acidilactici ST6) che avevano dimostrato buone performance in vitro sono stati utilizzati, da soli o in miscela, come colture starter per la produzione salami e i prodotti ottenuti sono stati confrontati con un controllo a fermentazione spontanea ed un prodotto addizionato di uno starter commerciale contenente LAB e stafilococchi. Per quanto riguarda gli aspetti tecnologici, il pH ha mostrato cinetiche di acidificazione simili in tutti i prodotti, mentre il calo peso era più lento nel controllo. A livello microbiologico, i campioni addizionati di colture starter hanno mostrato carichi di LAB molto più elevati già al tempo zero, senza differenze significative in relazione al ceppo utilizzato. Enterobatteri e lieviti hanno mostrato andamenti simili in tutti i campioni. L’utilizzo di colture starter ha invece avuto un impatto rilevante sul contenuto di ammine biogene, con valori totali doppi nel campione ottenuto con fermentazione spontanea, e sul profilo in metaboliti volatili (soprattutto a carico di composti derivanti dall’acido piruvico). L’aspetto più rilevante di questa tesi è stato ottenuto nel challenge test, utilizzando come microrganismo target Listeria monocytogenes (inoculo 3 log ufc/g): infatti, nel controllo e nei campioni contenenti starter commerciale, L. monocytogenes era in grado di crescere fino a valori superiori a 5.7 log ufc/g, mentre i ceppi BPF2 e ST6 hanno determinato una riduzione del suo carico cellulare (2.4 log ufc/g). Questo conferma quindi le grandi potenzialità anti-listeria dei due ceppi testati e la loro attitudine ad essere utilizzati, oltre che come starter per i salami, anche come colture bioprotettive con lo specifico compito di contrastare lo sviluppo di L. monocytogenes.

Caratterizzazione di ceppi di Companilactobacillus alimentarius isolati da salami spagnoli fermentati spontaneamente

Il lavoro svolto in questa tesi era finalizzato allo studio di 14 ceppi di Companilactobacillus alimentarius isolati da salami spagnoli con un duplice obiettivo: da una parte aumentare la conoscenza relativa a questa specie, le cui informazioni in letteratura sono ancora scarse, dall’altra valutarne i caratteri di sicurezza e le performance tecnologiche per selezionare ceppi da utilizzare eventualmente come colture starter e/o bioprotettive in salumi fermentati o altri prodotti alimentari. I ceppi sono stati prima testati per la loro capacità di produrre ammine biogene, con circa la metà dei ceppi in grado di produrre tiramina, mentre solo 4 accumulavano istamina e due putrescina. Dai dati relativi all’antibiotico resistenza è emerso che la metà dei ceppi erano sensibili agli 8 antibiotici testati. È stata valutata poi la capacità dei ceppi di crescere a diverse temperature (10, 20 e 30°C) e a diverse concentrazioni di NaCl (0, 2,5, 5%). I risultati hanno mostrato un andamento variabile: un solo ceppo non era in grado di crescere a 10°C, mentre a 30°C i ceppi si dividevano in due gruppi, ed i ceppi caratterizzati da maggiori velocità di sviluppo a questa temperatura erano anche quelli dotati delle migliori performance a 20 e 10°C. Mentre per la capacità di crescere a diverse concentrazioni di sale, la variabilità era più evidente alla più alta concentrazione di NaCl (5%). Infine, è stata valutata la capacità di produrre molecole che potessero avere un impatto sul profilo sensoriale del prodotto, tra cui i composti derivanti dall’acido piruvico (acetoino, diacetile, 2-butanone), acido acetico, etanolo, benzeneacetaldeide e benzaldeide, ed anche in questo caso i ceppi hanno mostrato attitudini diverse all’accumulo di questi metaboliti. Sulla base dei dati ottenuti in questo lavoro sperimentale, 2 ceppi tra i 14 testati sono stati scelti per future sperimentazioni, dapprima in vitro e poi in sistemi reali, per valutare il loro potenziale come nuove colture starter.

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.

Monitoraggio della viscoelasticità di un modello di coltura cellulare 3D per lo studio della fibrosi epatica

Lo sviluppo di fibrosi epatica si associa caratteristicamente a un eccesso di produzione e reticolazione della matrice extracellulare del tessuto, che causa un progressivo aumento del modulo elastico e della viscosità dell’organo – che a loro volta determinano ipertensione portale e insufficienza funzionale. Modelli avanzati che riproducano in vitro il microambiente epatico sono cruciali per lo studio della patogenesi del fenomeno e per la valutazione di adeguate terapie future. Un esempio chiaro di questa strategia viene presentato in un recente lavoro di ricerca, nel quale Cacopardo et al. propongono una strategia basata sull’utilizzo di tipi differenti di idrogel, con proprietà elastiche e viscosità variabili, per studiare la meccano-dinamica in un ambiente di coltura tridimensionale. Idrogel di carichi di cellule sono dunque stati differenzialmente reticolati mediante transglutaminasi microbica, utilizzando un metodo citocompatibile originale che consenta l’esposizione delle cellule a un ambiente con proprietà meccaniche che variano nel tempo. Per la coltura dei costrutti 3D è stato inoltre utilizzato un bioreattore che si è dimostrato utile anche per monitorare nel tempo le proprietà meccaniche dei costrutti cellulari. I risultati hanno mostrato che una maggiore “solidità” della matrice è coerente con l’aumento dello stress cellulare. Il metodo proposto si è dimostrato quindi in grado di imitare efficacemente il microambiente meccanico associato alla fibrosi epatica e in evoluzione nel tempo e, di conseguenza, potrebbe fornire nuove informazioni sui processi fisiopatologici correlati e suggerire più efficaci strategie terapeutiche.

Dispositivi impiantabili per il pacing cardiaco: dai dispositivi elettronici al Biopacemaker

Nel seguente elaborato viene trattata la tematica del pacemaker, vista in prima battuta come funzione di autogenerazione elettrica da parte del cuore, con la descrizione dei fenomeni fisiologici alla base di questo fenomeno. Poi successivamente viene data una panoramica sugli studi che hanno portato alla realizzazione dei primi prototipi o dispositivi elettronici utili a sopperire a mancanze o a disturbi legati al sistema di conduzione. In particolare, si evidenzia come la sede dello stimolo, ovvero il nodo senoatriale, sia stata in modo efficiente sostituito da apparecchi biocompatibili e facilmente impiantabili, poiché di piccole dimensioni. Tuttavia, a causa, ad esempio, di alcuni limiti imposti dal consumo di potenza o dal degradarsi della batteria, ci si è chiesti se si potessero trovare delle alternative, altresì utili, per il ripristino dell’attività cardiaca. Per queste ragioni, come suggerito dal titolo, la trattazione di questo elaborato va ad incentrarsi su un ambito diverso ma complementare, quello biologico; in particolare, vengono messi in luce i principali approcci che si sono susseguiti nel corso dei decenni nello studio e nella ricerca per il ripristino dell’autostimolazione del battito, come alternative o compartecipazione, all’impianto di dispositivi elettronici. Viene messo il focus sul concetto di Biopacemaker, il quale riassume la commistione che c’è stata e che tuttora si cerca di fortificare tra l’ambito elettronico e quello legato alla biologia, alla genetica ed all’ingegneria tissutale.

Corona Poling per film polimerici di P(VDF-TrFE): applicazione e ottimizzazione

Negli ultimi anni, il copolimero piezoelettrico P(VDF-TrFE), poli(vinildenfluoruro-trifluoroetilene), ha suscitato un grande interesse nella ricerca scientifica per le potenziali applicazioni elettroniche come, ad esempio, l’energy harvesting per la produzione di dispositivi indossabili e auto-alimentabili, sensori biocompatibili e memorie non volatili. In questo elaborato viene descritta l'indagine sperimentale di ottimizzazione eseguita su campioni di P(VDF-TrFE) polarizzati tramite la tecnica innovativa del corona poling, la quale è stata applicata con l'ausilio di una cella appositamente progettata per lo scopo. Questa tecnica si distingue dalle precedenti per il fatto che non sia necessario un diretto contatto tra gli elettrodi e il materiale da polarizzare. Per questo motivo essa presenta numerosi vantaggi rispetto alle tecniche tradizionali, riservando grandi potenzialità. I risultati sulla risposta piezoelettrica, matematicamente rappresentata dal coefficiente di deformazione d33 [C/N], dimostrano che sia possibile ottenere valori comparabili a quelli ottenibili con la tecnica tradizionale di DC poling.

Analisi e caratterizzazione di isolanti elettrici nanostrutturati a base polimerica per applicazioni in sistemi HVDC

I sistemi di trasporto dell’energia elettrica per lunghe distanze possono dimostrarsi convenienti attraverso l’utilizzo di cavi in corrente continua ad alta tensione (HVDC). Essi possono essere installati seguendo la classica configurazione aerea, oppure interrati, dove le difficili condizioni ambientali, possono portare alla degradazione dei materiali. I materiali polimerici che costituiscono l’isolamento del cavo sono soggetti ad invecchiamento, diventando sempre più fragili e poco affidabili sia a seguito delle condizioni ambientali che dall’applicazione dell’alta tensione, che comporta un forte campo elettrico fra la superficie del conduttore e l’isolante esterno. Per determinare l’integrità e le caratteristiche dei materiali polimerici si utilizzano tecniche diagnostiche. Molte tecniche prevedono però la distruzione del materiale, quindi se ne cercano altre non distruttive. Questa tesi studia gli effetti dell’aggiunta di un additivo alla matrice polimerica del materiale isolante, utilizzando la tecnica di spettroscopia dielettrica, la misura di conducibilità e il metodo dell’impulso elettroacustico. I provini testati sono costituiti da una matrice di polipropilene e polipropilene additivato con nitruro di boro, testati alle temperature di 20, 40, 70°C. In particolare, il primo capitolo introduce i sistemi HVDC, per poi presentare le caratteristiche e le proprietà dei materiali nanodielettrici. Nella terza parte si descrive il set sperimentale utilizzato nelle prove condotte. Nei capitoli 4 e 5 sono riportati i risultati ottenuti e la loro discussione.

Durabilita’ e cleaning validation di materiali polimerici per macchinari dell’industria farmaceutica

La scelta del materiale da costruzione (MOC) delle apparecchiature nell’industria farmaceutica rappresenta uno step cruciale per garantire il successo dell’impianto. Infatti, per evitare la contaminazione dei lotti e quindi assicurare la massima qualità del farmaco, è necessario evitare qualsiasi interazione chimica, nonostante il continuo contatto, tra il prodotto, la superficie dei macchinari e i fluidi di processo. Allo stato attuale, gli acciai inossidabili sono il riferimento per il settore. Il loro storico utilizzo è da imputare alla loro estrema versatilità: oltre ad essere particolarmente performanti dal punto di vista meccanico, mostrano alta resistenza alle temperature ed eccellente coefficiente igienico, grazie anche alla loro ottima resistenza alla corrosione. Tuttavia, ci sono stati diversi sviluppi e innovazioni nella produzione dei materiali plastici, che hanno portato alla generazione di nuovi polimeri ingegnerizzati in grado di competere per proprietà meccaniche, e non solo, con gli acciai. L’additive manufacturing (AM), inoltre, si è dimostrata essere un’importante innovazione per la produzione di componenti industriali in materiale plastico, in quanto può favorire la riduzione di peso del componente e l’abbassamento dei costi di produzione. Tra le varie tecnologie AM una delle più mature è la sinterizzazione laser selettiva (SLS), dove però i componenti prodotti, nonostante i numerosi vantaggi che garantiscono, sono tuttavia soggetti alla formazione di porosità. Nell’ottica dell’introduzione di polimeri come materiali da costruzione per macchinari dell’industria farmaceutica, questo elaborato si è concentrato sullo studio della durabilità di alcune tipologie di materiali plastici (elastomeri, poliolefine e poliammidi), andando a valutare nello specifico la compatibilità dei differenti polimeri studiati con diversi fluidi di lavaggio, e la loro pulibilità, essendo questa una prerogativa fondamentale dei componenti a contatto con il farmaco.

Design e produzione mediante tecniche additive di un tutore ortopedico per aumentare comfort e sicurezza durante il trattamento oncoematologico

Il progetto si presenta come un miglioramento di una particolare terapia sanitaria, dove la maggior parte dei pazienti, soprattutto quelli in un’età delicata, possono avvertire determinati problemi fisici o psicologici. La terapia in questione è la Chemioterapia, che consiste nella somministrazione di una o più sostanze capaci di aggredire le cellule tumorali che si moltiplicano grazie a una fleboclisi, ovvero una procedura che è in grado di somministrare via endovenosa una sostanza come il trattamento appena citato, sfruttando alcune vene solide del braccio come la Basilica. Grazie a un’esperienza personale, pareri (dottoressa Antonella Sau) e coinvolgimenti di altri pazienti dell’associazione AGBE che hanno avuto un problema simile, è stato possibile progettare e inventare un tutore polimerico ad alta compatibilità dermatologica, in grado di immobilizzare l’arto usato nella terapia regalando una maggiore comodità e stabilità sia della fleboclisi che del braccio stesso. Inizialmente il tutore sarà ideato prendendo specifiche misure dell’avambraccio/gomito del singolo paziente, per poi stamparlo in 3D e portarlo ad effettuare i cicli somministrati per combattere la malattia. A fine di tutto, il paziente avrà sostenuto una cura delicata come la Chemioterapia con un maggiore comfort, maggiore stabilità psicologica e soprattutto meno complicanze come stravaso, infezioni varie, fuoriuscite di sostante chemioterapeutiche, gonfiori, depressione e irritazioni endovenose.

Progettazione di una protesi personalizzata del muscolo temporale volta a ridurre il rischio di complicazioni post-operatorie

Il progetto di questa tesi si propone di realizzare una protesi sostitutiva del muscolo temporale la cui funzione principale è colmare il vuoto lasciato dal muscolo dopo la sua rimozione. A seguito di un’analisi sulla forma, sul materiale e le funzionalità della protesi attualmente utilizzata, vengono evidenziati i benefici che devono essere inclusi nel progetto e le debolezze a cui porre maggior attenzione e valutare possibili soluzioni. La protesi deve presentare una superficie esterna priva di discontinuità che potrebbero essere percepite al tatto in post operazione e una dimensione conforme al muscolo rimosso. Il progetto si propone di fissare alcuni punti chiave a cui dare risposta, una su tutte la tipologia di materiale utilizzato per garantire una buona integrazione dell’impianto con l’organismo umano. Il materiale utilizzato deve essere innanzitutto biocompatibile e viene valutato per la sua integrazione con l’organismo, la capacità di proteggere la parete laterale del cranio e per la sua consistenza il più possibile paragonabile al muscolo rimosso. È prioritario in questa tipologia di protesi evitare il ristagno di sangue tra l’intercapedine della protesi e la parete laterale del cranio, a tal fine è bene analizzare lo spessore del muscolo segmentato per delineare la soluzione migliore che possa rispondere a tale necessità. È importante verificare il bordo della protesi, è necessario che sia ben raccordato con la superficie esterna del cranio così da evitare uno scalino a seguito dell’operazione e ottenere un alto grado di soddisfazione del paziente. In questo contesto di protesi il grado di soddisfazione del paziente è importante. Il lato su cui viene impiantata la protesi deve risultare simmetrico al lato opposto. La protesi progettata è di tipo paziente-specifico, l’obbiettivo principale è riempire la cavità temporale ed evitare possibili complicazioni nel tempo in quanto la durata della protesi è correlata alla durata di vita del paziente.