Low energy elastic and electronically inelastic electron scattering from biomolecules.

Reactions initiated by collisions with low-energy secondary electrons has been found to be the prominent mechanism toward the radiation damage on living tissues through DNA strand breaks. Now it is widely accepted that during the interaction with these secondary species the selective breaking of chemical bonds is triggered by dissociative electron attachment (DEA), that is, the capture of the incident electron and the formation of temporary negative ion states [1,2,3]. One of the approaches largely used toward a deeper understanding of the radiation damage to DNA is through modeling of DEA with its basic constituents (nucleotide bases, sugar and other subunits). We have tried to simplify this approach and attempt to make it comprehensible at a more fundamental level by looking at even simple molecules. Studies involving organic systems such as carboxylic acids, alcohols and simple ¯ve-membered heterocyclic compounds are taken as starting points for these understanding. In the present study we investigate the role played by elastic scattering and electronic excitation of molecules on electron-driven chemical processes. Special attention is focused on the analysis of the in°uence of polarization and multichannel coupling e®ects on the magnitude of elastic and electronically inelastic cross-sections. Our aim is also to investigate the existence of resonances in the elastic and electronically inelastic channels as well as to characterize them with respect to its type (shape, core-excited or Feshbach), symmetry and position. The relevance of these issues is evaluated within the context of possible applications for the modeling of discharge environments and implications in the understanding of mutagenic rupture of DNA chains. The scattering calculations were carried out with the Schwinger multichannel method (SMC) [4] and its implementation with pseudopotentials (SMCPP) [5] at di®erent levels of approximation for impact energies ranging from 0.5 eV to 30 eV. References [1] B. Boudai®a, P. Cloutier, D. Hunting, M. A. Huels and L. Sanche, Science 287, 1658 (2000). [2] X. Pan, P. Cloutier, D. Hunting and L. Sanche, Phys. Rev. Lett. 90, 208102 (2003). [3] F. Martin, P. D. Burrow, Z. Cai, P. Cloutier, D. Hunting and L. Sanche, Phys. Rev. Lett. 93, 068101 (2004). [4] K. Takatsuka and V. McKoy, Phys. Rev. A 24, 2437 (1981); ibid. Phys. Rev. A 30, 1734 (1984). [5] M. H. F. Bettega, L. G. Ferreira and M. A. P. Lima, Phys. Rev. A 47, 1111 (1993).

Design and Setup of a New HPGe Detector Based Body Counter Capable of Detecting Also Low Energy Photon Emitters

The present work describes the development of a new body-counter system based on HPGe detectors and installed at IVM of KIT. The goal, achieved, was the improvement of the ability to detect internal contaminations in the human body, especially the ones concerning low-energy emitters and multiple nuclides. The development of the system started with the characterisation of detectors purchased for this specific task, with the optimisation of the different desired measurement configurations following and ending with the installation and check of the results. A new software has been developed to handle the new detectors.

Ottimizzazione di protocolli di trasmissione dati tramite interfaccia usb implementati su fpga

La maggior parte dei moderni dispositivi e macchinari, sia ad uso civile che industriale, utilizzano sistemi elettronici che ne supervisionano e ne controllano il funzionamento. All’ interno di questi apparati è quasi certamente impiegato un sistema di controllo digitale che svolge, anche grazie alle potenzialità oggi raggiunte, compiti che fino a non troppi anni or sono erano dominio dell’ elettronica analogica, si pensi ad esempio ai DSP (Digital Signal Processor) oggi impiegati nei sistemi di telecomunicazione. Nonostante l'elevata potenza di calcolo raggiunta dagli odierni microprocessori/microcontrollori/DSP dedicati alle applicazioni embedded, quando è necessario eseguire elaborazioni complesse, time-critical, dovendo razionalizzare e ottimizzare le risorse a disposizione, come ad esempio spazio consumo e costi, la scelta ricade inevitabilmente sui dispositivi FPGA. I dispositivi FPGA, acronimo di Field Programmable Gate Array, sono circuiti integrati a larga scala d’integrazione (VLSI, Very Large Scale of Integration) che possono essere configurati via software dopo la produzione. Si differenziano dai microprocessori poiché essi non eseguono un software, scritto ad esempio in linguaggio assembly oppure in linguaggio C. Sono invece dotati di risorse hardware generiche e configurabili (denominate Configurable Logic Block oppure Logic Array Block, a seconda del produttore del dispositivo) che per mezzo di un opportuno linguaggio, detto di descrizione hardware (HDL, Hardware Description Language) vengono interconnesse in modo da costituire circuiti logici digitali. In questo modo, è possibile far assumere a questi dispositivi funzionalità logiche qualsiasi, non previste in origine dal progettista del circuito integrato ma realizzabili grazie alle strutture programmabili in esso presenti.

Spatial computing per dispositivi mobile ed embedded

Questa tesi si focalizza sulle possibili tecnologie per realizzare comunicazioni opportunistiche fra dispositivi mobile ed embedded, con l'obiettivo di integrarle nel contesto di sistemi a larga scala situati, e con particolare riferimento al prototipo denominato "Magic Carpet". Vengono considerate in particolare le tecnologie WiFi ad-hoc e Bluetooth Low Energy su Android e Raspberry Pi.

Indoor position, localizzazione e tracciamento in ambienti chiusi

Le grandi catene di distribuzione, per sviluppare strategie commerciali sempre più efficaci, sono interessate a comprendere il percorso che ogni cliente effettua all’interno del punto vendita, che reparti visita, il tempo di permanenza in un’area specifica ecc… Quindi è stato necessario trovare un sistema per localizzare e tracciare un cliente all’interno di un ambiente chiuso (indoor position). Prima di tutto ci si è concentrati sulla ricerca e sviluppo di una nuova idea che potesse superare gli ostacoli delle soluzioni attualmente in commercio. Si è pensato di sostituire le tessere punti del punto vendita con delle tessere bluetoothLE e di creare un sistema di posizionamento al chiuso utilizzando la stessa logica di funzionamento del GPS per gli ambienti aperti. Il ricevitore è la tessera BLE posseduta dal cliente e i satelliti sono tre device Android dotati di un’app specifica per rilevare il segnale radio (RSSI) emesso dalla tessera ogni secondo. Le rilevazioni dei tre device Android sono successivamente trasferite all’interno di una web application che si occupa di elaborare i dati tramite il processo di trilaterazione. L’output sono le coordinate x,y di ciascuna tessera in ogni secondo di visita all’interno del punto vendita. Questi dati sono infine utilizzati per mostrare graficamente il percorso effettuato dal cliente, l’orario di ingresso e di uscita e il tempo di permanenza. Riepilogando, il progetto comprende una fase di ricerca e intuizione di una nuova idea, una fase di progettazione per traslare i meccanismi del funzionamento GPS all’utilizzo in un ambiente chiuso, una fase di implementazione dell’app e della web application e infine una fase di sperimentazioni sul campo che si concluderà dopo la laurea con test reali in un supermercato della zona.

IBeacon: evoluzione della microgeolocalizzazione

Obiettivo di questa tesi è l'analisi e l'approfondimento di una tecnologia di nuova generazione che prende il nome di iBeacon. Basata sulla localizzazione di prossimità (wireless) a bassi consumi energetici e sviluppata da Apple, l'iBeacon sfrutta il protocollo Bluetooth Low Energy con il quale riesce ad utilizzare al meglio l'energia, permettendo alle batterie dei dispositivi che lo implementano di durare molto più a lungo. In questa argomentazione, vengono elencate e descritte alcune tecniche di comunicazione wireless a medio-corto raggio (Wi-Fi, Infrarosso, RFID, NFC, Bluetooth, BLE), che utilizzano lo scambio di informazioni senza fili, descrivendone una breve storia, dalla loro evoluzione nel tempo e nei modi, ad alcune caratteristiche di utilizzo. L'argomentazione poi focalizzerà l'attenzione sui metodi di localizzazione utilizzati dall'iBeacon, fornendone le funzionalità e le caratteristiche principali di questa nuova tecnologia e discutendone i vantaggi, i limiti tecnologici e di sviluppo del protocollo, fino a delineare alcune soluzioni per quanto riguarda le soglie di sicurezza e di privacy. L'analisi poi confronterà l'iBeacon con i maggiori antagonisti che utilizzano questa tecnica di microgeolocalizzazione (NFC, EddyStone). Si cercherà inoltre di delineare in maniera più dettagliata le specifiche tecniche che costituiscono questa nuova tecnologia di prossimità, dal protocollo di comunicazione alla componentistica hardware. Successivamente verrà descritto come un dispositivo iOS si interfaccia con un iBeacon, delineandone le API e il setup e mostrando i diversi passaggi per la creazione di un prototipo di applicazione. Si cercherà infine di pianificare, progettare e costruire una rete con iBeacon. Come ultima analisi, si prenderà in esame la relazione tra l'iBeacon e l'Internet of Things (IoT), e gli sviluppi che potrà portare all'evoluzione del Marketing di Prossimità, mostrando un esempio concreto di utilizzo efficace di questa innovativa tecnologia (EXPO 2015).

Empowerment del cittadino/paziente: realizzazione di un’applicazione di telemedicina per una migliore qualità di vita

Il progetto di tesi ha il compito di far comunicare un device mobile con un apparato elettromedicale tramite tecnologia bluetooth low energy. Il paziente ha a disposizione questo apparato per misurarsi l'elettrocardiogramma autonomamente e poi, tramite l'uso dell'app, vengono mostrati i risultati ottenuti dalla misurazione. Una volta inviati i dati dal dispositivo elettromedicale all'app, questi vengono anche inoltrati a un server dove saranno sottoposti a controlli, da parte del medico curante.

Monte Carlo dose calculation improvements for low energy electron beams using eMC

The electron Monte Carlo (eMC) dose calculation algorithm in Eclipse (Varian Medical Systems) is based on the macro MC method and is able to predict dose distributions for high energy electron beams with high accuracy. However, there are limitations for low energy electron beams. This work aims to improve the accuracy of the dose calculation using eMC for 4 and 6 MeV electron beams of Varian linear accelerators. Improvements implemented into the eMC include (1) improved determination of the initial electron energy spectrum by increased resolution of mono-energetic depth dose curves used during beam configuration; (2) inclusion of all the scrapers of the applicator in the beam model; (3) reduction of the maximum size of the sphere to be selected within the macro MC transport when the energy of the incident electron is below certain thresholds. The impact of these changes in eMC is investigated by comparing calculated dose distributions for 4 and 6 MeV electron beams at source to surface distance (SSD) of 100 and 110 cm with applicators ranging from 6 x 6 to 25 x 25 cm(2) of a Varian Clinac 2300C/D with the corresponding measurements. Dose differences between calculated and measured absolute depth dose curves are reduced from 6% to less than 1.5% for both energies and all applicators considered at SSD of 100 cm. Using the original eMC implementation, absolute dose profiles at depths of 1 cm, d(max) and R50 in water lead to dose differences of up to 8% for applicators larger than 15 x 15 cm(2) at SSD 100 cm. Those differences are now reduced to less than 2% for all dose profiles investigated when the improved version of eMC is used. At SSD of 110 cm the dose difference for the original eMC version is even more pronounced and can be larger than 10%. Those differences are reduced to within 2% or 2 mm with the improved version of eMC. In this work several enhancements were made in the eMC algorithm leading to significant improvements in the accuracy of the dose calculation for 4 and 6 MeV electron beams of Varian linear accelerators.

The Search for Low Energy Conformational Families of Small Peptides: Searching for Active Conformations of Small Peptides in the Absence of a Known Receptor

Breast cancer is the most common cancer among women. Tamoxifen is the preferred drug for estrogen receptor-positive breast cancer treatment, yet many of these cancers are intrinsically resistant to tamoxifen or acquire resistance during treatment. Therefore, scientists are searching for breast cancer drugs that have different molecular targets. Previous work revealed that 8-mer and cyclic 9-mer peptides inhibit breast cancer in mouse and rat model systems, interacting with an unknown receptor, while peptides smaller than eight amino acids did not inhibit breast cancer. We have shown that the use of replica exchange molecular dynamics predicts structure and dynamics of active peptides, leading to the discovery of smaller peptides with full biological activity. These simulations identified smaller peptide analogs with a conserved turn, a β-turn formed in the larger peptides. These analogs inhibit estrogen-dependent cell growth in a mouse uterine growth assay, a test showing reliable correlation with human breast cancer inhibition. We outline the computational methods that were tried and used with the experimental information that led to the successful completion of this research.