Innovative analytical strategies for the development of sensor devices and mass spectrometry methods

Il lavoro presentato in questa tesi di Dottorato è incentrato sullo sviluppo di strategie analitiche innovative basate sulla sensoristica e su tecniche di spettrometria di massa in ambito biologico e della sicurezza alimentare. Il primo capitolo tratta lo studio di aspetti metodologici ed applicativi di procedure sensoristiche per l’identificazione e la determinazione di biomarkers associati alla malattia celiaca. In tale ambito, sono stati sviluppati due immunosensori, uno a trasduzione piezoelettrica e uno a trasduzione amperometrica, per la rivelazione di anticorpi anti-transglutaminasi tissutale associati a questa malattia. L’innovazione di questi dispositivi riguarda l’immobilizzazione dell’enzima tTG nella conformazione aperta (Open-tTG), che è stato dimostrato essere quella principalmente coinvolta nella patogenesi. Sulla base dei risultati ottenuti, entrambi i sistemi sviluppati si sono dimostrati una valida alternativa ai test di screening attualmente in uso per la diagnosi della celiachia. Rimanendo sempre nel contesto della malattia celiaca, ulteriore ricerca oggetto di questa tesi di Dottorato, ha riguardato lo sviluppo di metodi affidabili per il controllo di prodotti “gluten-free”. Il secondo capitolo tratta lo sviluppo di un metodo di spettrometria di massa e di un immunosensore competitivo per la rivelazione di prolammine in alimenti “gluten-free”. E’ stato sviluppato un metodo LC-ESI-MS/MS basato su un’analisi target con modalità di acquisizione del segnale selected reaction monitoring per l’identificazione di glutine in diversi cereali potenzialmente tossici per i celiaci. Inoltre ci si è focalizzati su un immunosensore competitivo per la rivelazione di gliadina, come metodo di screening rapido di farine. Entrambi i sistemi sono stati ottimizzati impiegando miscele di farina di riso addizionata di gliadina, avenine, ordeine e secaline nel caso del sistema LC-MS/MS e con sola gliadina nel caso del sensore. Infine i sistemi analitici sono stati validati analizzando sia materie prime (farine) che alimenti (biscotti, pasta, pane, etc.). L’approccio sviluppato in spettrometria di massa apre la strada alla possibilità di sviluppare un test di screening multiplo per la valutazione della sicurezza di prodotti dichiarati “gluten-free”, mentre ulteriori studi dovranno essere svolti per ricercare condizioni di estrazione compatibili con l’immunosaggio competitivo, per ora applicabile solo all’analisi di farine estratte con etanolo. Terzo capitolo di questa tesi riguarda lo sviluppo di nuovi metodi per la rivelazione di HPV, Chlamydia e Gonorrhoeae in fluidi biologici. Si è scelto un substrato costituito da strips di carta in quanto possono costituire una valida piattaforma di rivelazione, offrendo vantaggi grazie al basso costo, alla possibilità di generare dispositivi portatili e di poter visualizzare il risultato visivamente senza la necessità di strumentazioni. La metodologia sviluppata è molto semplice, non prevede l’uso di strumentazione complessa e si basa sull’uso della isothermal rolling-circle amplification per l’amplificazione del target. Inoltre, di fondamentale importanza, è l’utilizzo di nanoparticelle colorate che, essendo state funzionalizzate con una sequenza di DNA complementare al target amplificato derivante dalla RCA, ne permettono la rivelazione a occhio nudo mediante l’uso di filtri di carta. Queste strips sono state testate su campioni reali permettendo una discriminazione tra campioni positivi e negativi in tempi rapidi (10-15 minuti), aprendo una nuova via verso nuovi test altamente competitivi con quelli attualmente sul mercato.

Nitrate in soil solution with use of plant cocktails as green manure in diferent tillage systems in the brazilian semi-arid

Tillage systems strongly affect nutrient transformations and plant availability. The objective of this study was to assess the nitrate dynamic in soil solution in different tillage systems with use of plant cocktail as green manure in fertilized melon (Cucumis melon) in Brazilian semi-arid. The treatments were arranged in four blocks in a split-plot design and included three types of cover crops and two tillage systems, conventional tillage (CT) and no-till (NT). The data showed no strong effect of plant cocktails composition on NO3-N dynamic in the soil. Mean concentration of NO3-N ranged from 19.45 mg L-1 at 15 cm to 60.16 mg L-1 at 50 cm soil depth, indicating high leachability. No significant differences were observed between NT and CT treatments for 15 cm depth. The high soil moisture content at ~ 30 cm depth concentrated high NO3-N in all treatments, mean of 54.27 mg L-1 to NT and 54.62 mg L-1 to CT. The highest NO3-N concentration was observed at 50 cm depth in TC (60.16 mg L-1). High concentration of NO3-N in CT may be attributed to increase in decomposition of soil organic matter and crop residues incorporated into the soil.

An approximate method for the solution of an influence function foil rolling model

Fleck and Johnson (Int. J. Mech. Sci. 29 (1987) 507) and Fleck et al. (Proc. Inst. Mech. Eng. 206 (1992) 119) have developed foil rolling models which allow for large deformations in the roll profile, including the possibility that the rolls flatten completely. However, these models require computationally expensive iterative solution techniques. A new approach to the approximate solution of the Fleck et al. (1992) Influence Function Model has been developed using both analytic and approximation techniques. The numerical difficulties arising from solving an integral equation in the flattened region have been reduced by applying an Inverse Hilbert Transform to get an analytic expression for the pressure. The method described in this paper is applicable to cases where there is or there is not a flat region.

An Efficient and Verifiable Solution to the Millionaire Problem

A new solution to the millionaire problem is designed on the base of two new techniques: zero test and batch equation. Zero test is a technique used to test whether one or more ciphertext contains a zero without revealing other information. Batch equation is a technique used to test equality of multiple integers. Combination of these two techniques produces the only known solution to the millionaire problem that is correct, private, publicly verifiable and efficient at the same time.