Tesi di Dottorato
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Item Active plasmonic nanostructures for biomedical applications(Università della Calabria, 2020-03-27) Chatterjee, Sharmistha; Bartolino, Roberto; Strangi, GiuseppeReal-time and label-free detection of protein molecules at ultralow concentration in their natural state is considered the “Holy-Grail” in biomedical research. Protein molecules pop up in the bodily fluids such as saliva, blood serum, at early stage of any infection or disease and circulate throughout the body. Therefore, the emergence of that particular infection or disease can be envisioned through the detection of the signature protein markers. The early detection of the disease would help to start the treatment early, and thus ensure therapeutic success which will eventually increase the survival rates and quality of life. The early detection of protein molecules is necessary for the diagnostics as well as for environmental monitoring, emergency response and homeland security. But the desired detection of protein molecules in the early stage is extremely challenging because of the ultralow concentration of the protein markers in the bodily fluid at the early stage and their acutely small size (< 3 nm). One way to overcome this hurdle is to use the extraordinary electromagnetic responses of noble metal nanoparticles (MNPs). Here stable gold nanostars (AuNS) have been synthesized to use their property for sensing. A surfactant-free, simple, one step wet-chemistry method was used to synthesize these spiky nanoparticles, which were stable in aqueous media for more than five months. Based on their characterization and the numerical analysis, it has been realized that these nanoantennas could be an efficient agent for the early detection of disease. Furthermore, for the marker detection, the heterodimeric nanogap, created between a nanostar antenna tip and a gold nanosphere, was seen to be more effective than those single nanostar antennas because of their higher intensity enhancement capability and also the optimum electric field map at the hot-spots which acts as the binding site for molecule. Both the AuNS antenna and the hybrid one could be easily converted to a biosensor, by anchoring suitable anti-bodies on the surface of the nanoantenna. Surprisingly, these gold nanostar antennas were seen to have both the non-edge breathing modes and the well-known edge dipolar mode. The optically active edge dipolar mode will be useful for the detection of protein molecules by using their localized surface plasmon resonance (LSPR) effect which is same as any conventional plasmonic biosensor. But the non-edge breathing modes of nanostar antenna will be helpful to determine the mass of adsorbed analyte based on the cantilever principle. The mass estimation (having the information about the polarizability and the size) of the markers is very crucial because it would provide the information about the number of amino acids present in that molecule which will help for better understanding of its molecular structure and thus will be useful for designing its anti-agent. This efficient acousto-plasmonic nanoantenna therefore could become a key element at a point of care. To go one step forward in this research area, Fano-lineshape based sensing was thought to be a promising idea. Here the reported Fano line-shape arises from the coupling of the gold nanorods dipped in thermo-responsive polymer matrix and a silver thin film. The Fano system was seen to respond to both the change in external temperature and the refractive index. This kind of Fano system will be helpful for the label-free detection of the foreign protein molecule with high efficiency and also for identifying the marker’s thermodynamic state and reactions of the molecule which is crucial for protein engineering. All these constitute the base of the discussion of part I of the thesis which is about the light harvesting plasmonic nanoantennas. In the 2nd part of the thesis, AZO metasurfaces and their optical activities are discussed. Aluminium doped Zinc Oxide (AZO) is a low-loss material and popular as an alternate plasmonic material. The highly ordered AZO nanotubes array system has seen to have gas sensing capability. The reported H2 gas detection within a very short time can make this system suitable for industrial application. The detection of H2 gas of lower concentration with the help of these nanostructures is also useful to detect the presence of bacteria by tasting their exhaled H2 gas. On the other hand, the AZO solid nanopillars arrays are seen to have generalized Brewster angle phenomena which can be useful for many applications including the optical switching. Lastly, some additional works have been described in a brief way. In this section, photonic nanojet related theoretical study, asymmetric sound transmission behaviour shown in 3D printed acoustics metamaterials, focal-length tunability of metalens and plasmon assisted cancer therapy has been reported. As per my belief and understanding, all these studies reported in this thesis will enrich the related research areas.Item Cardiac adaptation to hypoxia: goldfish as a natural animal model(Università della Calabria, 2020-11-29) Leo, Serena; Cerra, Maria Carmela; Imbrogno, Sandra; Filice, MariacristinaItem In search of genetic and epigenetic markers of human aging and longevity: a study in the Calabrian population(Università della Calabria, 2021-02-01) Iannone, Francesca; Cerra, Maria Carmela; Rose, GiuseppinaItem Thermo-Plasmonic triggered Bio-Photonic applications(Università della Calabria, 2021-04-02) Guglielmelli, Alexa; Cipparrone, Gabriella; Umeton, Cesare; De Sio, LucianoItem Self-assembled materials for anticounterfeiting devices(Università della Calabria, 2022-06-15) Fuoco, Erica; Cipparrone, Gabriella; De Santo, Maria PenelopeNegli ultimi anni il problema della contraffazione di prodotti ha assunto proporzioni allarmanti. Oltre ad essere un problema economico per aziende e governi, la contraffazione rappresenta un rischio notevole per la salute pubblica e per la sicurezza nazionale, questo soprattutto quando si ha a che fare con la contraffazione di medicinali o di componenti destinati ai comparti militari. Le copie contraffatte sono sempre più spesso, in apparenza, talmente fedeli all’originale che gli stessi produttori incontrano difficoltà nel distinguere il prodotto originale da una sua copia non autorizzata. A causa di questo, i paesi sviluppati necessitano di soluzioni tecniche sempre più efficaci che forniscano un valido supporto per l'autenticazione, l'identificazione e la tracciabilità delle merci. Le funzioni fisiche non clonabili (PUF) sono alla base dei sistemi di anticontraffazione più innovativi con elevati livelli di sicurezza. Una chiave PUF è una manifestazione fisica di una chiave crittografica, è impossibile da contraffare e si basa su una funzione fisica unica generata in maniera casuale. La materia soffice, grazie alle sue peculiari proprietà, si presta alla creazione di chiavi PUF. Ad esempio, materiali quali i cristalli liquidi e la cellulosa, in grado di auto-assemblarsi in complesse strutture sopramolecolari, presentano particolari proprietà ottiche e fotoniche ed una alta responsività agli stimoli esterni. Nuovi materiali compositi, basati sull’unione con nanoparticelle organiche ed inorganiche, possono essere preparati tramite procedure che conferiscono loro una casualità intrinseca. In questo modo è possibile creare strutture complesse e impossibili da riprodurre che si riflettono in proprietà ottiche uniche. Tali materiali sono degli ottimi candidati per la realizzazione di chiavi PUF. Il presente lavoro di dottorato si inquadra in questo filone di ricerca. In particolare sono presentati due esempi di chiavi PUF basate sull’utilizzo di emulsioni di cristallo liquido chirale. Confinando il materiale liquido cristallino, drogato con nanoparticelle metalliche, in microsfere e applicando un forte campo elettrico è possibile ottenere la creazione simultanea e casuale in ogni microsfera di diverse tessiture ottiche che mostrano le stesse caratteristiche delle impronte digitali umane. Tale sistema è proposto come generatore fisico di impronte digitali e viene mostrato un primo esempio di prototipo di etichetta anticontraffazione. Nel secondo caso l’emulsione di cristallo liquido, stavolta drogata con un colorante fluorescente e con dei nanocristalli di cellulosa, viene elettrofilata ottenendo un film sottile e flessibile che contiene al suo interno una disposizione casuale di microsfere fluorescenti. La mappa posizionale delle microsfere all’interno del filato costituisce una chiave PUF. Entrambi i risultati ottenuti sono originali e sono in fase avanzata di prototipazione. Inoltre, in vista della creazione di dispositivi bio ed eco compatibili che possano essere usati nella tracciabilità di cibi e farmaci, vengono presentate due soluzioni basate sull’utilizzo di materiali quali cellulosa e i suoi derivati (nanocristalli e idrossipropilcellulosa). Tali materiali, sintetizzati appositamente per questo lavoro di ricerca, sono utilizzati per la creazione di etichette autosupportate in grado di riflettere i colori in maniera selettiva, ma anche in grado di mostrare delle proprietà aggiuntive, quali la fluorescenza, se i nanocristalli di cellulosa sono funzionalizzati con un colorante. In questo caso, anche se i film utilizzati non presentano una casualità intrinseca, sono comunque strutture molto complesse di difficile riproduzione che possono essere arricchite da ulteriori proprietà ottiche. I film descritti si prestano a ulteriori miglioramenti, sia in termini della ottimizzazione delle procedure di sintesi dei materiali, sia in termini delle procedure di preparazione dei film.Item Materials and processes for the optical Additive Manufacturing of advanced organic/inorganic nanocomposites for the mask-less plating of insulator and semiconductor substrates, and microfluidic devices(Università della Calabria, 2020) Di Cianni, Wera; Cipparrone, Gabriella; Giocondo, Michele; De Luca, Antonio; De Leon, Alberto SanzThe research presented in this doctoral thesis is carried out in the nanotechnology and soft matter frameworks, under the 4.0 Industry paradigm, inspired by the need to find new strategies for the Additive Manufacturing (AM) and to obtain new processable nanocomposites with enhanced properties. The AM technologies allow to build 3D objects with complex geometries by adding layer-upon-layer of material without any mold and permits to fabricate structured objects and microfluidic systems with particular optical and mechanical properties which cannot be easily made with classical Subtractive Manufacturing (SM) techniques. This paves the way to large improvements in optoelectronics, biotechnology, diagnostic or medicine. Moreover, the combined employment of bottom-up and top-down fabrication approaches could lead to important advances in the field of nanotechnology, widening further the possible applications field, permitting high resolution repeatable nanofabrication of 3D complex objects with the possibility of immediate industrial applications. The first AM technique used in this work is Stereolithography (SL), a vat photopolymerization technique that uses UV light to produce objects with resolution in the range 10-100 μm. Here, the novelty consists in adding a metallic precursor (KAuCl4) to a typical photosensitive resin to produce nanocomposites with gold nanoparticles synthesized in situ via photo- and thermal reduction. Nanocomposites produced are rich in gold nanoparticles and have interesting optical and plasmonic properties. Moreover, a fine tuning of the concentration of the gold salt allows the resin polymerization without suffering any inhibition of the gold precursor. A similar approach, taking advantage of the combination with photoreduction of a gold precursor (HAuCl4), can be achieved using a different technique belonging to the vat photopolymerization category, namely the Two Photon Direct Laser Writing (TP-DLW). This technique exploits the optical, nonlinear multiphoton absorption process and allows for the fabrication of 3D objects featuring details below the diffraction limit, down to 100 nm or even less. Here, this multiphoton absorption process is exploited to trigger the photo-reduction of the gold precursor. The use of a transparent hydrogel matrix allows for a fine control of the nanoparticles’ growth on either transparent or opaque substrates, such as glass or silicon, without the need of using masks or molds. An in-depth study on the diffusive process underlying the nanoparticles growth and a control of the ionic concentration are done to prove the importance of having a polymeric network to hold the created nanoparticles at their place, which enhances the quality of the created nanostructures. The nanofabrication of fiber reinforced polymer nanocomposites by TP-DLW was also demonstrated. For these experiments, the classical glass or silicon substrates were replaced with a silicon substrate on which silica nanowires (SiO2 NWs) have been previously grown. This research allowed to achieve the best resolution offered by the TP-DLW technique, even with high loads of fillers of SiO2 NWs, up to 70 wt%. This was achieved by matching the refractive indices of the SiO2 NWs and of the photoresist used as polymeric matrix. These nanocomposite materials presented a noticeable improvement of nano-hardness and elastic modulus when compared to the pristine photoresist, indicating how the proposed technique is well-suited for nano-applications with higher structural requirements, as in advanced microfluidics. A final comparison of the AM technologies used in the thesis is done to elucidate the advantages and disadvantages of each one of these techniques to choose the most efficient, easiest and fastest, depending on the materials to be used or the required resolution.Item The effect of cholesterol on the function of eukaryotic membrane transporters for amino acids(Università della Calabria, 2020-11-25) Cosco, Jessica; Cerra, Maria Carmela; Indiveri, CesareAmino acid transport in mammalian cells is mediated by different amino acid transporters. Amino acid flow, which is important under physiological conditions, becomes particularly relevant under pathological conditions such as in cancer cells where high demand for these nutrients is required to satisfy the uncontrolled growth and proliferation. Therefore, to guarantee a sufficient supply of nutrients a lot of amino acid transporters are highly expressed in cancer cells. In this context, the amino acid transporters hLAT1 and hASCT2 are widely studied for their role as potential targets for drug development. hASCT2 belongs to SLC1 family and assembles at the plasma membrane as a trimeric complex. Studies conducted using the recombinant protein showed that this transporter is strongly stimulated by cholesterol. The stimulation is due to an improvement of protein insertion in the phospholipid bilayer and direct interaction with the protein. In fact, cholesterol increased the Vmax of the transport, without affecting the external Km, indicating that it increases the rate of conformational changes. Thanks to docking analysis, 6 putative cholesterol binding sites were predicted, some of these matched with the electron densities identified on the cryo-EM structure of ASCT2. Two poses are on the TM6, where a CRAC and a CARC motif has been identified. Experimental demonstrated the direct binding of cholesterol to the protein. In particular, Koshland’s reagent and SH-reagents have been used for the target of tryptophan and cysteine residues close to the cholesterol poses. hLAT1 belongs to SLC7 family and it forms a heterodimer complex (HAT) with the glycoprotein 4F2hc (also known as CD98 in mice), a member of SLC3 family. hLAT1 is the sole component involved in the transport of essential amino acids, as previously demonstrated (Napolitano, Scalise et al. 2015). In this work, the influence of cholesterol has been evaluated on the recombinant protein hLAT1. Moreover, putative regulators involved in energy metabolism have been tested on the transport. The transport activity increased up 75 μg cholesterol/ mg phospholipids. Moreover, the internal substrate affinity increased in the presence of cholesterol suggesting a stabilization of the inward conformation of hLAT1. The transporter is also stimulated by ATP at physiological concentration. This effect occurs only in the presence of cholesterol and was seen also on the native protein. This finding suggested that cholesterol and ATP binding sites are close to each other. The computational analysis confirmed this hypothesis. In fact, a hydrophobic region between the TMs 1, 5 and 7 was found to be close to a hydrophilic one. Docking results for ATP suggested an electrostatic interaction of the ϒ-phosphate of ATP with Lys 204, which was confirmed by site-directed mutagenesis. This residue is conserved in the other SLC7 proteins and for a serendipity event, it has been seen that Lys204 is also important in the substrate binding and pH-sensitive. In this work, the attention was focused also on another amino acid transporter CAT2, from Solanum lycopersicum. The specific interest in tomato resides in the well-recognized role for this species in biotechnology. In fact, tomato has been used as the primary model for the study of climacteric fruit ripening. SlCAT2 belongs to APC superfamily, as LAT1, and it is involved in the transport of cationic amino acids like arginine, lysine and the non-proteogenic amino acid ornithine. The experimental data on CAT2 highlighted an asymmetric regulation by cations and osmotic pressure, in line with the localization of the transporter in vacuoles. Like the other human transporters, CAT2 is also stimulated by cholesterol. On the basis of the 3D structure of the amino acid transporter GkApcT, the homology model of SlCAT2 was built and putative substrate binding residues and cholesterol binding domains were proposed. Altogether, the described results open new perspectives for studying the response of membrane transporters to metabolic and membrane changes. Moreover the identification of hydrophobic or hydrophilic sites interacting with cholesterol or physiological effectors, respectively, could be important for applications in human pathology.Item Nanostructured materials for energy: synthesis and chemical-physical characterization for gas adsorption applications(Università della Calabria, 2021-07-16) Conte, Giuseppe; Cipparrone, Gabriella; Agostino, Raffaele Giuseppe; Policicchio, AlfonsoIl termine nanoscienze definisce lo studio di fenomeni e tecniche di manipolazione dei materiali su scala atomica e molecolare, dove le proprietà differiscono notevolmente da quelle osservate su scale maggiori. Attualmente la ricerca scientifica dedica grandi sforzi alla comprensione degli effetti nanometrici sulle proprietà fisico-chimiche della materia, in quanto possono essere utilizzate anche su scala diversa per sviluppare processi e prodotti caratterizzati da nuove funzioni e prestazioni, applicabili in vari settori tra cui salute, società dell'informazione, energia, trasporti, sicurezza e spazio. Relativamente alle nanoscienze, la progettazione, lo sviluppo e la creazione di materiali, sistemi e dispositivi attraverso il controllo della materia su scala nanometrica sono definite come nanotecnologie. Tra di esse, esistono tecniche e processi di preparazione in grado di ottenere materiali nanoporosi per applicazioni nel settore chimico, energetico o dei trasporti.Proprio in tale ambito si inquadra questo lavoro di tesi che è focalizzato sullo sviluppo e la caratterizzazione di nanostrutture porose per l’adsorbimento gas. In settori strategici come quello dell’energia e dei trasporti “verdi”, immagazzinare e distribuire alcune tipologie di gas in maniera ecosostenibile ed innovativa, riducendo al contempo i costi energetici, è diventata una sfida tecnologica significativa. Ad esempio, l'aumento dell'uso di combustibili puliti e alternativi a quelli tradizionali (es. idrogeno, gas naturale, bio-metano) nell'industria automobilistica dipende molto dallo sviluppo di soluzioni di stoccaggio avanzate. In particolare, l'idrogeno può anche svolgere un ruolo fondamentale nei processi power to gas (PtG), ovvero di conversione dell'energia in eccesso proveniente da fonti rinnovabili (FER), rispondendo al problema dell'intermittenza di alcune di esse (solare ed eolico). In questo caso, la sfida è lo stoccaggio di idrogeno. Le forme tradizionali di stoccaggio come la compressione e liquefazione sono opzioni costose, mentre lo stoccaggio con materiali allo stato solido potrebbe rappresentare una soluzione interessante. Allo stesso tempo, il continuo aumento dei gas serra in atmosfera, ha portato a porre la necessità di implementare soluzioni finalizzate alla cattura o stoccaggio/utilizzo dell’anidride carbonica (CCS/U) per la mitigazione dei cambiamenti climatici. Anche se esistono già metodi di stoccaggio della CO2 (assorbimento in solventi, assorbimenti chimici, etc.), alcuni problemi come l'elevata volatilità o degradabilità hanno reso necessario trovare metodi alternativi più efficaci. Pertanto, la crescente necessità di immagazzinare alcune tipologie di gas con maggiore efficienza e sicurezza ha spinto la ricerca scientifica verso lo sviluppo di materiali adsorbenti nanostrutturati che siano in grado di migliorare questi requisiti, avere costi di produzione ridotti e capacità di rilasciare le specie assorbite senza dispendio di energia. La necessità di ottenere un addensamento del gas in condizioni termodinamiche distanti da quelle di liquefazione ha spinto la comunità scientifica ad approfondire lo studio del fenomeno della condensazione per fisisorbimento di strati molecolari sulle superfici dei materiali ad alta superficie specifica. Combinando la bassa entalpia di condensazione del gas, dovuto agli effetti dei deboli potenziali dispersivi e di interazioni che non prevedono la formazione di legame chimico, con lo sviluppo di materiali costituiti essenzialmente da superfici (materiali nano porosi) si possono sviluppare sistemi per ottenere la condensazione reversibile di grandi quantità di gas in condizioni di pressione e temperature vicini a quelle ambiente. A tal fine, una serie di materiali solidi porosi dalla struttura opportunamente ingegnerizzata (ad esempio zeoliti, strutture metallo-organiche, polimeri, carboni attivati, etc.), sono stati sviluppati e investigati durante il lavoro di ricerca focalizzando l’attenzione sulla reversibilità dei processi di adsorbimento. Tra gli adsorbenti studiati, i materiali a base di carbonio hanno mostrato una buona efficacia nella separazione e nello stoccaggio di varie specie gassose evidenziando anche vantaggi nei metodi di produzione semplici e a basso costo. Attraverso il loro utilizzo, inoltre, è possibile sviluppare una tecnologia di stoccaggio del gas reversibile e sostenibile basata sul metodo del fisisorbimento. Carboni attivati con struttura nanoporosa sono stati sviluppati e preparati in laboratorio studiando ed analizzando in dettaglio i processi di formazione della porosità e, successivamente, caratterizzando il loro comportamento all’adsorbimento dei vari gas. Allo stesso tempo, al fine di effettuare un confronto, sono state testate altre tipologie di materiali porosi sviluppate e preparate in collaborazione con gruppi di ricerca di altri dipartimenti, università o istituti. Tutti i materiali analizzati, sono stati caratterizzati con tecniche di porosimetria a 77 K e testati per l’adsorbimento delle principali specie gassose di interesse energetico, ossia CO2, CH4 e H2. Le condizioni termodinamiche (pressione e temperatura) utilizzate nelle misurazioni sono state variate in base alla tipologia di gas e agli studi effettuati. Particolare attenzione è stata posta allo studio ed analisi della struttura porosa, che insieme al parametro area di superficie specifica (SSA), influenza fortemente le proprietà chimicofisiche dei materiali e i meccanismi di interazione all’interfaccia solido-gas. Pertanto, nella valutazione delle capacità di stoccaggio per i diversi gas, la dimensione e distribuzione dei pori si è dimostrata una variabile significativa da considerare nello studio di un materiale. Per comprendere a fondo questi sistemi e il loro comportamento è stato, quindi, necessario l’utilizzo di diverse tecniche e metodi di analisi tra cui: Microscopia elettronica a scansione (SEM) e Microscopia elettronica a trasmissione (TEM), Diffrazione a raggi X (XRD), Analisi a raggi X a dispersione energetica (EDX), Spettroscopia a infrarossi in trasformata di Fourier (FTIR), tecniche volumetriche di tipo Sievert. Il lavoro di ricerca effettuato, quindi, ha portato allo sviluppo di varie metodologie per la preparazione e la sintesi di materiali con elevata superficie specifica. Quest’ultime consentono di controllare i processi di formazione della porosità permettendo di ottenere strutture nano porose omogenee adatte per l'adsorbimento di diverse specie gassose. Le nanostrutture sintetizzate hanno mostrato elevate capacità di stoccaggio, processi ciclici e alta reversibilità che, uniti al basso costo dei precursori utilizzati, rappresentano un’ottima base di partenza per l’implementazione di soluzione tecnologiche alternative a problematiche e/o esigenze del settore energetico e dei trasporti, in particolare, nella gestione ed utilizzo dell’idrogeno. I risultati raggiunti durante le attività sperimentali, svolte anche in collaborazione con altri dipartimenti, istituti di ricerca ed università, hanno portato alla redazione di una serie di lavori scientifici presentati a conferenze e pubblicati su riviste internazionali peer-reviewed.Item Construction and test of high resolution and radiation hard particle detectors for fundamental physics at the LHC experiments and search for signal of new physics through displaced and collimated jet-like structures with ATLAS experiment(Università della Calabria, 2021-11-08) Carducci, Giovandomenico; Critelli, Salvatore; Schioppa, MarcoItem From semi-hard processes to the unintegrated gluon distribution: a phenomelogical path in the high-energy framework(Università della Calabria, 2021-04-28) Bolognino, Andrèe Dafne; Cipparrone, Gabriella; Papa, AlessandroThe class of semi-hard reactions represents a promising venue where to enhance our knowledge of strong interactions and deepen the aspects related to this theory in kinematical regimes so far unexplored. In particular, the high energies reached in electron-proton and in proton-proton collisions first at HERA and then at the LHC, allow us to study scattering amplitudes of hard and semi-hard processes in perturbative QCD. The structure of this thesis can be considered twofold. On one hand, the possibility to distinguish those channels where at least two final-state particles are emitted with large separation in rapidity and with an untagged system, permits to test the BFKL dynamics as resummation energy logarithms in the t-channel. Indeed, these inclusive reactions occur in the Regge limit, s jtj, and fixed-order calculations in perturbative QCD miss the effects of energy logarithms, which are so large to compensate the smallness of the strong coupling constant and must be resummed order by order in perturbation theory. The most powerful theoretical tool to provide the resummation of terms proportional to powers of these logarithms is the Balitsky- Fadin-Kuraev-Lipatov (BFKL) approach. In this framework, the hadroproduction of two forward jets with high transverse momenta separated by a large rapidity at the LHC, known as Mueller–Navelet jets process, has been one of the most investigated reactions. With the idea of deepening our understanding of the BFKL formalism, a new channel belonging to the semi-hard processes category is proposed: the inclusive production of a light charged hadron and a jet with high transverse momentum widely separated in rapidity, whose calculation is performed at NLO accuracy. The importance of this process relies in the possibility to probe a complementary region to one analyzed for the Mueller–Navelet jets. Hadrons, indeed, can be tagged at much smaller values of the transverse momentum than jets. It is proved how asymmetric cuts for the transverse momentum (naturally occurring because the final state is featured by objects of different nature) enhance the BFKL effects and how it is possible to discriminate between different parametrizations of fragmentation functions for the hadron in the final state. Additionally, another reaction is proposed: the hadroproduction of heavy-quark pairs well separated in rapidity. On the other hand, also the class of processes featured by the detection of a single forward object in lepton-proton collision can provide us useful ingredients to develop intriguing phenomenological studies. In particular, the exclusive leptoproduction of light vector mesons, r and f, is exhaustively investigated. In this context, the study of helicity-dependent observables allows us to discriminate among several unintegrated gluon distribution models, whose original definition naturally encodes the BFKL-equation evolution dynamics. This kind of parton density allows us to get access to the hadronic structure at small-x.