Hybrid portable systems for bio-nanosensors

The promising development in the routine nanofabrication and the increasing knowledge of the working principles of new classes of highly sensitive, label-free and possibly cost-effective bio-nanosensors for the detection of molecules in liquid environment, has rapidly increased the possibility to develop portable sensor devices that could have a great impact on many application fields, such as health-care, environment and food production, thanks to the intrinsic ability of these biosensors to detect, monitor and study events at the nanoscale. Moreover, there is a growing demand for low-cost, compact readout structures able to perform accurate preliminary tests on biosensors and/or to perform routine tests with respect to experimental conditions avoiding skilled personnel and bulky laboratory instruments. This thesis focuses on analysing, designing and testing novel implementation of bio-nanosensors in layered hybrid systems where microfluidic devices and microelectronic systems are fused in compact printed circuit board (PCB) technology. In particular the manuscript presents hybrid systems in two validating cases using nanopore and nanowire technology, demonstrating new features not covered by state of the art technologies and based on the use of two custom integrated circuits (ICs). As far as the nanopores interface system is concerned, an automatic setup has been developed for the concurrent formation of bilayer lipid membranes combined with a custom parallel readout electronic system creating a complete portable platform for nanopores or ion channels studies. On the other hand, referring to the nanowire readout hybrid interface, two systems enabling to perform parallel, real-time, complex impedance measurements based on lock-in technique, as well as impedance spectroscopy measurements have been developed. This feature enable to experimentally investigate the possibility to enrich informations on the bio-nanosensors concurrently acquiring impedance magnitude and phase thus investigating capacitive contributions of bioanalytical interactions on biosensor surface.

Porting monitor di rete per gestione interfacce su device android.

Il lavoro svolto in questa tesi consiste nell'effettuare il porting del Monitor di rete da Linux ad Android,facente parte di un sistema più complesso conosciuto come ABPS. Il ruolo del monitor è quello di configurare dinamicamente tutte le interfacce di rete disponibili sul dispositivo sul quale lavora,in modo da essere connessi sempre alla miglior rete conosciuta,ad esempio al miglior Access Point nel caso del interfaccia wireless.

Development and characterization of micromachined devices for separation techniques

Nowadays microfluidic is becoming an important technology in many chemical and biological processes and analysis applications. The potential to replace large-scale conventional laboratory instrumentation with miniaturized and self-contained systems, (called lab-on-a-chip (LOC) or point-of-care-testing (POCT)), offers a variety of advantages such as low reagent consumption, faster analysis speeds, and the capability of operating in a massively parallel scale in order to achieve high-throughput. Micro-electro-mechanical-systems (MEMS) technologies enable both the fabrication of miniaturized system and the possibility of developing compact and portable systems. The work described in this dissertation is towards the development of micromachined separation devices for both high-speed gas chromatography (HSGC) and gravitational field-flow fractionation (GrFFF) using MEMS technologies. Concerning the HSGC, a complete platform of three MEMS-based GC core components (injector, separation column and detector) is designed, fabricated and characterized. The microinjector consists of a set of pneumatically driven microvalves, based on a polymeric actuating membrane. Experimental results demonstrate that the microinjector is able to guarantee low dead volumes, fast actuation time, a wide operating temperature range and high chemical inertness. The microcolumn consists of an all-silicon microcolumn having a nearly circular cross-section channel. The extensive characterization has produced separation performances very close to the theoretical ideal expectations. A thermal conductivity detector (TCD) is chosen as most proper detector to be miniaturized since the volume reduction of the detector chamber results in increased mass and reduced dead volumes. The microTDC shows a good sensitivity and a very wide dynamic range. Finally a feasibility study for miniaturizing a channel suited for GrFFF is performed. The proposed GrFFF microchannel is at early stage of development, but represents a first step for the realization of a highly portable and potentially low-cost POCT device for biomedical applications.

La normativa tecnica sul software medical device: analisi del rischio ed impatto sulle aziende sanitarie

Quadro normativo sui Dispositivi Medici e la sua evoluzione (2007/47,UNI CEI EN ISO 14971). Software DM: processo di certificazione,gestione di reti IT medicali, ruoli e responsabilità (CEI 80001-1). Casi d'uso: Linee guida: MEDDEV e linee guida svedesi più relativi esempi applicabili alle aziende sanitarie.

Analisi del fenomeno bring your own device: La nuova sfida per affrontare la mobilita lavorativa analizzata all?interno di una multinazionale farmaceutica.

Imprese di piccole e grandi dimensioni hanno dovuto convivere con il ritmo di uscita di nuovi e più potenti modelli di PC, consolle per videogiochi, telefoni cellulari, tablet, fotocamere digitali. I cicli di vita si sono ridotti drasticamente, tanto da far sembrare un’emergenza il rilascio di un nuovo prodotto quasi ogni anno. Le aziende, se ancora non lo hanno fatto, sono chiamate ad affrontare una transizione interna per aggiornare le politiche aziendali in modo da stare al passo con il progresso tecnologico. Se un tempo le regole interne vietavano o scoraggiavano l’utilizzo di dispositivi personali nell’ambiente di lavoro, nell’era moderna sono costrette ad accettarlo se non addirittura ad incoraggiarlo ed il fenomeno che mi accingerò ad analizzare in questo elaborato, denominato Bring Your Own Device (BYOD), punta proprio all’esplorazione degli sforzi progettuali che sono richiesti ad una grande azienda multinazionale per poter recepire i trend informatici. Con più di cinque miliardi di dispositivi mobili in tutto il mondo – e solo 2 miliardi di computer – il passaggio al ‘mobile’ come forma principale di collegamento alle reti aziendali procede con sempre maggiore rapidità. Negli anni recenti si è potuto assistere all’evoluzione del panorama di dispositivi portatili che ha permesso ad un pubblico di users sempre più vasto di potersi permettere l’acquisto di dispositivi di ultima generazione a prezzi non proibitivi. I fornitori di tecnologie hanno confezionato prodotti sempre più pensati per un uso privato, fornendo un’ampia scelta di soluzioni non solo a livello enterprise, come accadeva agli albori del boom tecnologico, ma maggiormente rivolte al singolo consumatore. Guardando ai trend sviluppatisi negli anni recenti, è possibile riconoscere una scia di segnali che preannunciavano quanto sta avvenendo adesso con il BYOD.

Control over microstructure evolution and device performance in solution processable organic field-effect transistors

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Kontrolle von Selbstorganisation und Mikrostruktur von organischen Halbleitern und deren Einsatz in OFETs. In Kapiteln 3, 4 und 5 eine neue Lösungsmittel-basierte Verabeitungsmethode, genannt als Lösungsmitteldampfdiffusion, ist konzipiert, um die Selbstorganisation von Halbleitermolekülen auf der Oberfläche zu steuern. Diese Methode als wirkungsvolles Werkzeug erlaubt eine genaue Kontrolle über die Mikrostruktur, wie in Kapitel 3 am Beispiel einer D-A Dyad bestehend aus Hexa-peri-hexabenzocoronene (HBC) als Donor und Perylene Diimide (PDI) als Akzeptor beweisen. Die Kombination aus Oberflächenmodifikation und Lösungsmitteldampf kann die Entnetzungseffekte ausgleichen, so dass die gewüschte Mikrostruktur und molekulare Organisation auf der Oberfläche erreicht werden kann. In Kapiteln 4 und 5 wurde diese Methode eingesetzt, um die Selbstorganisation von Dithieno[2, 3-d;2’, 3’-d’] benzo[1,2-b;4,5-b’]dithiophene (DTBDT) und Cyclopentadithiophene -benzothiadiazole copolymer (CDT-BTZ) Copolymer zu steuern. Die Ergebnisse könnten weitere Studien stimulieren und werfen Licht aus andere leistungsfaähige konjugierte Polymere. rnIn Kapiteln 6 und 7 Monolagen und deren anschlieβende Mikrostruktur von zwei konjugierten Polymeren, Poly (2,5-bis(3-alkylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene) PBTTT und Poly{[N,N ′-bis(2-octyldodecyl)-naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide)-2,6-diyl]-alt-5,5′- (2,2′-bithiophene)}, P(NDI2OD-T2)) wurden auf steife Oberflächen mittels Tauchbeschichtung aufgebracht. Da sist das erste Mal, dass es gelungen ist, Polymer Monolagen aus der Lösung aufzubringen. Dieser Ansatz kann weiter auf eine breite Reihe von anderen konjugierten Polymeren ausgeweitet werden.rnIn Kapitel 8 wurden PDI-CN2 Filme erfolgreich von Monolagen zu Bi- und Tri-Schichten auf Oberflächen aufgebracht, die unterschiedliche Rauigkeiten besitzen. Für das erste Mal, wurde der Einfluss der Rauigkeit auf Lösungsmittel-verarbeitete dünne Schichten klar beschrieben.rn

Progettazione ed implementazione di un prototipo per la geolocalizzazione indoor dei device wifi in ambito aeroportuale.

Nel documento vengono trattate le principali tecniche di geolocalizzazione basate sull'elaborazione dei segnali elettromagnetici ricevuti. E' altresì introdotto un sistema di remote positioning basato su test di prossimità rafforzato tramite machine learning tramite un approccio simulativo ed una implementazione reale.

Comunicazione device-to-device attraverso tecnologia WiFi-Direct: una valutazione sperimentale

Tesi di Laurea relativa allo studio della tecnologia Wi-Fi Direct in ambito Android attraverso test specifici.

Design and fluid dynamic analysis of a custom drip chamber in a medical disposable device

Negli ultimi anni, parallelamente allo sviluppo di calcolatori elettronici sempre più performanti, la fluidodinamica computazionale è diventata uno strumento di notevole utilità nell’analisi dei flussi e nello sviluppo di dispositivi medici. Quando impiegate nello studio di flussi di fluidi fisiologici, come il sangue, il vantaggio principale delle analisi CFD è che permettono di caratterizzare il comportamento fluidodinamico senza dover eseguire test in-vivo/in-vitro, consentendo quindi notevoli vantaggi in termini di tempo, denaro e rischio derivante da applicazioni mediche. Inoltre, simulazioni CFD offrono una precisa e dettagliata descrizione di ogni parametro di interesse permettendo, già in fase di progettazione, di prevedere quali modifiche al layout garantiranno maggiori vantaggi in termini di funzionalità. Il presente lavoro di tesi si è posto l’obiettivo di valutare, tramite simulazioni CFD, le performances fluidodinamiche del comparto sangue “camera venosa” di un dispositivo medico monouso Bellco impiegato nella realizzazione di trattamenti di emodialisi. Dopo una panoramica del contesto, è presentata una breve descrizione della disfunzione renale e dei trattamenti sostitutivi. Notevole impegno è stato in seguito rivolto allo studio della letteratura scientifica in modo da definire un modello reologico per il fluido non-Newtoniano preso in considerazione e determinarne i parametri caratteristici. Il terzo capitolo presenta lo stato dell’arte delle apparecchiature Bellco, rivolgendosi con particolare attenzione al componente “cassette” del dispositivo monouso. L’analisi fluidodinamica del compartimento “camera venosa” della cassette, che sarà presa in considerazione nei capitoli quinto e sesto, si inserisce nell’ambito della riprogettazione del dispositivo attualmente in commercio: il quarto capitolo si incentra sul suo nuovo design, ponendo specifico interesse sul layout della camera venosa di nuova generazione. Per lo studio dei flussi che si sviluppano internamente ad essa ci si è avvalsi del modulo CFD del software COMSOL multiphysics® (versione 5.0); la definizione del modello implementato e della tipologia di studio effettuato sono presi in considerazione nel quinto capitolo. Le problematiche di maggior impatto nella realizzazione di un trattamento di emodialisi sono l’emolisi e la coagulazione del sangue. Nell'evenienza che si verifichino massivamente occorre infatti interrompere il trattamento con notevoli disagi per il paziente, per questo devono essere evitate. Nel sesto capitolo i risultati ottenuti sono stati esaminati rivolgendo particolare attenzione alla verifica dell’assenza di fenomeni che possano portare alle problematiche suddette.

Set up of a procedure for correlation analysis between current discharge and dose delivery in a pulsed power plasma device for medical application

This thesis work aims to find a procedure for isolating specific features of the current signal from a plasma focus for medical applications. The structure of the current signal inside a plasma focus is exclusive of this class of machines and a specific analysis procedure has to be developed. The hope is to find one or more features that shows a correlation with the dose erogated. The study of the correlation between the current discharge signal and the dose delivered by a plasma focus could be of some importance not only for the practical application of dose prediction but also for expanding the knowledge anbout the plasma focus physics. Vatious classes of time-frequency analysis tecniques are implemented in order to solve the problem.

Two-dimensional relaxation-diffusion analysis to study water compartmentalization in cells by a single-sided NMR device

In questo lavoro di tesi è presentato un metodo per lo studio della compartimentalizzazione dell’acqua in cellule biologiche, mediante lo studio dell’autodiffusione delle molecole d’acqua tramite uno strumento NMR single-sided. Le misure sono state eseguite nel laboratorio NMR all’interno del DIFA di Bologna. Sono stati misurati i coefficienti di autodiffusione di tre campioni in condizione bulk, ottenendo risultati consistenti con la letteratura. È stato poi analizzato un sistema cellulare modello, Saccharomyces cerevisiae, allo stato solido, ottimizzando le procedure per l’ottenimento di mappe di correlazione 2D, aventi come assi il coefficiente di autodiffusione D e il tempo di rilassamento trasversale T2. In questo sistema l’acqua è confinata e l’autodiffusione è ristretta dalle pareti cellulari, si parla quindi di coefficiente di autodiffusione apparente, Dapp. Mediante le mappe sono state individuate due famiglie di nuclei 1H. Il campione è stato poi analizzato in diluizione in acqua distillata, confermando la separazione del segnale in due distinte famiglie. L’utilizzo di un composto chelato, il CuEDTA, ha permesso di affermare che la famiglia con il Dapp maggiore corrisponde all’acqua esterna alle cellule. L’analisi dei dati ottenuti sulle due famiglie al variare del tempo lasciato alle molecole d’acqua per la diffusione hanno portato alla stima del raggio dei due compartimenti: r=2.3±0.2µm per l’acqua extracellulare, r=0.9±0.1µm per quella intracellulare, che è probabilmente acqua scambiata tra gli organelli e il citoplasma. L’incertezza associata a tali stime tiene conto soltanto dell’errore nel calcolo dei parametri liberi del fit dei dati, è pertanto una sottostima, dovuta alle approssimazioni connesse all’utilizzo di equazioni valide per un sistema poroso costituito da pori sferici connessi non permeabili. Gli ordini di grandezza dei raggi calcolati sono invece consistenti con quelli osservabili dalle immagini ottenute con il microscopio ottico.

Wearable device e User Experience

La tesi tratta in modo approfondito il concetto di wearable device, i suoi utilizzi e l'esperienza d'uso da parte dell'utente soffermando l'attenzione sui principali dispositivi presenti in commercio e non. Nello specifico vengono trattati smart watch, smart glass e visori per la realta virtuale. Nella sezione conclusiva vengono trattati gli standard ISO relativi all'ergonomia degli utenti con i computer, descrivendo nel dettaglio le direttive che sono presentate nello standard ISO 9241:210-2010.

In Vivo Evaluation of the Phenox CRC Mechanical Thrombectomy Device in a Swine Model of Acute Vessel Occlusion

Mechanical thrombectomy in ischemic stroke is of increasing interest as it is a promising strategy for fast and efficient recanalization. Several thrombectomy devices have been introduced to the armentarium of mechanical thrombectomy. Currently, new devices are under development and are continuously added to the neurointerventional tool box. Each device advocated so far has a different design and mechanical properties in terms of thrombus-device interaction. Therefore, a systematic evaluation under standardized conditions in vivo of these new devices is needed. The purpose of this study was to evaluate the efficiency, thrombus-device interaction, and potential complications of the novel Phenox CRC for distal mechanical thrombectomy in vivo. The device was evaluated in an established animal model in the swine. Recanalization rate, thromboembolic events, vasospasm, and complications were assessed. Radiopaque thrombi (2 cm length) were used for the visualization of thrombus-device interaction during retrieval. The Phenox CRC (4 mm diameter) was assessed in 15 vessel occlusions. For every occlusion a maximum of 3 retrieval attempts were performed. Complete recanalization (TICI 3/TIMI 3) was achieved in 86.7% of vessel occlusions. In 66.7% (10/15), the first retrieval attempt was successful, and in 20% (3/15), the second attempt led to complete recanalization of the parent artery. In 2 cases (13.3%) thrombus retrieval was not successful (TICI 0/TIMI 0). In 1 case (6.7%) a minor embolic event occurred in a small side branch. No distal thromboembolic event was observed during the study. Thrombus-device interaction illustrated the entrapment of the thrombus by the microfilaments and the proximal cage of the device. No significant thrombus compression was observed. No vessel perforation, dissection, or fracture of the device occurred. In this small animal study, the Phenox CRC was a safe and effective device for mechanical thrombectomy. The unique design with a combination of microfilaments and proximal cage reduces thrombus compression with a consequently high recanalization and low complication rate.

In vivo performance of a laser fluorescence device for the approximal detection of caries in permanent molars

OBJECTIVES: The aim of this randomised clinical trial was to investigate if a laser fluorescence device is able to discriminate between sound and carious approximal sites and between enamel and dentinal lesions, as well as to find appropriate cut-off values. METHODS: One hundred and seventeen sound or uncavitated carious sites in permanent molars were visually and radiographically examined, then either opened or not, after which their laser fluorescence was measured. Forty-three lesions were opened, the caries removed and the clinically identified caries depths were registered in addition to the radiographical scoring. Seventy-four sites were radiographically deemed sound or had enamel caries and were not opened. Here, the radiographical scorings were registered. RESULTS: Taking the radiographic scoring as gold standard for all investigated approximal sites, sound sites (D(0), n=40) showed significantly lower laser fluorescence measurements than carious sites (D(1-4), n=77) (Mann-Whitney test, P<0.025) suggesting a cut-off at 7 (sensitivity=0.68, specificity=0.7). Comparing measurements of D(0-2) (n=74) and D(3,4) (n=43), the results were also different by a statistically significant amount (P<0.025) and the cut-off calculated to be 16 (sensitivity=0.6, specificity=0.84). A fair positive correlation between laser fluorescence values and radiographical scoring was found (rho=+0.47, P<0.01). Analysing the 43 opened lesions with their clinically found lesion depths as gold standard, there was a fair positive correlation to the laser fluorescence values (rho=+0.34, P=0.03) and a moderately strong correlation to the radiographic scoring (rho=+0.67, P<0.01). CONCLUSION: The device may be an adjunct tool in the approximal detection of caries along with established procedures.

Treatment of peri-implantitis using an Er:YAG laser or an air-abrasive device: a randomized clinical trial

Non-surgical peri-implantitis therapies appear to be ineffective. Limited data suggest that ER:YAG laser therapy improves clinical conditions. The present study aimed at comparing the treatment effects between air-abrasive (AM) and Er:YAG laser (LM) mono-therapy in cases with severe peri-implantitis.