Tesi di Dottorato
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Item Current anomalies and signatures of zero-energy excitations in onedimensional superconducting systems(Università della Calabria, 2020-07-16) Giuliano, Rosa; Cipparrone, Gabriella; Giuliano, DomenicoI sistemi monodimensionali superconduttivi sono terreno fertile sia per lo studio teorico di fenomeni esotici, sia per le innumerevoli applicazioni ingegneristiche a cui possono dare luogo. In questo lavoro di tesi, l’attenzione sarà posta verso questo genere di sistemi dal punto di vista teorico, approfondendo ed analizzando due tipi diversi di superconduttività (in onda s ed in onda p) in sistemi monodimensionali con simmetrie differenti. Nel primo argomento trattato, si propone un modello di superconduttore in onda p, con simmetria ad anello ed attraversato da un flusso magnetico. In condizioni particolari, osservando lo spettro energetico del sistema, si nota la comparsa di modi ad energia zero, i cosiddetti Modi di Majorana, ad oggi grande argomento di studio nella fisica della materia condensata per le loro possibili implementazioni in qbit e porte logiche e perché non abbiamo ancora evidenze sperimentali della loro presenza (nonostante vi siano diversi esperimenti in atto) nella fisica delle alte energie. Il device così presentato diventa quindi uno strumento utilissimo per la rilevazione e lo studio di questi modi ad energia zero, utilizzando come quantità misurabile la corrente persistente indotta dal flusso magnetico. Infatti, essendo la corrente la derivata dell’energia dello stato fondamentale, le informazioni che si sono ottenute guardando allo spettro energetico, vengono automaticamente tradotte e ricalcate nella forma della corrente, la quale, quando si manifestano i Modi di Majorana nel sistema, presenta delle evidentissime discontinuità. Nel lavoro di tesi, oltre a fornire una possibile applicazione sperimentale, in cui basta usare un magnetometro per effettuare la misura in modo non invasivo, è stato proposto un modello analitico per ottenere una formula per la corrente persistente utilizzando la matrice di trasferimento del sistema. Ovviamente, la manifestazione dei modi ad energia zero in un sistema finito-dimensionale non è banale e si manifesta solo per speciali valori del flusso magnetico che attraversa l’anello. Il modello quindi proposto diviene decisamente comodo per le implementazioni sperimentali. Va notato, tuttavia, che nei casi reali i sistemi non sono mai perfettamente aderenti al modello teorico che si propone. Per questo motivo, il passo successivo è stato quello di studiare lo stesso modello in presenza di disordine. Quello che è emerso dall’analisi è che per una quantità di disordine moderata, è ancora possibile rilevare i Modi di Majorana nel sistema attraverso la corrente persistente. Effettuando un’analisi statistica del sistema, è stato inoltre possibile fornire un diagramma di fase in cui riportiamo i valori che può assumere l’ampiezza del disordine al variare del potenziale chimico del sistema per mantenere la presenza dei modi ad energia zero. Nella seconda parte della tesi, l’attenzione si volge invece ai superconduttori in onda s e, in particolare, a giunzioni di metalli superconduttori-normali-superconduttori (SNS). In sistemi con questa simmetria, è previsto che scorra una corrente, detta corrente Josephson, anche in assenza di differenza di potenziale ai capi del filo. Questo fenomeno, che ad oggi trova largo spazio tra le implementazioni ingegneristiche, è legato alla differenza di fase tra il metallo superconduttore e quello normale. Allo stesso modo, si può manifestare anche tra due superconduttori che hanno una differenza di fase diversa da zero. Tuttavia, in particolari condizioni (quale la presenza dello spin-orbita e dell’effetto Zeeman), si può avere un’anomalia nella corrente ed avere, anche con differenza di fase nulla, una certa quantità di corrente che fluisce nel sistema. Questo effetto prende il nome di corrente Josephson anomala. Per studiarla ed ampliare le conoscenze su questo fenomeno, è stato pensato un sistema SNS in cui nella zona normale (N) sono presenti interazione spin-orbita, effetto Zeeman ed un confinamento armonico. L’approccio utilizzato è stato quello del formalismo della matrice di scattering per ottenere le equazioni che sono state poi risolte numericamente variando i parametri del sistema. In questo modo, non solo possiamo studiare l’anomalia della corrente Josephson, che risulterà essere evidente dai risultati riportati dai grafici di densità presenti nel lavoro di tesi, ma anche ciò che accade nel caso in cui si considerino più canali di scattering. Ciò che è emerso, alla fine dell’analisi, è che quando si considera un numero di canali di scattering maggiore di 1, la corrente, oltre a presentare la sua anomalia, presenta anche una asimmetrizzazione nella sua forma. Ciò implica che il movimento delle particelle da sinistra a destra è diverso dal moto opposto che queste hanno nella giunzione. Se ne conclude che un sistema così strutturato consente la prototipazione di un diodo superconduttivo.Item Naturalderivative polymeric films containing transition metal complexes in between biomedical and food packaging applications(Università della Calabria, 2020-07-10) Giorno, Eugenia; Cipparrone, Gabriella; Crispini, Alessandra; Aiello, IolindaI biopolimeri sono principalmente studiati per la progettazione di nuovi materiali utili per l'imballaggio alimentare e/o applicazioni biomediche. Il confezionamento è una componente essenziale nell'industria alimentare, necessaria per preservare la qualità e la sicurezza degli alimenti. La classica funzione del packaging alimentare, che inizialmente si basava sulla protezione, la comunicazione, la convenienza e il contenimento dei prodotti, è notevolmente migliorata con lo sviluppo di un nuovo concetto di imballaggio alimentare che consiste in sistemi di packaging attivi ed ecosostenibili. Attualmente, i principali materiali utilizzati per le applicazioni di confezionamento alimentare sono polimeri plastici prodotti da combustibili fossili, grazie al loro basso costo ed alla loro versatilità d'uso, entrambi fattori che hanno contribuito al loro rapido sviluppo nell’industria dell’imballaggio alimentare. Tuttavia, questi materiali non sono rinnovabili e non sono biodegradabili; il loro riciclaggio non è sempre possibile o economicamente vantaggioso, con conseguenti problemi indotti sull’ambiente. Lo sviluppo di materiali da fonti rinnovabili, in particolare con proprietà biodegradabili, contribuirebbe positivamente a un uso più sostenibile ed ecologico della plastica. Per questo motivo, l'uso di biopolimeri nelle applicazioni di confezionamento alimentare rappresenta una tendenza in rapida crescita. I biopolimeri possono essere ottenuti direttamente dai processi di polisaccaridi naturali o sintetizzati dalle reazioni di polimerizzazione chimica classica a partire dai corrispondenti monomeri rinnovabili. In questa prospettiva, la ricerca si sta concentrando sulla progettazione di materiali innovativi a base di polimeri naturali con prestazioni competitive ed economicamente convenienti rispetto ai materiali convenzionali derivati dal petrolio. I biopolimeri sono utilizzati principalmente nell'industria alimentare come materiali per imballaggio primario e secondario, film flessibili e rivestimenti commestibili. Grazie alle loro eccellenti caratteristiche biocompatibili e non tossiche, i biopolimeri trovano anche ampie applicazioni in campo medico come sistemi di rilascio di farmaci, dispositivi impiantabili, prodotti per la guarigione delle ferite e scaffold per l'ingegneria dei tessuti. Uno dei biopolimeri più abbondanti in natura è la cellulosa, essa è la componente strutturale della parete cellulare primaria delle piante verdi. I derivati della cellulosa sono ben noti in quanto possono essere ottenuti attraverso diverse reazioni come ossidazione, esterificazione ed eterificazione della cellulosa. I derivati della cellulosa come la carbossimetilcellulosa (CMC), la metilcellulosa (MC) e l'etilcellulosa (EC), hanno trovato molte applicazioni nell'industria alimentare e biomedica. Lo scopo generale di questa tesi di dottorato è la progettazione di processi eco-compatibili ed economicamente sostenibili per la preparazione di film polimerici antimicrobici. Nell'ambito di questo progetto di ricerca, l'interesse è stato focalizzato verso l’EC per i suoi numerosi vantaggi rispetto agli altri. L’EC è, infatti, solubile in vari solventi e può essere facilmente processata come film resistenti con una buona stabilità termica e lavorabilità. L'obiettivo principale di questo lavoro di ricerca è la preparazione di nuovi film polimerici di EC e successiva caratterizzazione. Inoltre l'attività ricercata svolta consiste nel conferire proprietà antimicrobiche ai film polimerici di EC incorporando specifici complessi di metalli di transizione. Come additivi antimicrobici sono stati utilizzati, date le loro note proprietà antimicrobiche, vari complessi di Ag(I) neutri e ionici. In particolare, i complessi acilpirazolonato di Ag(I) neutri sono stati scelti per la loro azione antibatterica esibita contro numerose famiglie batteriche. Inoltre, questi complessi che presentano una varietà di gruppi funzionali e di conseguenza caratteristiche strutturali diverse hanno permesso di studiare le diverse modalità di interazione con la matrice polimerica. Tutti i film EC sono stati preparati con il metodo "solvent casting”, le soluzioni di “casting” sono state ottenute miscelando in diversi rapporti in peso degli additivi Ag(I) rispetto all’EC in soluzione o allo stato solido. In entrambi i casi, dopo l'evaporazione del solvente, i film trasparenti sono stati isolati semplicemente rimuovendoli dal supporto di deposito con acqua calda. Le caratterizzazioni chimico-fisiche dei nuovi film di EC-Ag(I) sono state eseguite attraverso la spettroscopia infrarossa a trasformata di Fourier (FT-IR), l'analisi termogravimetrica (TGA), la calorimetria a scansione differenziale (DSC), diffrazione dei raggi X su polveri (PXRD) e misura dell'angolo di contatto con l'acqua (WCA). Da un punto di vista applicativo, lo scopo di questa tesi di dottorato è stato quello di preparare nuovi materiali antimicrobici da utilizzare come imballaggi alimentari e nel campo biomedico. A tale scopo, era di fondamentale importanza testare l'attività antibatterica ed eseguire i test di rilascio d'argento dei film ottenuti. Tutti i film preparati EC-Ag(I) sono stati testati per la valutazione della loro attività antimicrobica contro l'Escherichia coli, come modello di ceppi Gram-negativi, in accordo con la normativa standard ISO 22196: 2011. Inoltre, per tutti i film sono eseguiti i test di rilascio della migrazione specifica di ioni Ag(I), secondo la legislazione dell'UE; molti film hanno mostrato valori di rilascio inferiori al limite della legislazione dell'UE. Grazie alle proprietà antimicrobiche dei film ottenuti e del loro limitato rilascio di Ag(I), i film ottenuti rappresentano nuovi materiali molto promettenti per i campi di applicazione sopra riportati. Il lavoro di ricerca svolto ha dimostrato come il diverso tipo d’interazione che s’instaura tra i complessi metallici Ag(I) e la matrice polimerica svolge un ruolo chiave nelle proprietà complessive mostrate dai film preparati. Tale conoscenza è fondamentale per lo sviluppo di materiali e dispositivi con prestazioni migliorate rispetto a quelli derivanti dall’utilizzo delle singole componenti utilizzate per la preparazione dei film polimerici. Questo lavoro di ricerca è stato svolto nei laboratori MAT-InLAB del Dipartimento di Chimica e Tecnologie Chimiche dell'Università della Calabria in collaborazione con l’azienda TiFQLab “Centro di Sperimentazione, Ricerca e Analisi Applicata alle Tecnologie Alimentari e dell'Acqua Potabile”.Item Applicazione dei big data nel turismo, marketing ed education(Università della Calabria, 2020-03-18) Giglio, Simona; Critelli, Salvatore; Pantano, PietroIl mondo è attualmente inondato da dati e l’avanzare delle tecnologie digitali amplifica questo fenomeno in modo esponenziale. Tale fenomeno viene etichettato con il concetto di Big Data ovvero le tracce digitali che le nostre attività quotidiane lasciano per effetto dell’uso massiccio dei sistemi ICT (Information Communication Technologies). I Big Data sono diventati il nuovo microscopio che rende “misurabile” la società. Per tali ragioni, la ricerca è incentrata sull’analisi dei Big data, estratti dai social media, da indagini online, da piattaforme di recensioni e da database, attraverso l’applicazione di tecniche e strumenti sviluppati nell’ambito dell’Intelligenza Artificiale. Algoritmi di machine learning, analisi semantica ed analisi statistica sono stati utilizzati per estrarre, dai Big Data, informazione sotto forma di “conoscenza” e “valore”, dimostrando come dati di grandi dimensioni possano fungere da ricca fonte di informazione, da un lato, per comprendere il comportamento dell’utente, parte integrante di una società complessa (conoscenza), e dall’altro, per sostenere i processi decisionali e i servizi forniti agli utenti/consumatori (valore). Il lavoro si caratterizza per un approccio multidisciplinare tra settori differenti quali le scienze sociali, le scienze statistiche e l’informatica. Questo ha permesso di fondare la ricerca sui Big Data nella teoria, e fornire un efficace recupero e analisi dei dati nella pratica. Le tecniche di machine learning sono state applicate per (i) il riconoscimento delle immagini, (ii) per la creazione di cluster, (iii) per l’analisi del testo (sentiment analysis) e (iv) per la profilazione di classi di utenti. Per il riconoscimento delle immagini l’approccio ha richiamato le reti neurali artificiali (deep artificial neural networks), algoritmi e sistemi computazionali ispirati al cervello umano utilizzando le potenzialità del programma Wolfram Mathematica e la disponibilità di dati estratti da social network quali Flickr, Twitter, Instagram ed altre piattaforme come TripAdvisor. Gli strumenti utilizzati nella ricerca hanno permesso di indagare e di rilevare in modo oggettivo dall’analisi di immagini e di testi condivisi sul web, alcuni comportamenti cognitivi degli utenti/consumatori alla base delle loro scelte nonché l’attrattività di una destinazione turistica e la qualità dell’esperienza dell’utente. Lo studio del significato delle parole nel testo ha aperto la strada al web semantico che permette ad un utente di acquisire informazioni approfondite durante una ricerca attraverso un sistema formato da una rete di relazioni e connessioni tra documenti. Partendo dalle ricerche di Ogden e Richards sullo studio del significato e di Jakobson che studiò i processi comunicativi, si è cercato di strutturare e sistematizzare un processo che riflette un atto comunicativo ed informativo tale che un simbolo (immagine) attraverso l’applicazione di un significante (machine learning che si sostituisce al processo mentale proprio dell’uomo) permettesse l’esplicitazione di un referente (oggetto\etichetta) che opportunatamente porta alla trasmissione di un messaggio sotto forma di conoscenza. Il tutto coordinato da un sistema in grado di coniugare fattori differenti in un’ottica interdisciplinare dove l’analisi dei dati combacia perfettamente con la linguistica. Attingendo da studi precedenti, i risultati raggiunti dimostrano che gli algoritmi di analisi dei Big Data quali l’apprendimento automatico contribuiscono da un lato alla comprensione sull’esperienza dell’utente verso un luogo, una destinazione; d’altra parte, la loro analisi fornisce una conoscenza sistematica delle valutazioni dei consumatori su un determinato prodotto o servizio e verso lo sviluppo di una sorta di “intelligenza sociale”. Inoltre i risultati della ricerca propongono come, un approccio più sofisticato al monitoraggio dei social media nel contesto turistico e nel marketing, nonché nel settore dell’education, possa contribuire a migliorare le decisioni strategiche e le politiche operative degli stakeholder nonché ad avere una visione psicologica sugli atteggiamenti e sul comportamento di un ampio spettro di utenti.Item Resilienza e rischio nella rilettura urbanistica dell'emergenza. Il ruolo della viabilità strategica(Università della Calabria, 2020-02-18) Gaudio, Sara; Furgiuele, Franco; Francini, MauroUrban systems are increasingly experiencing processes of evolution, change and transition. Therefore, there is an urgent need of identifying new planning approaches aimed at promptly responding to them. Over the years, the themes of risk and security have, more or less sponta-neously, contributed to direct the ways of governing the territories. However, the most recent crises have shown how many critical issues have remained unresolved. In this respect, new challenges have to be faced, especially in terms of emergency planning. Starting from a theoretical reflection on the current planning orientation and on the concept of urban resilience, this research tries to use a novel meth-odological approach with a view to provide a new characterisation to Emer-gency Plans, more spatial and not just operational. Following the need to identify some categories of relevant urban elements on the territory, the proposed performance-based framework offers a formal procedure for the detection of strategic road infrastructures. The obtained results allow to plan already in “peacetime” the best alternative routes to ar-rive safely in the areas established by Civil Protection in case of event and to facilitate rescue operations. Therefore, the analysis of the physical and functional relationships among different elements of the territory shifts the focus of emergency from a piece-meal approach to a more integrated one. This will be capable of addressing more consistently the future decisions concerning the urban structures, typi-cal of ordinary territorial planning.Item Applicazione della shallow water equations per la simulazione numerica a scala di bacino degli eventi alluvionali(Università della Calabria, 2020-04-16) Gangi, Fabiola; Critelli, Salvatore; Macchione, Francesco; Costanzo, CarmelinaLa valutazione del rischio idraulico connesso alle piene dei corsi d’acqua è particolarmente delicata quando gli eventi alluvionali hanno carattere impulsivo, come accade nei bacini di modeste dimensioni. L’approccio correntemente utilizzato per l’analisi idraulica è quello di individuare dei singoli tratti di interesse dei corsi d’acqua. L’analisi è condotta sulla base di idrogrammi di progetto ricavati mediante modelli idrologici del tipo afflussi-deflussi. In questa memoria sarà invece applicato un approccio basato sull’analisi degli effetti idraulici provocati da un evento meteorico considerando come dominio per il calcolo idraulico l’intero bacino idrografico. Tale approccio è in grado di individuare situazioni di pericolo in zone che magari non sarebbero state esaminate. L’uso di modelli idrodinamici basati sulle shallow water equations, è diventato oggetto di crescente interesse per simulare eventi a scala di bacino. Un fattore che può essere limitante ai fini dell’ottenimento di risultati conseguibili con il dettaglio fisico garantito dalle SWEs è la dimensione delle celle di calcolo. Questa deve essere sufficientemente piccola da garantire un’accurata simulazione degli effetti idraulici e contestualmente non troppo piccola per non rendere proibitiva la mole dei calcoli su domini estesi. In questa ottica, il presente lavoro propone di occuparsi dell’individuazione dei criteri per la delimitazione delle aree a pericolosità idraulica definendo la più grande dimensione che può essere assegnata alla cella di calcolo per ottenere risultati sufficientemente affidabili. A tal fine, un modello numerico basato sulle SWE, sviluppato dagli autori e parallelizzato utilizzando le direttive OPENMP e MPI, è stato applicato al bacino del fiume Beltrame, collocato sulla costa Est della Calabria. Il torrente Beltrame, come altri torrenti della fascia ionica calabrese, è stato interessato, in passato, da eventi alluvionali di notevoli dimensioni. Si prenderà qui in esame l’evento accaduto il 10 settembre 2000. La risoluzione dei dati topografici a disposizione è variabile. Il 39% ha una copertura di dati DTM a risoluzione 5 metri, il 59% ha copertura di dati LiDAR a risoluzione 1 metro e l’2% ha copertura di dati LiDAR a risoluzione 2 metri. A partire dai dati topografici, sono stati generati quattro domini computazionali con griglie di tipo non strutturato, uniforme, con elementi triangolari (con area variabile da 36 a 900 m2). Le differenze tra i risultati ottenuti sono stati confrontati in termini di estensione di aree allagate e distribuzione dei valori della pericolosità all’interno delle aree perimetrate, quest’ultima quantificata secondo il prodotto hV, dove h è la profondità della corrente in un assegnato punto e in un assegnato istante e V è la contestuale velocità. La valutazione della sovrapponibilità delle aree per ciascuna classe di pericolosità è stata eseguita utilizzando diversi indici quali: Hit Rate, False Alarm Ratio, Critical Success Index. L’analisi condotta nella presente memoria ha messo in luce che, a scala di bacino, gli errori sui massimi tiranti crescano significativamente al crescere delle dimensioni delle celle di calcolo, sebbene essi si mantengano più contenuti, anche usando le griglie più grossolane, per la parte valliva, caratterizzata da estensioni più ampie dell’area allagata. In ogni caso sembra che questo abbia una scarsa ricaduta sulla valutazione della pericolosità. I calcoli e i confronti hanno mostrato che le aree a diversa pericolosità si distribuiscono all’interno dell’area del bacino in maniera simile. Inoltre, anche se non si arriva ad una perfetta sovrapposizione areale, esse sono collocate spazialmente in modo che o si sovrappongono parzialmente o, se sono delle strisce sottili, hanno dislocazioni molto prossime le une alle altre. si ritiene che anche con la griglia più grossolana si possa impiantare una buona analisi della pericolosità a scala di bacino, certamente con precisione maggiore andando dai rami montani del reticolo – più stretti - a quelli più ampli che provocano esondazioni in zone vallive.Item Commissioning and exploitation of the Tomo experimental station: case studies(Università della Calabria, 2021-07-19) Filosa, Raffaele; Cipparrone, Gabriella; Formoso, VincenzoAt the University of Calabria, the MATERIA project for the creation of a research infrastructure on advanced materials and technologies is being implemented. The MATERIA scientific centre will have a multidisciplinary nature and will be available not only to all University researchers but will also offer advanced services to the entire national and international scientific community. The core of the MATERIA project is STAR (Southern european Thomson source for Applied Research), an advanced Thomson source of monochromatic tunable, ps-long, polarized X-ray beams, ranging from 20 to 140 keV. The X-rays will be devoted to experiments of matter science, cultural heritage, advanced radiological imaging with micro-tomography capabilities. Thomson Back-Scattering (TBS) X-Ray sources, nowadays, are attracting strong attention, mainly by a strong flexibility, compactness and less expensive, respect to the synchrotron sources. (Bacci et al. 2014). The TBS is the electromagnetic process in which each electron absorbs one (linear Thomson scattering) or more (nonlinear Thomson scattering) photons from a laser pulse, emitting one photon. (Curatolo et al. 2017). If the electrons are ultrarelativistic the frequency of the scattered radiation is upshifted and it is emitted forward with respect to the particles motion, with a small aperture cone, proportional to the inverse of the Lorentz relativistic factor. A TBS source driven by high quality electron beams can works in different operating modes, e.g.: the high-fluxmoderate- monochromaticity mode, suitable for medical imaging when high-flux sources are needed; the moderate-flux- monochromatic mode, suitable to improve the detection/dose performance; short-and monochromatic mode, useful for pump-and-probe experiments; further the coherence properties of the radiation have been well investigated by phase contrast imaging and diffraction enhanced imaging. The STAR source is based on: One S-band RF Gun at 100 Hz that will produce electron bunches boosted up to 60 MeV by a 3m long S-band TW cavity. A dogleg convey the beam on a parallel line, so to shield the X-ray line from the background radiation due to Linac dark current. The peculiarity of the machine is the ability to produce high quality electron beams, with low emittance and high stability, allowing to reach spot sizes around 15-20 microns, with a pointing jitter of the order of a few microns. The collision laser will be based on a Yb:Yag 100 Hz high quality laser system, synchronized to an external photo-cathode laser and to the RF system to better than 1 ps time jitter. As a first application of the STAR source it was decided to build an experimental station (beamline) dedicated to X-ray microtomography. X-ray microtomography is a kind of computed axial tomography (commonly abbreviated as CT), characterized by a high spatial resolution. It is a non-destructive 3-dimensional imaging technique used to investigate the internal microstructure of small samples (whose size is of a few centimeters), for which no particular sample preparation is required. The outcome of an X-ray microtomography investigation is a set of bidimensional grayscale scans of the sample, which are elaborated by Computed tomographic reconstruction algorithms in order to produce a highly resolved 3-D reconstruction of the sample, having a typical resolution of the order of a micron or even smaller, depending on the sample size. The quality of the final images relies on the different X-ray absorption properties of the materials that constitute the sample. In particular, the grayscale of the outcome image, and so its contrast level, is correlated to the density, composition and thickness of the sample materials, and it is due to the detection of amplitude variations of the transmitted X-rays. X-ray microtomography is used in materials studies, in particular for composites, for which it is very important to obtain morphological and densitometric information by using a noninvasive and a non-destructive investigation technique. The work presented in this thesis describes the development and implementation of a compact X-ray microtomography system called Tomo. Particular care was given to acquiring know-how and expertise in this investigation technique. The first step involved the development, the setup and tuning of the fundamental components for the construction of the experimental station: • the X-ray source, which is microfocus source, capable to generate very small focal spot sizes, typically between 5 and 50 microns in diameter. This is crucial to obtain high resolution images; • The linear stages with Stepper Motors for sample handling with a high degree of positioning accuracy (of the order of a micron). • The Flat-panel detectors, used for the projection radiography acquisition, that combine a large- area CMOS image sensor (CCD) and a scintillator. The second step was the development of a software package in LabView language (by National Instruments) for the remote control of the μTomo apparatus and the acquisition of radiographic images (projections). The software package can control the movement system, which is necessary for the alignment of the sample, the X-ray source and the detector. It also control the needed procedures for the acquisition and storage of the radiographic projections. The first experimental tests during the commissioning were particularly useful and allowed us to verify the performances of the μTomo experimental station. They were followed by a series of case studies that were carried out in various fields of material science.Item Facies analysis and fluid inclusion studies of the Messinian evaporites, Calabria, Southern Italy(Università della Calabria, 2020-03-26) Cipriani, Mara; Critelli, Salvatore; Costanzo, Alessandra; Dominici, RoccoMessinian salinity crisis (MSC) is, from about 30 years, one of the most important and debated topic in the scientific community, both in environment and economic field. In this context, Calabrian evaporite deposits, poorly investigated in the past, offer an interesting opportunity to expand the knowledge because they confirm and increase the models created for other Mediterranean basins, and add important information on the main halite and gypsum facies. In this regard, saline evaporitic facies outcropping in the Crotone, Catanzaro and Ionic Basins were investigated using a multidisciplinary approach from classical petrography, to the study of fluid inclusions (FIs) to isotopic geochemistry. (A) The halite samples from the Crotone Basin have highlighted three primary facies; two known in the literature as banded and white while the third, never observed before, called in this work transparent. The transparent facies seems recrystallized but the analyses conducted show instead a primary origin. The three facies form in different environment and with a dissimilar deposition rate (fast or slow) due to pycnocline oscillation (daily or seasonal). Pycnocline oscillations can explain the different temperature of homogenization found within the FIs (from +20° to +33°C). The facies form in a hybrid brine (salinity av. ̴ 26.2 eq. wt% NaCl) enriched in Ca-Mg-Na-K-Cl elements, regardless of their deposition rates. During their fluid inclusions testifying plastic and ductile deformations that don’t remove primary features, demonstrating low recrystallization during burial process. Moreover, isotopic data attribute these facies at the second step of the MSC (5.6-5.5 Ma) during Halite deposition stage in the Mediterranean Basin. (B) The selenite samples from the Catanzaro Trough belong to banded and giant facies. The crystals record middle-frequency climatic oscillation between the depositional cycles and high-frequency climatic oscillation (seasonal) between cloudy and clear microfacies observed within the crystals. These microfacies testify a different brine condition associated with seasonal variation: cloudy intervals form during continental water inflow in the humid phase (Mg and Ca as dominant elements and low salinity values - av. ̴ 3 eq. wt% NaCl), while, clear intervals form in marine water during the arid phase (Na, K and Cl as dominant elements and high salinity values - av. ̴ 21.5 eq. wt% NaCl). Isotopic data attribute these facies at the third step of the MSC (5.5-5.3 Ma) placing, for the first time, the formation of the giant facies at the Upper Gypsum stage in the Mediterranean Basin. (C) The analyses conducted on the gypsum deposit from the Ionian Basin have shown that these crystals do not display primary features. This deposit is an olistostrome. The isotopic data confirm secondary origin attributing these facies at the second step of the MSC (5.5-5.3 Ma) during the Resedimented Lower Gypsum deposition stage in the Mediterranean Basin. The data obtained from the study of the Calabrian Messinian deposits indicate a surprising variety and diversity of evaporitic facies. In this work, it emerges that the formation of, crystals trap primary FIs and microalgae (blue, green and yellow). Primary FIs and organic matters, associated with secondary the different facies is strongly conditioned by climate (wet/arid) and intrinsic characteristics of the basin (depth, arrival of continental water flows etc.) which promote the development of one facies rather than of another.Item Synthetic strategies towards short-chain peptides for potential biomedical applications and tumor-targeted mesoporous silica-based drug delivery systems development(Università della Calabria, 2020-04-17) Comandè, Alessandra; Andò, Sebastiano; Leggio, AntonellaMy PhD research project was focused on the design and development of short-chain peptides with biomedical applications and on the identification of new peptide synthesis strategies. Briefly, the specific objectives of my research work were the following: · Design and synthesis of novel methylated tetrapeptides acting as leptin antagonists with potentially improved stability and pharmacokinetic properties compared to the non-methylated analogue leptin antagonist LDFI. · Identification and synthesis of a novel peptide ligand able to recognize CD38, a marker overexpressed on multiple myeloma (MM) cells, for the targeted delivery of bortezomib, the drug of choice for this type of cancer. · Design and synthesis of new peptide entities to use as inhibitors linked to chelators to produce new molecular probes for prostate cancer imaging via PET. · Identification of new and efficient peptide synthesis strategies aimed at obtaining small peptides in the solution phase. The developed strategies can prove useful for obtaining biologically active peptides. · Development of a targeted MSN-based nanocarrier bearing the anticancer drug doxorubicin and grafted, on the external surface, with folic acid (FOL-MSN-DOXO). The system developed in this study provides an attractive template to develop more selective DOXO delivery systems by using peptides as targeting ligands. The present thesis consists of published work (papers) and work in progress (ongoing works) that must still be completed in order to be published in the future. Peptide sequences and their structural characterizations have been omitted in ongoing work 1 and in ongoing work 2 since a patent application is going to be filed for both products.Item Enhanced electromagnetic models for the accurate design of non-invasive microwave biosensors(Università della Calabria, 2020-04-27) Cioffi, Vincenzo; Crupi, Felice; Costanzo, SandraItem Novel insight into the protective role of androgen receptor in ER-positive breast cancer(Università della Calabria, 2020-04-17) Chiodo, Chiara; Andò, Sebastiano; Lanzino, MarilenaIntroduction: Androgen receptor (AR) role in breast cancer appears to be clinically relevant and disease context specific. In estrogen receptor (ER) α-positive primary breast cancers, AR positivity correlates with low tumor grade and a better clinical outcome. These clinical-pathological findings mirror androgen capability to counteract ERα-dependent proliferation in both normal and tumor mammary epithelium. Tumor microenvironment is a key factor in cancer development and progression since the physical and hormonal paracrine exchanges with the epithelial compartment promote tumor cell proliferation and metastasis. This research project reports additional molecular mechanisms in the dynamic interplay between AR and ER-α signaling pathway in breast cancer cells and showed AR expression and role in the stroma of ER-positive breast cancers. Material and methods: MCF-7, T47D, SKBR3 breast cancer cells and cancer-associated fibroblats (CAFs) from biopsies of primary breast tumors (n=3); cell proliferation assay, transient transfection, quantitative Real Time PCR (qRT-PCR), western blotting (WB), immunoprecipitation assay (IP), chromatin immunoprecipitation assay (ChIP), RNA silencing, tunel assay, DNA affinity precipitation assay (DAPA), immunofluorescence analysis (IF), immunocytochemical staining (IHC), wound-healing scratch assay, F-actin staining assay, Boyden-chamber transmigration assay, matrigel-based invasion assay, cytokine array, zymography assay, mammosphere forming efficiency assay. Data were analyzed by ANOVA. Results: This study demonstrated an androgen-dependent mechanism through which ligand-activated AR decreased estradiol-induced cyclin D1 protein, mRNA and gene promoter activity in MCF-7 cells. This mechanism involved the competition of AR and ERα for the steroid receptor coactivator AIB1, a limiting factor in the functional coupling of ERα with the cyclin D1 promoter. Indeed, AIB1 overexpression was able to reverse the down-regulatory effects exerted by AR. Co-immunoprecipitation studies showed that AIB1 preferentially interacted with ERα or AR in relation to their intracellular levels. In addition, ChIP analysis evidenced that androgen administration decreased E2-induced recruitment of AIB1 at the AP-1 site on the cyclin D1 promoter gene. Moreover, this research project showed an increased expression of the pro-apoptotic protein BAD following androgen treatment while the levels of anti-apoptotic protein Bcl-2 as well as of the pro-apoptotic proteins BID and BAX remained unchanged. As consequence, the Bcl-2/BAD ratio was reduced, shifting the delicate balance between inhibitors and inducers of cell death. Androgen stimulation increased also BAD levels into the nuclear compartment in ERα/AR-positive MCF-7 as well as in ERα negative/AR-positive SKBR3 cells. The androgen-regulated intracellular localization of BAD involved an AR/BAD physical interaction, suggesting a nuclear role for BAD upon androgen stimulation. Indeed, androgens induced both AR and BAD recruitment at the AP-1 and the ARE sites within the cyclin D1 promoter region, contributing to explain the anti-proliferative effect of androgens in breast cancer cells. Finally, the study demonstrated AR expression and functionally activation upon androgen treatment in primary human breast CAFs. Androgen-activated AR affected CAFs secretory phenotype as evidenced by cytokine array performed on CAFs conditioned medium (CM). Co-culture experiments showed that CM from androgen-treated CAFs was less effective in stimulating MCF-7 and T47D cells motility and invasion compared to CM from untreated ones, indicating that androgens, via AR, may influence CAFs secretion of paracrine soluble factors involved in tumor cell motility and invasiveness sustainment. Conclusions: Taken together all these data showed that ligand activated AR exerts a protective role in E2-dependent breast cancer development and progression by inhibiting CD1 expression through the squelching of the steroid receptor co-activator AIB1 and the overexpression of the pro-apoptotic protein BAD. Furthermore, the study highlighted the protective role of AR in the tumor microenvironment, since activated-stromal AR affects the paracrine factors secreted by CAFs reducing ER-positive breast cancer cell migration and invasiveness. Thus, these findings reinforce the possibility to couple the androgen-based therapy with therapies targeting other important pathways in ERα-positive breast cancer patient treatment.