Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie
Resoconto dell’attività 2013
Sommario
1.
Relazione scientifica riassuntiva
3
2.
Elenco dottorandi, supervisori e titolo delle tesi
7
3.
Schede attività dottorandi
13
4.
Matrice attività di ricerca
164
5.
Esame finale 2013
167
6
Giudizi della commissione d’esame finale aprile 2013
169
7.
Progetti dottorandi 29esimo ciclo
172
8.
Elenco pubblicazioni dei dottorandi
241
9.
Elenco membri del Collegio Docenti
254
10. Elenco pubblicazioni scientifiche del collegio docenti 2009-2013
256
11. Criteri di Valutazione della proposta di dottorato per il 29esimo ciclo.
297
12. Valutazione del corso di dottorato da parte del Nucleo di Valutazione
298
Attività della scuola: situazione ad aprile 2014
In questa relazione sono riportate le attività didattico-scientifica della scuola di dottorato in nanotecnologie
svolte durante l’anno 2013 fino ad aprile 2014. Il documento si compone delle seguente sezioni:
1. Relazione scientifica riassuntiva.
2. Elenco dei dottorandi con i corrispondenti supervisori e titolo della tesi/progetto di ricerca.
3. Schede di attività dei dottorandi che hanno svolto attività continuativa nell’anno 2013. Questa
attività è stata presentata nel congresso di gennaio 2014. ed è riassunto per ogni dottorando nelle
schede riportate di seguito. Le schede si riferiscono ai dottorandi in corso dei cicli 26, 27 e 28, non
esssendoci dottorandi in proroga da cicli precedenti.
4. Matrice dell’attività di ricerca degli studenti di dottorato dei cicli 26, 27 e 28.
5. Elenco degli studenti del 25esimo ciclo che hanno sostenuto l’esame finale ad aprile 2013, titolo
della tesi e nomi dei reviewers esterni.
6. Giudizi della commissione d’esame finale tenutesi il 9 aprile 2013.
7. Progetti dei dottorandi nuovi entrati nella scuola (29 ciclo). Questa attività non è stata presentata
in gennaio 2014 poiché non ancora terminati le assegnazioni delle borse.
8. Lista delle Pubblicazioni dei dottorandi.
9. Elenco dei componenti del collegio docenti.
10. Lista delle pubblicazioni dei componenti il collegio docenti negli ultimi 5 anni, 2009-2013.
11. Criteri di Valutazione della proposta di attivazione di corsi di dottorato per il 29esimo ciclo.
12. Valutazione del corso di dottorato da parte del Nucleo di Valutazione.
13. Allegato. Giudizi dei reviewer per i dottorandi ammessi all’esame finale.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
2
1. Relazione scientifica riassuntiva
Unica in Italia per il suo carattere multidisciplinare, la scuola di dottorato in Nanotecnologie dell’Università
degli Studi di Trieste ha come missione il miglioramento delle conoscenze e l’educazione degli studenti nel
campo delle nanotecnologie al fine di formare scienziati e tecnici per il 21° secolo. La caratteristica della
Scuola è l’interdisciplinarità: sugli argomenti di ricerca attivi lavorano in sinergia fisici, chimici, biologi,
ingegneri, medici, farmacologi, odontoiatri, biotecnologi, mantenendo e rafforzando la specificità della
cultura di provenienza ed acquisendo nel contempo la capacità di sviluppare la propria ricerca in un quadro
più ampio.
caratterizzare materiali nanostrutturati, strumenti e dispositivi nanotecnologici in grado di rispondere alle
alle crescenti e diversificate esigenze
Chimica, Biologia, Biotecnologie, Medicina, Odontoiatria, Farmacia, Farmacologia che intendano acquisire
una preparazione interdisciplinare di alto livello frequentando corsi e seminari in aree anche diverse da
quelle di estrazione e dedicandosi alla ricerca nell'ambito delle collaborazioni con Enti di Ricerca ed
Industrie (inter)nazionali stabilite dai Docenti e Tutori della Scuola. L'allievo “dottorato” di questa Scuola
sarà un professionista della ricerca e dello sviluppo tecnologico che saprà applicare le proprie conoscenze,
con capacità di valutazione critica, allo sviluppo di metodi di progettazione, produzione e valutazione di
nuovi materiali e al miglioramento di quelli esistenti. Questo anche mirato ad una produzione industriale
più efficace, economica e sostenibile dal punto di vista delle risorse e dell'ambiente. Il corso è una
trasformazione della Scuola che è stata fondata nel 2006 a partire da un dottorato in nanotecnologie che
ha avuto inizio nel 2003.
Gli obiettivi g
•
•
•
•
•
•
•
i:
Sviluppo di nuove tecniche per lo studio, la manipolazione e la visualizzazione su scala nanometrica
di Materiali NanoStrutturati (MNS).
Sviluppo di tecniche spettroscopiche di rivelazione di singola molecola su substrati nanostrutturati.
Sintesi di nanostrutture.
Applicazioni di nanotecniche e nanostrutture a ricerche di interesse biomedico ed energetico.
Modellizzazione molecolare multiscala di MNS e di fenomeni di interesse con tecniche di
simulazione computazionale.
Applicazione delle nanotecnologie nei settori medico, farmacologico, biomedico ed agro
alimentare.
Questi obiettivi sono perseguiti avvalendosi delle attrezzature d'avanguardia disponibili nei laboratori
dell'Università di Trieste e degli Enti di ricerca pubblici e privati convenzionati con l’Università di Trieste,
elencati nella seguente tabella:
n.
Tipologia del soggetto
Pubblico/Privato
1.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
(compreso IRCCS)
PUBBLICO
Elettra Sincrotrone Trieste S.C.p.A.
2.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
PUBBLICO
Laboratorio Nazionale TASC-IOM CNR
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Denominazione del soggetto
3
(compreso IRCCS)
3.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
(compreso IRCCS)
PUBBLICO
CNR – Istituto di Chimica dei Composti
Organometallici
4.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
(compreso IRCCS)
PUBBLICO
IRCSS Burlo Garofolo - Trieste
5.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
(compreso IRCCS)
PUBBLICO
CRO Aviano
6.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
(compreso IRCCS)
PUBBLICO
Istituto Nazionale dei tumori di Milano
Fondazione IRCSS
7.
Privato non di ricerca
PRIVATO
Indistrie Bracco
8.
Istituto/Ente di Ricerca non accademici
(compreso IRCCS)
PUBBLICO
Fondazione Callerio - Trieste
Gli studenti di dottorato nel periodo in esame hanno svolto stage presso aziende ed enti di ricerca. Tra i più
importanti è utile ricordare:
Stage in Italia
n.
Pubblico/Privato
Denominazione del soggetto
1.
PUBBLICO
CNR-IOM TASC Laboratorio Trieste
2.
PUBBLICO
Elettra Sincrotrone Trieste
3.
PUBBLICO
IRCCS Burlo Garofalo
4.
PUBBLICO
CRO Aviano
5.
MISTO
Centro Biomedicina Molecolare (CBM)
6.
PUBBLICO
Università di Udine
7.
PUBBLICO
Università di Roma Tor Vergata
Stage all'estero
n.
Denominazione del soggetto
Paese
1.
Università di Lille 1
Francia
2.
Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno
toksikologijo, Ljubljana
Slovenia
3.
University Poznan - Center for
nanotechnology
Polonia
4.
Centro de Fisica de Materiales Donostia/San
Sebastian
Spagna
5.
Syncrotron - Grenoble
Francia
6.
Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia,
Bellaterra
Spagna
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
4
7.
Karlsruhe Institute of Technology DFG-Centre for
Functional Nanostructures, in Karlsruhe
Germania
8.
Radboud University - Nijmengen
Olanda
9.
University of Cadiz - Cadiz
Spagna
10.
Lawrence Berkeley National Laboratory LBNL,
Berkeley
California, USA
11.
Ludwig Institute for Cancer Research,
Univeristy of Oxford
Inghilterra
Di seguito alcuni numeri rappresentativi dell’attività della scuola:
•
Numero di studenti (ad aprile 2014): 63 [25 (27 ciclo) + 18 (28 ciclo) + 17 (29 ciclo) + 3 (26 ciclo)]
•
Numero di diplomati nel 2014: 11
•
Numero di diplomati nel 2013: 10
•
Numero di diplomati nel 2012: 12
•
Numero di diplomati nel 2011: 8
•
Numero di diplomati nel 2010: 7
•
Numero di diplomati nel 2009: 6
•
Enti di ricerca coinvolti nel dottorato:
•
o
Dipartimenti dell’Università di Trieste: 5 (come nel 2012)
o
Enti di ricerca esterni: 10
o
Altre Università: 3 (Udine, Venezia, Roma Tre)
Numero di pubblicazioni degli studenti:
o
Anno 2007: 67
o
Anno 2008: 68
o
Anno 2009: 72
o
Anno 2010: 105
o
Anno 2011: 95
o
Anno 2012: 98
o
Anno 2013: 83
•
Numero di pubblicazioni di supervisori e tutors (2009-13): oltre 1200
•
Risorse finanziarie (per 2013): 6.000.000 di Euro
•
Valutazione complessiva del Nucleo di Valutazione dell’Università di Trieste sulla proposta per il 29
ciclo (luglio 2013): Eccellente (AA)
Nuova normativa. Il MIUR ha emanato in data 8 febbraio 2013 il DM 45 il “Regolamento recante modalità
di accreditamento delle sedi e dei corsi di dottorato e criteri per la istituzione dei corsi di dottorato da parte
degli enti accreditati”, (pubblicato in G.U. n. 104 del 06/05/2013) che sostituisce il precedente
“Regolamento in materia di Dottorato di ricerca” (DM 224/99). Inoltre, Il MIUR, con nota di indirizzo del
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
5
Ministro del 22 maggio 2013, ha fornito ai Nuclei di Valutazione degli atenei le Linee Guida per l’avvio dei
dottorati di ricerca per l’a.a. 2013/14. In seguito a questo il Nucleo di Valutazione nella procedura di
valutazione della proposta per il XXIX ciclo ha ritenuto di far riferimento ai seguenti criteri di valutazione,
derivati dai requisiti di accreditamento previsti dal DM 45/2013 integrati con le specifiche delle Linee Guida
MIUR, individuando per ciascuno opportuni indicatori di valutazione delle proposte.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
composizione collegio
risultati ricerca componenti il collegio
disponibilità borse di studio
disponibilità di congrui e stabili finanziamenti per la sostenibilità del corso
strutture scientifiche
programma formativo
denominazione del corso e tematiche
internazionalizzazione del corso
impatto dottorato sul mondo produttivo
attrattività del dottorato
sbocchi professionali
Per i dottorati di area scientifica si è prestata particolare attenzione anche ad una serie di
indicatori, già in parte utilizzati ai fini dell’accreditamento, ma utili anche per fornire un quadro più
dettagliato della valutazione complessiva:
• % cofinanziamento borse XXIX (borse dipartimento ed esterne/borse totali)
• finanziamento medio da progetti di ricerca per ogni posto e per ogni docente (somma)
• % fondi progetti provenienti da soggetti stranieri
• % iscritti stranieri XXVIII (Anagrafe Dottorati)
• N. candidati XXVIII laureati altro Ateneo italiano (Anagrafe Dottorati)
• N. candidati XXVIII laureati altro Ateneo (Anagrafe Dottorati)
Nel corso del 2013 il Prof. Maurizio Fermeglia che è stato il direttore della scuola di dottorato in
Nanotecnologie per 6 anni ha terminato il suo mandato divenendo il nuovo Rettore dell’Università degli
Studi di Trieste e in seguito ad elezione la Prof.ssa Lucia Pasquato è è diventata coordinatore del corso di
dottorato e direttore della scuola di dottorato in Nanotecnologie.
Attività didattica. Oltre ai corsi didattici organizzati dalla scuola di dottorato come negli anni scorsi, è stato
possibile offrire agli studenti della scuola, nell’ambito dell’iniziativa regionale progetto COREDO in
collaborazione con l’Università di Udine e la SISSA, la partecipazione alla “3rd joint PhD Summer School on
Nanotechnology” organizzata dalla SISSA dal 4 al 6 settembre 2013 e il “First FVG PhD Symposium” dal 7 al
9 di ottobre, organizzato dagli studenti di dottorato delle Università di Trieste, Udine e Sissa su
Nanotecnologie, biomedicina e bioinformatica a Grado.
L’attività didattica è inoltre stata arrichita da corsi specialistici tenuti presso Elettra-Sincrotrone Trieste e
IOM-CNR dai loro ricercatori inerenti tecniche di analisi con luce di sincrotrone, approfondimenti su
tecniche di analisi di nanomateriali e introduzione all’uso di software dedicati.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
6
2. Elenco dottorandi, supervisori e titolo delle tesi
Dottorando
Ciclo Supervisore
SSD
NomeDip
CASSESE Damiano
26 LAZZARINO
Marco
FIS/03
Department of
Physics - DF
Design and realization of
nanoelectromechanical and
plasmonic devices for Raman
spectro-microscopy
CORVAGLIA
Stefania
DAL COL Valentina
26 CASALIS
Loredana
26 PRICL Sabrina
FIS/03
Department of
Physics - DF
Department of
Engineering and
Architecture - DIA
FRASSETTO
Andrea
26 CADENARO
Milena
MED/28 Clinical
Department of
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
Nanoscale platform to study
unstructured proteins interactions
In silicio prediction of drug
resistance: from cancer targeted
therapy to cancer targeted
prevention
Nanostructural analysis of the
adhesive interface in dentistry
HUSSAIN Sajid
26 BIASIOL
Giorgio
FIS/03
Department of
Physics - DF
Syntesis of ordered semiconductor
nanostructures by directed selfassembly for photonic applications
MINIUSSI Elisa
26 BARALDI
Alessandro
26 TORMEN
Massimo
FIS/03
Department of
Physics - DF
Department of
Physics - DF
Nanoscale properties of graphenebased interfaces
Fabrication of microfluidic devices
for studying living cells, responding
to external stimuli, by vibration
spectroscopies
PALMA
Giuseppina
RADIVO Andrea
26 FRALEONI
Alessandro
26 TORMEN
Massimo
FIS/03
Department of
Physics - DF
Department of
Physics - DF
ROMEO Michele
26 FRONZONI
Giovanna
CHIM/02 Department of
Chemical and
Pharmaceutical
Science - DSCF
Nanostructured dye-sensitized solar
cells
Experimental study of the physics of
nanostructured organic photovoltaic
devices.
Development and applications of
methodologies TDDFT for the
simulation of core spectrum for
condensed matter.
SANTESE
Francesca
26 FERMEGLIA
Maurizio
INGIND/24
TAVAGNACCO
Letizia
26 CESARO Attilio CHIM/04 Department of
How do water molecules probe and
Life Science - DLS control bionanostructures and food
functionalities
26 GOTTER
FIS/03 Department of
Study of magnetic properties in low
Roberto
Physics - DF
dimentionality systems using
synchrotron radiation
MITRI Elisa
VAIDYA Shital
VIRGILIO
Francesca
26 TORMEN
Massimo
INGIND/24
FIS/03
FIS/03
FIS/03
Titolo Tesi
Department of
Multiscale molecular modeling for
Engineering and nanostructured multifunctional
Architecture - DIA materials and coatings
Department of
Physics - DF
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Development of electrochemical
sensors by nanofabrication
techniques for biological and
7
Dottorando
Ciclo Supervisore
SSD
NomeDip
medical diagnostics
Nanotechnology approaches for the
detection of circulating tumor cells
ABDOLLAHZADEH
Iman
27 SCOLES
Giacinto
FIS/03
ANGELONI Valeria
27 BRESCHI
Lorenzo
MED/28 Clinical
Role of collagen cross-linkers on the
Department of
stability of bonded interface
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
BORIN Daniele
27 LAZZARINO
FIS/03 Department of
Marco
Physics - DF
27 MACOR Paolo MED/04 Department of
Life Science - DLS
CAPOLLA Sara
Department of
Physics - DF
Titolo Tesi
Micro mechanical oscillators for
biochemical applications
Use of chemotherapic-loaded
nanoparticles in the treatment of
cancer
CECCHINI Paolo
27 TOGNETTO
Daniele
MED/30 Clinical
Bio-Materials in oculist micro
Department of
surgery
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
COCEANO
Giovanna
DIOLOSA‘ Marina
27 COJOC Dan
FIS/03
ELISEI Elena
FORNASARO
Stefano
Department of
Physics - DF
27 CADENARO
MED/28 Clinical
Milena
Department of
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
27 CESARO Attilio CHIM/04 Department of
Life Science - DLS
27 PASSAMONTI BIO/10 Department of
Sabina
Life Science - DLS
Department of
Physics - DF
Characterization of the mechanical
properties of cancer cells
Development of a new nanoengineered biopolymer-based dental
adhesive system
Nanostructured biomolecular glasses
Targeting natural antioxidant
compounds to the brain: a
metabolomic assessment.
Development of quantum well
structures for multi band photon
detection
GANBOLD Tamiraa
27 BIASIOL
Giorgio
FIS/03
IONESCU Andrei
Cristian
27 CADENARO
Milena
MED/28 Clinical
The influence of resin-based dental
Department of
materials upon oral biofilms
Medical Science, development.
Surgery and
Health - DCSMCS
LOVAT Giacomo
27 MORGANTE
Alberto
FIS/03
Department of
Physics - DF
MARSON
Domenico
27 PRICL Sabrina
INGIND/24
NKOUA
NGAVOUKA
Maryse Dadina
27 CASALIS
Loredana
FIS/03
Department of
Engineering and
Architecture - DIA
Department of
High sensitivity detection of
Physics - DF
DNA/miRNA targets in AFM
nanografted arrays
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Study of charge transfer processes at
interfaces for photovoltaic
applications
Computer-assisted design of
nanovectors for gene therapy
8
Dottorando
Ciclo Supervisore
OTTAVIANI Giulia
27 ZACCHIGNA
Serena
MED/28 Clinical
Department of
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
Use of nanotechnology for the
evaluation of the effect of laser
therapy on neo-angiogenesis tumor
in vivo and in vitro
PANIGHEL Mirco
27 BARALDI
ALESSANDRO
FIS/03
Department of
Physics - DF
PIANTANIDA Luca
27 LAZZARINO
Marco
FIS/03
Department of
Physics - DF
Organic Molecules and Carbon
Nanotubes Assembled on Metal
Surfaces:Properties and Applications
in Molecular Electronics and
Photovoltaics
Plasmonic ruler and the applications
to the DNA origami
PITTIA Paola
27 CESARO Attilio CHIM/04 Department of
Life Science - DLS
27 BRESCHI
MED/28 Clinical
Lorenzo
Department of
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
27 CASTRONOVO FIS/03 Department of
Matteo
Life Science - DLS
SCOTTI Nicola
STOPAR Alex
SSD
NomeDip
Titolo Tesi
Nanotecnology for food science
Laboratory evaluation of several
nanofilled dental resin composites
mechanical and chemical properties
Innovative Tools for
Pharmacogenetics and
Pharmacogenomics: Protein-Nucleic
Acid Interactions Within SelfAssembled Nanosystems
Department of
Novel nanostructured biomaterials
Life Science - DLS for biomedical applications
TARUSHA Lorena
27 PAOLETTI
Sergio
BIO/10
VEGA Marienette
27 SERGO Valter
INGIND/22
VENTURELLI
Leonardo
27 SCOLES
Giacinto
FIS/03
WANG Lianqin
27 FORNASIERO
Paolo
CHIM/03 Department of
Chemical and
Pharmaceutical
Science - DSCF
Design, synthesis and
characterization of nanostructured
materials for electrocatalysis
ZANNIER
Valentina
ABDALLA
MOHAMMED
KHALID Amna
27 RUBINI Silvia
FIS/03
Department of
Physics - DF
Department of
Physics - DF
Synthesis and characterization of
semiconductor nanowires
Atomic force microscopy
investigation of the structural
properties of DNA replication origins
in tumor cells
AMODIO Alessia
28 CASTRONOVO BIO/14
Matteo
Department of
Physics - DF
Quantitative analysis of tumor
suppressor and oncogene proteins in
tumor micro-sample
28 ONESTI
FIS/03
Silvia/CASALIS
Loredana
Department of
Engineering and
Architecture - DIA
Department of
Physics - DF
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Raman and fluorescence
spectroscopy of biomedical
nanomaterials
Microfluidic Devices for Circulating
Tumor Cells Counting
9
Dottorando
Ciclo Supervisore
SSD
NomeDip
Titolo Tesi
CAMMISULI
Francesca
28 PASCOLO
Lorella
BIO/14
Clinical
Department of
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
Effects of nanomaterials on
biological barriers fetal and postnatal and evaluation of epigenetic
toxicity
CAPALDO Pietro
28 CASALIS
Loredana
FIS/03
Department of
Physics - DF
CORAL Lucia
28 CASTRONOVO BIO/14
Matteo
Department of
Physics - DF
Capacitance immunosensors for the
early detection of circulating cancer
biomarkers
Detection of tumor cell surface
biomarkers in microsamples
DAGOSTINO Ilenia
28 GAMINI Amelia CHIM/04 Department of
Biopolymer based matrices for
Life Science - DLS encapsulation and delivery of
nutrients typical of the
Mediterranean diet
28 ANGERAME
MED/28 Clinical
Study of applied nanostructured and
Daniele
Department of
conventional dental materials
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
28 SCOLES
FIS/01 Department of
Development of nanodevice to
Giacinto
Physics - DF
explore cell network in cancer
DE BIASI Matteo
DEL BEN Fabio
OMICIUOLO Luca
28 BARALDI
Alessandro
FIS/03
Department of
Physics - DF
Study of the growth processes and of
the physical and chemical properties
of graphene-based low dimensional
systems
PATERA Laerte
Luigi
28 AFRICH Cristina FIS/03
Department of
Physics - DF
PELLIZZONI Elena
28 TOFFOLI
Giuseppe
BIO/14
Department of
Physics - DF
An in-situ and in-operando study of
graphene growth and properties on
metal surfaces
Interactomics in tumor cells studied
with a nanotechnology approach
PORRELLI Davide
28 PAOLETTI
Sergio
BIO/10
ROMERO Ocana
Ismael
28 FORNASIERO
Paolo
SACCO Pasquale
28 PAOLETTI
Sergio
SCOGNAMIGLIO
Francesca
28 PAOLETTI
Sergio
BIO/10
Department of
Nano-engineered adhesive
Life Science - DLS biomaterials for biomedical
applications
SVETINA Cristian
28 ZANGRANDO
Marco
FIS/03
Department of
Physics - DF
Department of
Nanocomposites biomaterials based
Life Science - DLS on polysaccharides and carbon
nanostructures for biomedical
applications
CHIM/03 Department of
Solar Fuels
Chemical and
Pharmaceutical
Science - DSCF
BIO/10 Department of
Novel biomaterials for innovative
Life Science - DLS therapies in the severe wounds
treatment
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Photon beam studies and
characterization for EUV/Soft X-ray
10
Dottorando
Ciclo Supervisore
SSD
NomeDip
coherent imaging of nano-structures
using coherent FEL radiation
Department of
Modelling the atomic scale
Engineering and properties of simple biomolecules at
Architecture - DIA surfaces: from the role of solvent to
small structured peptides.
Department of
Study of mechanotransduction
Physics - DF
signaling in tumoral and metastatic
cells
VELARI Simone
28 DE VITA
Alessandro
INGIND/22
YOUSAFZAI
Muhammad
Sulaiman
28 COJOC Dan
FIS/03
ABHARI Farideh
29 TORMEN
Massimo
FIS/03
ADEDEJI Abimbola
Feyisara
AMBROSETTI
Elena
29 SCOLES
Giacinto
29 CASALIS
Loredana
FIS/07
BAYDA Samer
29 TOFFOLI
Giuseppe
BIO/14
CEFARIN Nicola
29 TORMEN
Massimo
FIS/03
DALLA MARTA
Silvia
29 SERGO Valter
INGIND/22
DE MARTINO
Eleonora
29 BONIN Serena, MED/35 Clinical
SEVERINI
Department of
Giovanni
Medical Science,
Surgery and
Health - DCSMCS
29 FLOREANO
FIS/03 Department of
Luca
Physics - DF
DOMÍNGUEZ
Rivera Marcos
FIS/03
Titolo Tesi
Department of
Physics - DF
Fabrication of microfluidic devices
for single cell biology studies by two
photonphotopolymerization
Department of
Application of Atomic Force
Physics - DF
microscopy to Nanobiology
Department of
Novel binders as new tool for the
Physics - DF
development of Nanoarray for
cancer biomarkers detection
Department of
Synthesis of fluorescent carbon
Life Science - DLS nanoparticles (CNPs) and their
applications in drug delivery in CRC
and NSCLC cancer models
Department of
New protocols to process advanced
Physics - DF
materials for the renewable energy
Department of
Development of nanostructured
Engineering and substrates for quantification of
Architecture - DIA anticancer drugs in biofluids with
Surface-Enhanced Raman Scattering
(SERS)
Intracellular DNA delivery using
polymeric nanoparticles for lyosomal
storage disorders gene therapy
FENG Zhijing
29 DRI Carlo,
COMELLI
Giovanni
FIS/03
Department of
Physics - DF
Structural and electronic coupling of
organic polyand heteroaromatic
molecules on inorganic surfaces of
oxides and metals
Structural characterization and
measurement of the conductance of
single molecules and molecular
complexes at metal surfaces by low
temperature scanning tunneling
microscopy
GRAZIOLI Cesare
29 FRONZONI
Giovanna
CHIM/03 Department of
Chemical and
Pharmaceutical
Science - DSCF
Esperimenti di fotoionizzazione nello
studio del trasferimento di energia in
materiali nanostrutturati e nei loro
precursori
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
11
Dottorando
Ciclo Supervisore
SSD
NomeDip
Department of
Physics - DF
Titolo Tesi
JABEEN Naila
Jabeen
29 BARALDI
Alessandro
FIS/03
JUZGADO
Fernandez Arturo
MATRUGLIO
Alessia
29 PRATO
Maurizio,
FORNASIERO
Paolo
29 LAZZARINO
Marco
CHIM/06 Department of
Chemical and
Pharmaceutical
Science - DSCF
FIS/03 Department of
Physics - DF
PIANIGIANI
Michele
29 TORMEN
Massimo
FIS/03
Department of
Physics - DF
PIPAN Giulio
29 FRALEONI
MORGERA
Alessandro
INGIND/22
SIBILIA Mirta
INGIND/22
TACHE Cristian
Alexandru
29 FRALEONI
MORGERA
Alessandro
29 BARALDI
Alessandro
Department of
Printed Electronics: study of photonEngineering and matter interactions and electron
Architecture - DIA mobility in organic semiconducting
single crystals printed on
nanostructured substrates
Department of
Organic semiconducting single
Engineering and crystals growth on nanostructured
Architecture - DIA matrices
Department of
Associating ferroelectrics and
Physics - DF
graphenes for nano-catalysis
VIALE Luca
29 PRICL Sabrina
INGIND/24
ZANUT Alessandra
29 TORMEN
Massimo
FIS/03
FIS/03
Department of
Engineering and
Architecture - DIA
Department of
Physics - DF
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Investigation of nanoscale properties
of graphene-based interfaces for
catalytic application
Graphene functionalization for
biocompatibility
Development of a graphene-based
nanoelectromechanical sensor with
functionalization of graphene for
extremely sensitive protein
detection
Nano imprinting – Lithography ultra
fast process and his chemical and
physical effects on advances plastic
materials
Comprehension of the mechanisms
which governs the effects of nanomaterials towards biological systems
Development of microarrays for
proteic and genetic screening with
electrochemiluminescence
transduction scheme
12
3. Schede attività dottorandi
Questo allegato contiene le schede dei dottorandi della scuola di nanotecnologia così come sono pervenute
a novembre 2014. Sono quindi incluse le schede dei dottorandi dei cicli 26, 27 e 28.
•
Dottorandi del 26 ciclo (14): CASSESE Damiano, CORVAGLIA Stefania, DAL COL Valentina,
FRASSETTO Andrea, MINIUSSI Elisa, MITRI Elisa, PALMA Giuseppina, RADIVO Andrea, ROMEO
Michele, HUSSAIN Sajid, SANTESE Francesca, TAVAGNACCO Letizia, VAIDYA Shital, VIRGILIO
Francesca.
•
Dottorandi del 27 ciclo: ABDOLLAHZADEH Iman, ANGELONI Valeria, BORIN Daniele, CAPOLLA Sara,
CECCHINI Paolo, COCEANO Giovanna, DIOLOSA‘ Marina, ELISEI Elena, FORNASARO Stefano,
GANBOLD Tamiraa, IONESCU Andrei Cristian, LOVAT Giacomo, MARSON Domenico, NKOUA
NGAVOUKA Maryse Dadina, OTTAVIANI Giulia, PANIGHEL Mirco, PIANTANIDA Luca, PITTIA Paola,
SCOTTI Nicola, STOPAR Alex, TARUSHA Lorena, VEGA Marienette, VENTURELLI Leonardo, WANG
Lianqin, ZANNIER Valentina.
•
Dottorandi del 28 ciclo: ABDALLA MOHAMMED KHALID Amna, AMODIO Alessia, CAMMISULI
Francesca, CAPALDO Pietro, CORAL Lucia, DAGOSTINO Ilenia, DE BIASI Matteo, DEL BEN Fabio,
OMICIUOLO Luca, PATERA Laerte Luigi, PELLIZZONI Elena, PORRELLI Davide, ROMERO Ocana
Ismael, SACCO Pasquale, SCOGNAMIGLIO Francesca, SVETINA Cristian, VELARI Simone.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Dottorandi del 26esimo ciclo
CASSESE DAMIANO
Titolo della tesi: Progettazione e realizzazione di dispositivi nanoelettromeccanici e plasmonici per la
microspettroscopia Raman
Supervisor: Marco Lazzarino
Attività di ricerca
L'attività del terzo anno può essere riassunta secondo quanto segue, seguendo tre filoni principali:
1. Crescita di nanofili: si è proceduto a sviluppare ulteriormente le tecniche di crescita, in particolar
modo per quanto riguarda l'orientazione dei nanofili. Si è affrontato in particolare il problema della
presenza di ossido di silicio come fattore limitante la crescita epitassiale. Un differente approccio
riguarda l'utilizzo di oro colloidale come sorgente di nanoparticelle catalizzatrici per il processo di
crescita VLS (vapour liquid solid); questo processo si è rivelato efficiente quanto il processo di
dewetting. Si è inoltre investigato la crescita di nanofili di silicio su vetro: questa superficie
nanopatternata in modo casuale è stata utilizzata per esperimenti di adesione cellulare, studiando
le forze che si sviluppano su differenti substrati.
2. Fabbricazione di chip su SOI: il protocollo sviluppato nel precedente anno non ha consentito di
ottenere risultati soddisfacenti su wafer SOI, la maschera di ossido di silicio ottenuta infatti non
possiede adeguate doti di resistenza a soluzioni alcaline di KOH o TMAH. Svariate altre maschere
sono state provate, ad esempio ossido di titanio, oro, nitruro di silicio. Una combinazione di film di
nitruro di silicio e oro depositato tramite evaporazione da cannone elettronico ha permesso di
ottenere ottime finestre di silicio a partire da wafer SOI, essenziali per la fabbricazione di cantilever
di silicio isolati dal substrato.
3. Finite element simulation (FEM) della plasmonica di nanofili e nanoparticelle: il programma di
simulazione FEM COMSOL è stato usato per modellizare dapprima sistemi noti come le
nanoparticelle d'oro, riproducendo risultati noti, quindi si sono studiati sistemi di nanoparticelle e
nanofili di diversa composizione. Questo ha permesso di verificare le dimensioni ideali per avere la
risonanza plasmonica desiderata e di prevedere quale potrebbero essere le risposte dei sistemi
nanofilo-particella da noi ottenuti nelle crescite.
Obbiettivi per l’anno successivo
Ho intenzione di raggiungere gli obiettivi dichiarati nel progetto di tesi, ovvero l'utilizzo dei
dispositivi fabbricati per misure Raman e AFM, dimostrando il vantaggio di simili sistemi come strumenti ad
alta risoluzione per misure di microscopia a forza atomica e Raman, per ottenere misure simultanee di
topologia e spettroscopia.
Attività formativa
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
3rd joint Summer School on Nanotechnology, Trieste, September 4-6, 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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•
Marco Matteucci, All-polymer nano- and microfluidic systems for large scale Lab-on-Chip
applications, Trieste, September 9, 2013
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Candidato: Stefania CORVAGLIA
Titolo della tesi: Piattaforma su scala nanometrica per lo studio di interazioni di proteine non strutturate:
alfa sinucleina
Supervisore: Loredana Casalis, Denis Scaini
Tutori (eventuali):
Attività di ricerca
L’alfa sinucleina (AS) è una Proteina Intrinsicamente Disordinata (IDP), non ripiegata nello stato nativo e
incline all’aggregazione all’interno dei neuroni dopaminergici della malattia di Parkinson (PD). La funzione
dell’AS è ancora dibattuta ma sembra chiaro che la proteina regoli il rilascio del neurotrasmettitore
dopamina (DA) in seguito al legame con le vescicole sinaptiche, ma molti aspetti sono ancora sconosciuti.
Per questa ragione, durante quest’anno del mio dottorato, abbiamo immobilizzato l’AS in una
conformazione più vicina a quella nativa utilizzando un sistema modello con lo scopo di comprendere la
dipendenza della composizione e della separazione di fase di un doppio strato lipidico nel legame dell’AS.
Abbiamo quindi sviluppato un nuovo metodo per la deposizione di doppi strati lipidici supportati (SLB) a tre
componenti (DOPC, sfingomielina, e colesterolo), promuovendo la formazione dei raft lipidici (LR),
microdomini cellulari specializzati, più impaccati e ordinati del doppio strato circostante, importanti per la
fluidità della membrana, il segnalamento cellulare e la neurotrasmissione. La presenza di un dominio
ordinato, molto simile ai raft lipidici, ricco in colesterolo e sfingomielina, è stato caratterizzato per mezzo di
misure topografiche AFM che hanno rivelato differenze di altezza di circa 1nm rispetto al doppio strato
circostante, in ambiente liquido. Inoltre, abbiamo caratterizzato le proprietà meccaniche di queste
strutture utilizzando un’analisi di force modulation mediante AFM, la quale ha dimostrato, che la presenza
di colesterolo aumenta la rigidità della fase ordinata. Il SLB è stato quindi incubato in presenza di AS umana
ed il processo è stato seguito in tempo reale mediante immagini AFM. I risultati suggeriscono un legame
della proteina ai LR in una struttura simil-fibrillare, compatibile con una conformazione alfa elica dell’AS.
Questo fenomeno sembra inoltre essere fortemente dipendente dalla composizione lipidica della
membrana, infatti la presenza di colesterolo, aumentando la rigidità della membrana, riduce la velocità di
questo fenomeno.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
•
•
•
Mario Ganau, Alessandro Bosco, Anita Palma, Stefania Corvaglia, Pietro Parisse, Lijljana Fruk,
Antonio P. Beltrami, Daniela Cesselli, Loredana Casalis, and Giacinto Scoles G. A Nano-ImmunoAssay for the Label-free Detection of GFAP in Multicell Lysates, Integrative biology, sottomesso
Tran Thanh Nhat Le; Fabio Moda; Hoang Ngoc Ai Tran; Suzana Aulic; Saida Abounit; Hoa Thanh
Tran; Joanna Narkiewicz; Stefania Corvaglia; Loredana Casalis; Antonio Indaco; Emanuela Maderna;
Giorgio Giaccone; Stefano Gustincich; Chiara Zurzolo; Fabrizio Tagliavini; Giuseppe Legname.
Horizontal transmission of synthetic human alpha-synuclein prions in mice, PLOS One, sottomesso
Stefania Corvaglia, Barbara Sanavio, Rolando P. Hong Enriquez, Barbara Sorce, Denis Scaini,
Stefania Sabella, Loredana Casalis, Giacinto Scoles. A new method to study unstructured proteins
on surfaces: alpha-synuclein, in preparazione.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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•
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•
•
Stefania Corvaglia, Barbara Sanavio, Rolando Hong, Barbara Sorce, Stefania Sabella, Loredana
Casalis, Giacinto Scoles, A new method to study unstructured proteins on surfaces: alpha‐synuclein,
Interdisciplinary PhD spring school, 7-8 marzo 2013, Udine, Italia- poster abstract;
Stefania Corvaglia, Loredana Casalis and Denis Scaini, Alpha synuclein‐artificial lipid bilayer
interaction, EBSA-European Biophysical Congress 2013- 13-17 luglio 2013, Lisbona, Portogallo,
poster abstract;
Stefania Corvaglia, Loredana Casalis and Denis Scaini, Alpha synuclein‐artificial lipid bilayer
interaction, Nanotechnology summer school on nanotechnology, settembre, Trieste, Italia- poster
abstract;
Stefania Corvaglia, Barbara Sanavio, Barbara Sorce, Stefania Sabella, Denis Scaini, Giacinto Scoles,
st
and Loredana Casalis, Functional nanoscale assembly of proteins, 1 FVG PhD symposium, 7-9
October 2013, Grado, Italia- poster abstract
th
Partecipazione a congressi (come relatore)
•
•
Workshop on neurodegenerative disease, “A new method to study unstructured proteins: alphasynuclein”, 7-8 gennaio 2013, Udine, Italia, presentazione orale
Nanotechnology congress nanotechnology PhD school, “Nanoscale platform to study unstructured
proteins interactions”, 9-11 gennaio 2013, Trieste, Italia, presentazione orale
Attività formativa
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
•
•
Asylum webinar, “Getting started with AFM in biology- it’s easier than you think”
Asylum webinar, “Contact resonance tool for AFM nanomechanics”
James Hajdu, “Single molecule in the beam of the LCLS”, 16 settembre 2013, Trieste, Italia
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
•
•
Giacinto Scoles, «Intermolecular forces», gennaio 2013
Silvia Onesti, «Protein cristallography», 19-21 giugno 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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CANDIDATO DAL COL VALENTINA
Titolo della tesi: In silico prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to cancer targeted
prevention
Supervisore: Prof. Sabrina Pricl
Tutori (eventuali): Prof. Maurizio Fermeglia
Attività di ricerca
La terapia target ha rappresentato una rivoluzione permettendo di superare l’aspecificità del trattamento
antitumorale e colpendo, nello specifico, la causa biomolecolare del processo patologico neoplastico.
In collaborazione con l’Istituto dei Tumori, durante quest’ultimo anno, ho studiato due differenti casi. Nel
primo progetto riguardante uno studio clinico sui tumori desmoidi, è stata riscontrata un’elevata frequenza di
mutazioni per il gene della  catenina. Le nostre analisi in silico sull’interazione catenina/GSK3, riguardanti
tre mutazioni (T41A, S45P, S45F), hanno confermato una maggiore aggressività della mutazione S45F 
catenina. In particolare si è visto che il mutante S45F raggiunge, in profondità, la tasca specifica della
Phospho-serina, andando in questo modo a bloccare lo slittamento a catena e inibendo quindi l’attività
chinasica di GSK3 sui residui T41, S37 e S33.
Nel secondo caso è stato preso in considerazione Vismodegib, un farmaco che inibisce la via di
segnalazione di Hedgehog, avendo come target il recettore Smoothened. Esso ha, infatti, dimostrato
promettenti risposte di attività antitumorale nei trial clinici per il BCC, basal cell carcinoma.
Sfortunatamente, una mutazione secondaria di SMO (D473Y) e una mutazione primaria (G497W) sono state
riscontrate non essere rispondenti al trattamento con questo farmaco. Attraverso tecniche in silico è stato
possibile evidenziare che D473Y porta ad una alterazione della rete di legami idrogeno vicino alla tasca di
legame mentre G497W, localizzato in un loop distale, ostruisce l’entrata del farmaco, spiegando in questo
modo i meccanismi di resistenza.
Ho sviluppato, attraverso un processo multistep, un modello 3D per omologia del recettore ⌠1 di cui è nota
la sequenza aminoacidica ma sfortunatamente non è presente la struttura cristallizzata. Dopo essere stato
validato, attraverso diversi studi, il modello è stato, infine, utilizzato per razionalizzare in silico le interazioni
tra alcuni residui mutati (appartenenti alla tasca di legame, SBDLI, SBDLII, C-ter parte) e il suo ligando
prototipo, la pentazocina, in modo da ottenere descrizioni più dettagliate riguardo la tasca di legame.
Durante il mio periodo all’estero, a Oxford, ho sviluppato un progetto per la terapia antitumorale. Infatti,
l’infezione di Elicobacter pylory, che esprime la tossina CagA, è uno dei fattori di rischio principali per il
cancro allo stomaco. Per prevenire ed inibire questo rischio, si è pensato ad uno screening di composti 〈
mimetici, sfruttando la struttura cristallizzata disponibile, in modo da interferire nell’interazione
ASPP2/CagA.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
“2-Difluoromethylene-4-methylenepentanoic Acid, A Paradoxical Probe Able To Mimic the Signaling Role
of 2-Oxoglutaric Acid in Cyanobacteria”
Liu X, Laurini E, Wang Y, Dal Col V, Posocco P, Ziarelli F, Fermeglia M, Zhang CC, Pricl S, Peng L
Organic Letters, 2011, 13 (11), pp 2924–2927
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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“Homology model and docking-based virtual screening for ligands of the σ1 receptor”
Laurini E, Dal Col V, Mamolo MG, Zampieri D, Posocco P, Fermeglia M, Vio L, Pricl S
ACS Med. Chem. Lett., 2011, 2(11), pp 834-839
“Pd-Catalyzed direct C-H bond functionalization of spirocyclic σ1 ligands: generation of a pharmacophore
model and analysis of the reverse binding mode by docking into a 3D homology model of the σ(1) receptor”
Meyer C, Schepmann D, Yanagisawa S, Yamaguchi J, Dal Col V, Laurini E, Itami K, Pricl S, Wunsch B
J Med Chem, 2012, 55(18), pp 8047-65
“Tell me something I do not know. Multiscale molecular modeling of dendrimer/dendron organization and
Self-Assembly In gene therapy”
Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Karatasos K, Fermeglia M, Pricl S
Curr Med Chem, 2012, 19, pp 5062-5087
“Another brick in the wall. Validation of the σ1 receptor 3D model by computer-assisted design, synthesis,
and activity of new σ1 ligands”
Laurini E, Marson D, Dal Col V, Fermeglia M, Mamolo MG, Zampieri D, VIO L, Pricl S
Mol Pharm, 2012 Epub ahead of print
“Are two better than one? A novel double-mutant KIT in GIST that responds to Imatinib.”
Conca E, Miranda C, Dal Col V, Fumagalli E, Pelosi G, Mazzoni M, Fermeglia M, Laurini E, Pierotti MA,
Pilotti S, Greco A, Pricl S, Tamborini E
Mol Oncol, 2013, pii: S1574-7891(13)00043-4
“Chemical, pharmacological, and in vitro metabolic stability studies on enantiomerically pure RC-33
compounds: promising neuroprotective agents acting as σ1 receptor agonists”
Rossi D, Pedrali A, Gaggeri R, Marra A, Pignataro L, Laurini E, Dal Col V, Fermeglia M, Pricl S,
Schepmann D, Wünsch B, Peviani M, Curti D, Collina S, ChemMedChem. 2013; 8(9):1514-27
“Analysis of the molecular interactions of the potent analgesic S1RA with the σ1 receptor”
Laurini E, Dal Col V, Wünsch B, Pricl S Bioorg Med Chem Lett. 2013;23(10):2868-71
“Primary and acquired resistance to Hedgehog inhibitor vismodegib through Smoothened mutation in basal
cell carcinoma”
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
19
Bossi P, Perrone F, Cortellazzi B, Licitra L, Dal Col V, Laurini E, Fermeglia M and Pricl S
JCO, submitted
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
“Resistance to Hedgehog pathway inhibitor through Smoothened receptor mutation in basal cell carcinoma”
Bossi P, Perrone F, Cortellazzi B, Licitra L, Dal Col V, Laurini E, Fermeglia M and Pricl S
Comunicazione al AACR-NCI-EORTC International Conference on Molecular Targets and Cancer
Therapeutics, Boston MA (USA), 19-23 ottobre 2013
“In silico prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to cancer targeted prevention”
Comunicazione al 1st Phd symposium FVG, Grado 7-9 ottobre 2013
“In every dark cloud there is a silver lining: the role of S45F  catenin mutant in desmoid tumors”
Dal Col V, Colombo C, Perrone F, Laurini E, Pilotti S, Gronchi A, Pricl S
Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre
2013
“Everything You Always Wanted to Know About Sigma receptor (But Were Afraid to Ask)”
Laurini E, Dal Col V, Marson D, Mamolo MG, Collina S, Wünsch B, Pricl S
Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre
2013
“The sigma enigma. 3D homology modelling, computer-assisted drug design, 3D pharmacophore-guided
docking, MM/PBSA scoring, in silico/in vitro alanine scanning mutagenesis, and functional assays to unveil
the sigma-1 receptor hidden secrets”
Laurini E, Dal Col V, Marson D, Curti D, Collina S, Leuner K, Wunsch B, Pricl S
Comunicazione al FOMMS 2012 - Oregon (USA), 22-26 luglio 2012
“Approcio di ingegneria molecolare per lo studio della farmaco-resistenza nella terapia oncologica” Laurini
E, Dal Col V, Marson D, Posocco P, Fermeglia M, Tamborini E, Quintas-Cardama A, Pricl S
Comunicazione al GRICU 2012 – Montesilvano (PE), 16-19 settembre 2012
“Dal computer alla cellula: evidenze sperimentali/computazionali per il design di nanovettori efficienti per
terapia genica”
Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Peng L, Smith DK, Kostas Karatasos, Fermeglia M, Pricl S
Comunicazione al GRICU 2012 – Montesilvano (PE), 16-19 settembre 201
“Catch me if you can: ligand/antibody conjugated PAMAM dendrimer” Dal Col V et al.
Comunicazione a RCOM 7 (7° Rencontres de Chimie Organique Marseille) – Marsiglia (Francia), giugno
2012
“The long and winding road of the c-Kit juxtamembrane domain” Dal Col V et al.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Comunicazione a V meeting NPCF (New perspectives in medicinal chemistry) -Trieste, marzo 2011
“Nanozapped!DNA, siRNA, and their dendritic nanovectors: a combined in silico/in vivo/in vitro approach”
Dal Col V et al.
Comunicazione a CDDD (Computational Driven Drug Discovery) - L’Aquila, novembre 2011
“Trekking across GISTs: the clinical journey of KIT, PDGFRA, and the in silico prediction of drug
resistance in cancer targeted therapy” Laurini E, Dal Col V, Posocco P, Fermeglia M, Tamborini E, Pricl S
Comunicazione a Nanotechitaly, novembre 2011
Capitoli/sezioni di libri/volumi
“Multiscale modeling of dendrimers and dendrons for drug and nucleic acid delivery”
Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Peng L, Smith DK, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM,
Majoral JP, Fermeglia M, Karatasos K, Pricl S
Book “Dendrimers in Biomedical Applications”, RSC
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
“In every dark cloud there is a silver lining: the role of S45F  catenin mutant in desmoid tumors”
Dal Col V, Colombo C, Perrone F, Laurini E, Pilotti S, Gronchi A, Pricl S
Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre
2013
ATTIVITÀ FORMATIVA
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Ludwig Institute for Cancer Research, Univeristy of Oxford, Prof. Xin Lu – Oxford (Gran Bretagna)
Periodo dal 20 marzo 2013 al 26 giugno 2013
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
60 ore laboratorio MOSE
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Summer school della Scuola di Nanotecnologie – Sissa, 4-6 settembre 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Congressi
1st symposium of PhD student FVG – Grado, 7-9 ottobre 2013
NMCC (XXII Congresso nazionale di Chimica Farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013
Seminari
“Genes and mental illness” Prof. James Watson, 18 aprile 2013 (Oxford, Gran Bretagna)
“Oxford genomics centre spring forum 2013”, 21 marzo 2013 (Oxford, Gran Bretagna)
Altre attività didattiche passive
Congresso dottorandi Scuola di Nanotecnologie 9-11 gennaio 2013
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Attività di supporto per esercitazioni pratiche corso “Principi di simulazione molecolare”
Ottobre 2013
Correlatore di tesi di laurea specialistica “La Mutazione V304D Di BCR-ABL1 e La Sua Risposta Verso Gli
Inibitori Tirosin-chinasici: Indagine Molecolare Di Un Innovativo Meccanismo Di Farmaco Resistenza”
Laureanda Martina D’Este, Marzo 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Graduate Student ANDREA FRASSETTO
Title of the thesis: Nanostructural analysis of the adhesive interface in dentistry
Supervisor: Prof. Milena Cadenaro
Tutor: Prof. Lorenzo Breschi
Research Activity of the 3rd year
As presented in the second year, the dentin organic matrix has a nanostructural organization that represents
the largest component of the tooth structure. This highly complex structure, which represents the 90wt.% of
the organic phase in dentin and that can be described as a collagen type I scaffold, is nowadays largely
explored and its stability is believed to be the key of resin-dentin bond durability for restorative/reparative
dentin procedures. During these procedures collagen matrix is exposed due to acid etching and endogenous
matrix-metalloproteinases (MMPs), which are inactive in mineralized dentin and bone are activated and
slowly hydrolyze the collagen fibrils present in the hybrid layer that anchor resin composites to the
underlying mineralized dentin. As demonstrated in the first year, this hydrolysis causes a loss of bond
strength leading to the premature failure of the restoration. Matrix metalloproteinases (MMPs) are Ca/Zndependent endogenous endopeptidases involved in extracellular matrix degradation, in physiologic tissue
remodeling, and in tumor growth and invasion. In addition to MMPs also cysteine proteinases are
responsible for collagen degradation. Currently, it has been emphasized that collagen molecules could be
cross-linked and arranged in insoluble fibers in order to become more resistant to the collagenolytic
pathways. Recently, 1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC), the most stable
cyanamide isomer, is emerging to be one of the most efficient ways to inactivate endogenous dentin
proteases by cross-linking the collagen proteins and therefore preventing dentin collagen degradation thus
improving bond durability. Despite numerous studies suggested that host-derived matrix metalloproteinases
(MMPs) and cathepsins, in particular cathepsin K, can degrade the dentin collagen network, to the best of
our knowledge, no information is available on the role of occlusal forces on the enzymatic activity. From our
point of view, in vitro aging must take in account all the possible parameters, i.e. thermal-mechanicalphysical, for an as much as possible complete translation of the clinical situation of the oral environment.
Simulation of mastication cycles, i.e. Chewing Simulation (CS), must replicate in vitro the dynamic
physiological conditions of human mastication as closely as possible.
The last part of the program was focused on these cross-linking strategies, in particular evaluating the ability
of EDC to prevent collagen degradation improving the mechanical strength of its network and its resistance
to enzymatic degradation. Thus, the aim of the presented studies was to evaluate the ability of the EDC pretreatment to cross-link collagen in order to improve its stability over time. Since collagen degradation
depends on several parameters as chemical concentration of ions, relative distance between collagen and
MMPs or cathepsins, temperature and that these parameters could be affected by the aging conditions.
Therefore, samples underwent opposite aging processes, i.e. static and dynamic, in order to verify this
hypothesis. Collagen degradation was quantified by means of commercialized immunoassays and the results
revealed that EDC 0.5M pre-treatment for 60s reduced ICTP and CTX collagen fragments. A morphological
analysis of EDC-treated dentin disks was also performed by means of TEM and SEM.
The dentin collagen reinforcement and strengthening through EDC cross-linking might be of importance to
improve the bond strength and structural integrity of the resin/dentin interface over time against the
enzymatic and hydrolytic degradation, through the formation of inter- and intra- molecular crosslinks.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Publications on scientific journals (printed or in press) in 2013
−
Marchesi G, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L.
The influence of ageing on self-etch adhesive: one-step vs two-step systems. European Journal of Oral
Sciences 2013;121:43-9.
−
Gong S, Epasinghe J, Zhang W, Zhou B, Niu LN, Ryou H, Eid AA, Frassetto A, Yiu CKY, Arola
DD, Mao J, Pashley DH, Tay FR. Synthesis of antimicrobial silsesquioxane-silica hybrids by hydrolytic cocondensation of alkoxysilanes. Polymer Chemistry in press.
−
Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive
performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) in 2013
−
Diolosà M, Donati I, Turco G, Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M.
Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Journal of Dental Research 2013; 92
(Spec Iss A): 1866 (www.dentalresearch.org).
−
Frassetto A, Diolosà M , Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Bonding effectiveness of one-step
adhesives on enamel. Proceedings of the XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties, 2013
Roma.
−
Frassetto A, Diolosà M , Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Bonding effectiveness of a new
universal simplified adhesive on dentin. Journal of Dental Research 2013: 90 (Spec Iss B): 298
(www.dentalresearch.org).
−
Turco G, Frassetto A, Mazzoni A, Cadenaro M, Pashley DH, Breschi L. MMPs activity in dentin
collagen: Static and dynamic investigation. Dental Materials 2013; 29s: e86.
−
Angeloni V, Mazzoni A, Frassetto A, Cadenaro M, Falconi M, Manzoli L, Pashley DH, Breschi L.
EDC stabilize the adhesive interface over time. Dental Materials 2013; 29s: e65-e66.
−
Marchesi G, Spreafico R, Frassetto A, Cadenaro M, Breschi L. Deep margin elevation of
CAD/CAM crowns using resin composite. Dental Materials 2013; 29s: e46-e47.
−
Frassetto A, Turco G, Mazzoni A, Cadenaro M, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. Chewing
simulation affects dentin collagen degradation. Dental Materials 2013; 29s: e93.
Participation to conferences (as presenter) in 2013
−
Roma 18 April 2013; XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties. Poster oral
presentation. Bonding effectiveness of one-step adhesives on enamel.
−
Vancouver BC (CA) 10 October 2013; Annual Meeting of Academy of Dental Materials. Poster
Presentation to the Paffenbarger Award Committee. Chewing Simulation Affects Dentin Collagen
Degradation. (3rd Prize winner)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
24
−
Milano 22 November 2013; Dental Expo Annual Meeting. Oral Presentation. Adhesion of
conventional and simplified resin-based luting cements to dentin.
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
−
Trieste 2 February 2013; XVII Meeting ANDI on Adhesive Dentistry.
−
Udine 7-8 March 2013; Interdisciplinary PhD Spring School at University of Udine.
−
Roma 18-20 April 2013; XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties.
−
Trieste 9-10 May 2013; EDS Lesson & Training, Instructor: Dr. Andrea Valdrè (FEI –SEM).
−
Trieste 12 June 2013; Seminar: Policy of University of Trieste for Open Access in scientific
literature.
−
London 29 July-2 August 2013; Periodontics Masterclass at UCL Eastman Dental Institute.
−
Firenze 4-7 September 2013; Annual Meeting of the International Association of Dental Research Continental European Division.
−
Firenze 5 September 2013; Symposium on Zirconia reinforced Lithium Silicate (ZLS) – a new high
strength glass ceramic.
−
Vancouver, BC (CA) 8 October 2013; Research Meeting with Prof. David Pashley.
−
Vancouver, BC (CA) 9-12 October 2013; Annual Meeting of Academy of Dental Materials.
Support educational activity and teaching
Support educational activity in Course of Material Sciences and Course of Adhesive Dentistry.
Assistant supervisor of Dental School theses in Dental Materials:
−
I. Spagnolo - Role of chewing simulation on luting effectiveness of a resin-based cement for indirect
restorations (Supervisor: Prof. L. Breschi)
−
P. Venturini - L’uso dei cementi self-adhesive per la cementazione dei restauri indiretti in composito
(Supervisor: Prof. L. Breschi)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
25
CANDIDATO ELISA MINIUSSI
Titolo della tesi: Nanoscale properties of graphene-based interfaces
Supervisore: Prof. Alessandro Baraldi
Attività di ricerca
−
Nel corso dell’ultimo anno sono stati approfonditi e ultimati l’analisi dei dati e i calcoli teorici per il
sistema graphene(GR)/lega di superficie PtRu su Ru(0001). Da questo lavoro è stato prodotto un
manoscritto, pubblicato lo scorso agosto su Scientific Reports [D. Alfè et al., Fine tuning of graphene–metal
adhesion by surface alloying, Scientific Reports, 3, 2430 (2013)]. I nostri risultati dimostrano come
l’impiego di leghe bimetalliche di superficie offra opportunità senza precedenti per la regolazione selettiva
dell’interazione tra grafene e substrato attraverso la semplice variazione della concentrazione della specie
“ospite” nel primo strato. I promettenti risultati ottenuti per il PtRu possono, con ogni probabilità, essere
estesi a un vasto numero di sistemi analoghi, aprendo la strada ad una futura regolazione fine dell’interazione
grafene-substrato e, di riflesso, alla manipolazione delle proprietà del grafene.
−
Grande attenzione è stata inoltre dedicata allo studio della reattività dei nanocluster di Rh supportati
da GR/Ir(111), già intrapreso in forma preliminare lo scorso anno, limitatamente all’adsorbimento
dell’ossigeno. Gli esperimenti più recenti hanno approfondito determinati aspetti della reattività dei cluster
esposti ad ossigeno, e sono stati dedicati allo studio delle reazioni di riduzione mediante esposizione a CO e
all’elaborazione di una nuova procedura sperimentale per produrre in situ nanocluster di Rh fortemente
ossidati.
−
Sono proseguite, in parallelo, sia l’attività sperimentale sia le simulazioni teoriche per il sistema
GR/Ni3Al(111), che hanno evidenziato la formazione di un layer di carbonio con proprietà morfologiche ed
elettroniche molto simili a quelle del GR/Ni(111). L’esposizione del sistema ad ossigeno conduce alla
formazione di ossido (alumina) e a un disaccoppiamento del GR dal substrato. Questo studio, i cui risultati
saranno a breve sottomessi per la pubblicazione, è stato motivato dall’importanza della comprensione dei
meccanismi di funzionamento e interazione delle interfacce GR-ossido.
−
Un altro sistema che è stato caratterizzato a fondo è il GR/Rh(533), motivato dall’interesse verso la
crescita del GR su substrati con anisotropie strutturali, come nel caso delle superfici vicinali dei metalli di
transizione. Il nuovo sistema è in certi aspetti simile al già noto GR/Rh(111), ma lo strato di carbonio in
questo caso mostra una periodicità diversa (a causa della rottura di simmetria dovuta alla presenza degli
step), e presenta un’interazione più debole con il substrato e una maggiore stabilità termica –ulteriori aspetti
riconducibili alla presenza degli step-. Attualmente è in preparazione un manoscritto contenente i risultati
dello studio, che sarà a breve sottomesso per la pubblicazione.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
−
D. Alfè, M. Pozzo, E. Miniussi, S. Günther, P. Lacovig, S. Lizzit, R. Larciprete, B. Santos Burgos,
T. O. Mentes¸, A. Locatelli, A. Baraldi, Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying,
Scientific Reports, 3, 2430 (2013).
Pubblicazioni sottomesse in corso di valutazione
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
26
−
E. Miniussi, M. Pozzo, T. O. Menteş¸ M. A. Niño, A. Locatelli, E. Vesselli, G. Comelli, S. Lizzit, D.
Alfè, A. Baraldi, The competition for graphene formation on Re(0001): a complex interplay between carbon
segregation, dissolution and carburization.
Pubblicazioni in avanzato stato di preparazione.
−
B. Casarin, A. Cian, F. Feng, E. Monachino, F. Randi, G. Zamborlini, M. Zonno, E. Miniussi,
P.Lacovig, S. Lizzit, A. Baraldi, The thinnest carpet on the smallest staircase:the growth of graphene on
Rh(533).
−
L. Omiciuolo, E. Hernandez, E.Miniussi, F. Orlando, P. Lacovig, R. Larciprete, S. Lizzit, M.
Bianchi, S. Ulstrup, P. Hofmann, D. Alfè, and A. Baraldi, Chemical vapour deposition on bimetallic alloys:
a route for the synthesis of high-quality graphene-alumina interfaces.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Settembre 2013: Abstract della comunicazione: Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface alloying,
19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF), Trieste.
Maggio 2013: Poster: Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Gordon
Research Seminar Self-Assembly & Supramolecular Chemistry, Les Diablerets, Svizzera.
Aprile 2013: Poster: Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Graphene 2013, Bilbao,
Spagna.
Partecipazione a congressi (come relatore), seminari a congressi e presso istituzioni scientifiche
Agosto 2013: Seminario su invito: “Epitaxial graphene and its interaction with low–dimensional
systems”, AMO GmbH, Aachen, Germania.
Settembre 2013: Seminario su invito: “Nanoscale properties of graphene–based interfaces”,
Dipartimento di Chimica, Università di Costanza, Costanza, Germania.
Settembre 2013: Comunicazione dal titolo “Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface
alloying”, 19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF), Trieste.
Ottobre 2013: Seminario: “Nanoscale properties of graphene–based interfaces”,
Dipartimento di Fisica, Università di Zurigo, Zurigo, Svizzera.
Ottobre 2013: Seminario: “Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface
alloying”, First FVG PhD Symposium, Grado, Italia.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
27
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
22-26 Aprile 2013: partecipazione alla conferenza internazionale “Graphene 2013”, Bilbao, Spagna.
4-5 Maggio 2013: partecipazione al Gordon Research Seminar “Self-Assembly & Supramolecular
Chemistry”, Les Diablerets, Svizzera, selezionata per il ruolo di discussion leader.
14-16 Maggio 2013: visita dell’evento fieristico e congressuale internazionale “Laser-World of Photonics
2013”, Monaco di Baviera (Germania).
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea):
24 gennaio 2013: Superamento esame CLAD (Certified LabVIEW Associate Developer) della National
Instruments, a seguito del corso avanzato di LabVIEW seguito nell’autunno 2012.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
17-20 Giugno 2013: partecipazione alla Scuola “Nanomaterials” a Bad Gastein, Austria.
14-19 Luglio 2013: partecipazione alla conferenza internazionale “Science Lectures in Physics and
Chemistry”, con una delle 15 borse assegnate dalla Onassis Foundation for Science a studenti internazionali
selezionati.
23-27 Settembre 2013: partecipazione al 19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF),
Trieste.
Seminari ad Elettra
31 Gennaio 2013 - High throughput crystallography: the XRD1 case (Giorgio Bais);
15 Aprile 2013 - Spatially Resolved X-Ray PhotoElectron Spectroscopy Investigation @ESCAmicroscopy –
Solutions Toward Near Ambient Pressure XPS Microscopy (Matteo Amati);
16 Maggio 2013 - A brief history of SPELEEM and related imaging methods (Ernst Bauer);
7 Giugno 2013 - Characterization of electronic and structural properties of graphene/copper and
graphene/nickel interfaces (Luca Bignardi);
27 Agosto 2013 - Electronic band structure of graphene on Ir/YSZ/Si(111) (Claudia Struzzi);
10 Ottobre 2013- Complementary computational and experimental approach for the investigation of
structural and electronic properties of organic molecules and graphene (Federico Bisti);
17 Ottobre 2013 -Femtosecond-electron microscopy of solids and nanostructures (Luca Piazza)
Attività didattica passiva autonoma
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
28
Lettura di articoli, review e tesi su argomenti attinenti alla mia attività di ricerca, in particolare: studio
sperimentale e teorico delle proprietà del grafene, crescita e caratterizzazione del grafene su substrati solidi
(in particolare leghe metalliche di bulk e superficie e superfici vicinali dei metalli di transizione);
morfologia, struttura elettronica e reattività dei nanocluster metallici supportati su grafene cresciuto
epitassialmente su metalli di transizione o altri substrati.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Attività didattica a carattere tecnico-pratico per metodi sperimentali in fisica delle superfici a supporto
dell’insegnamento di Laboratorio di Fisica della Materia per studenti della Laurea Magistrale in Fisica (40
ore).
Contenuti: supporto all’attività sperimentale presso il Laboratorio di Fisica delle Superfici. Sostegno e
coordinazione degli studenti durante tutta l’attività sperimentale e di acquisizione dei dati nei giorni di beam
time presso la linea di luce SuperESCA. Lezioni frontali sull’impiego dell’ambiente di programmazione Igor
Pro (Wave Metrics) per l’analisi dei pattern di diffrazione da elettroni lenti –LEED- e degli spettri di
fotoemissione ad alta risoluzione energetica acquisiti con radiazione di sincrotrone.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
29
CANDIDATO ELISA MITRI
Titolo della tesi: Fabbricazione di dispositivi microfluidici per lo studio della risposta biologica di cellule
vive sottoposte a stimoli chimico-fisici mediante tecniche di microspettroscopie vibrazionali
Supervisore: Massimo Tormen
Tutori: Gianluca Grenci, Lisa Vaccari
Attività di ricerca
La microspettroscopia infrarossa (MSIR) è considerata tra i più promettenti metodi per lo screening medico e
diagnostico, grazie alle informazioni strutturali e conformazionali, contenute in uno spettro infrarosso. Lo
studio di cellule vive tramite MSIR in trasmissione richiede l'utilizzo di un set-up microfluidico trasparente
all'IR, capace di mantenere le condizioni necessarie alla vita delle cellule.
abbiamo Nel corso dell’anno è stato sviluppato un nuovo protocollo per produrre dei dispositivi microfluidici
caratterizzati da un’ampia trasparenza (dall’UV-Vis al midIR) e capaci di sostenere flussaggio di liquido
anche per tempi lunghi (48h). Questa procedura presenta un nuovo metodo di incollaggio per l’SU-8
(photoresist con tono negativo), che sfrutta le modificazioni chimiche indotte nella resina dall’esposizione a
254 nm.
Abbiamo utilizzato i dispositivi micro-fluidici messi a punto in due tipologie di esperimenti.
In un primo esperimento, abbiamo dimostrato come la MSIR su cellule vive sia capace di permettere la
determinazione della fase cellulare senza alcun label, trattamento o fissazione e senza influenzare la vitalità
delle cellule. I risultati ottenuti con MSIR si sono dimostrati comparabili con quelli ottenuti con le comuni
tecniche spettroscopiche (ad es la citofluorimetria). In un secondo esperimento, abbiamo monitorato i
cambiamenti intercorsi a seguito di uno shock di tipo osmotico o termico, al fine di identificare le
caratteristiche spettroscopiche rappresentative di tali processi. Un decremento nel contenuto di proteine,
lipidi e acidi nucleici viene evidenziato in presenza di lisi indotta da stress osmotico, insieme
all’acidificazione del citosol e alla formazione di aggregati proteici. Questi ultimi sono presenti anche nelle
cellule esposte a shock termico, a causa del misfolding proteico.
Pubblicazioni su riviste scientifiche,
–
“SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR
microspectroscopy of live cells”, E. Mitri, G. Birarda, L. Vaccari, S. Kenig, M. Tormen and G. Grenci, Lab
Chip, 2013, DOI: 10.1039/C3LC50878A
–
“Determination of cell cycle phases in live B16 melanoma cells using IRMS”, Diana E. Bedolla,
Saša Kenig, Elisa Mitri, Paolo Ferraris, Alessandro Marcello, Gianluca Grenci and Lisa Vaccari, Analyst,
2013,138, 4015-4021
–
“Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Infrared
Microspectroscopy of Living Cells” Elisa Mitri, Alessandro Pozzato, Giovanna Coceano, Dan Cojoc, Lisa
Vaccari, Massimo Tormen, Gianluca Grenci, Microelectronic Engineering 2013
ATTIVITÀ FORMATIVA
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
30
Seminari
“MATLAB per l’analisi dati” ottobre 2013 AREA Science Park
“Hierarchical Accessibility of Double-Helical RNA and DNA Processing, Signals in Highly Dense Self
Assembling Nanostructure” Matteo Castronovo,19.12.2012
“Metabolic Signature in Cancer Research using Magnetic Resonance Spectroscopy” Stefano Tiziani,
20.12.2012
“Interdisciplinary PhD Spring School” Udine 07-08.03.2013
Congressi e Scuole
Third Joint Summer School on Nanotechnology, Settembre 2013
1st FVG PhD symposium, Grado, Ottrobre 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
31
CANDIDATO GIUSEPPINA PALMA
Titolo della tesi: Celle solari dye-sensitized nanostrutturate
Supervisore: Alessandro Fraleoni Morgera
Attività di ricerca
Le attività svolte durante il terzo anno di dottorato, hanno riguardato la nanostrutturazione di fotoanodi di
TiO2 da applicare nelle celle solari a colorante organico (DSSC). In fatti, la densità di corrente (correlata
all’efficienza del dispositivo) è dipendente dal numero di molecole di colorante adsorbite sulla superficie del
TiO2. Per aumentare l’area totale esposta all’attacco del colorante, la fabbricazione di foto anodi più porosi è
stata l’attività principale di quest’anno I foto anodi nanostrutturatisono stati fabbricata con il metodo ASBSANS. I foto anodi così ottenuti mostrano un’elevata porosity rispetto a quelli ottenuti da procedure
standard. Il problema iniziale di non riuscire ad ottenere una sostanziale differenza rispetto ai fotoanodi
tradizionali in termini di numero di molecole/nm2 adsorbite, ci ha indotto a pensare ad un collasso delle
struttura durante le fasi di fabbricazione. Per evitare il collasso è stato inserito un cross-linker organico
all’interno del sistema in grado di sostenere la struttura fino alla fine delle fabbricazione. Dal confronto tra i
parametri di densità, n° molecole/nm2 e n° molecole/particella di fotoanodi preparati con il metodo ASBSANS e di quelli preparati con protocolli standard ne risulta che i fotoanodi nano-ingegnerizzati si
presentano meno densi e presentano un numero di molecole/nm2 tre volte più grande rispetto a quello
ottenuto dai fotoanodi tradizionali. I foto anodi nano strutturati sono stati perciò applicati per la
fabbricazione di DSSC, dove è stata registrato un aumento in densità di corrente del 26.6% in più rispetto
alle DSSC tradizionali. Questi risultati provengono da celle non perfettamente ottimizzate perciò ulteriori
miglioramenti sono in corso per applicare i fotoanodi nanoingegnerizzati a celle ottimizzate.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
•
A. Fraleoni Morgera, G. Palma and J.R.Plaiser, Fast fabrication over large areas of
P3HT nanostructures with high supramolecular order, RSC Adv., 2013, 3, 15664
•
G Palma, E Capria, A Fraleoni Morgera, How to convert an UV-Vis spectrometer in an
efficient IPCE characterization system for photovoltaics, Submitted
ATTIVITÀ FORMATIVA
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Anno 2013
•
9 Gennaio 2013 , Annual meeting of Ph.D, School of nanotechnology, UniTS
•
7 Marzo 2013, Interdisciplinary Phd Spring School, Udine, UniUD
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
32
•
21 Agosto, Hydrogen doping in Titanium dioxide thin films, M.R. Mohammadizadeh, ICTP
•
15 Luglio, Photovoltaics: state of the art and perspectives A. Massi Pavan (Università di Trieste)
•
7-9 Ottobre, Phd Symposium, Grado
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
33
CANDIDATO: ANDREA RADIVO.
Titolo della tesi:
Studio sperimentale della fisica di dispositivi fotovoltaici organici nano strutturati.
Supervisore:
Massimo Tormen
Tutori:
Simone Dal Zilio, Enrico Sovernigo
Attività di ricerca
Lo scopo del progetto è sviluppare e studiare celle fotovoltaiche organiche (OPV) nano strutturate, al fine di
incrementarne l’efficienza. In particolare in questo lavoro è stata studiata la possibilità di nano strutturare il
PEDOT:PSS tramite "Nano Imprinting Lithograpy" per utilizzarlo: come supporto per nano strutturare
indirettamente lo strato attivo delle OPV; come reticolo di diffrazione per incrementare l'assorbimento della
luce da parte della cella; come elettrodo interdigitato per facilitare l'estrazione delle cariche. A questo fine è
stato sviluppato un innovativo processo di imprinting ad umidità relativa controllata denominato Water
Vapor Assisted Nano Imprinting Lithography" (WVA-NIL) che ha permesso di ottenere nano strutture di
PEDOT:PSS ad alto rapporto d'aspetto (6 AR con dettagli da 70nm, contro un massimo di 0,86AR ottenuto
in letteratura alla stessa risoluzione.[1]). Il processo è risultato inoltre in grado di incrementare conducibilità
lungo il piano (fino a 5 ordini di grandezza) e ridurre la funzione lavoro (ridotta fino a 1,5ev) del
PEDOT:PSS in modo controllato, localizzato e slegato dal cambiamento topografico, allargando il possibile
campo d'applicazione del PEDOT:PSS. Le strutture ottenute sono state poi usate come substrati per la
produzione di celle fotovoltaiche organiche, sia Bulk Heterojunction (BHJ), sia bi-strato, conformali alla
struttura del PEDOT:PSS, che ne determina quindi la nano strutturazione. A questo fine sono stati testati
anche diversi materiali organici depositati per evaporazione termica a vuoto (Pentacene, CuPc, C60) o per
deposizione da soluzione (P3HT, PSiF-DBT, PCBM, ICBA) portando alla luce vantaggi e svantaggi dei
diversi possibili approcci. In particolare è stato possibile ottenere un aumento relativo di efficienza del 60%
(dallo 0,8% del riferimento tradizionale, al 1,275% della cella nano strutturata) applicando il substrato nano
strutturato di PEDOT:PSS a celle BHJ in P3HT:ICBA.
[1]
Y. Yang, K. Lee, K. Mielczarek, W. Hu, and a Zakhidov, “Nanoimprint of dehydrated PEDOT:PSS
for organic photovoltaics.,” Nanotechnology, vol. 22, no. 48, p. 485301, Dec. 2011.
Altre pubblicazioni
−
Poster dal titolo “Water-vapor-assisted Nanoimprint Lithography of conductive PEDOT:PSS for
applications in organic photovoltaics”. Presentato a “Nano Imprint and Nanoprint technology” International
School a Barcellona, Spagna 21-23 ottobre 2013 e alla conferenza internazionale “Solar Energy for world
peace” ad Istambul, Turchia 17-19 agosto 2013.
−
Poster dal titolo “Towards Ordered Bulk Heterojunction Polymer Solar cell” presentato alla
“supramolecular functional system for organic electronic” international conference, 26-28 giugno,
Strasburgo, Francia.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
34
Attività formativa
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Attività organizzate dalla scuola di dottorato:
1.
School: 7 th - 8th March 2013: Interdisciplinary PhD Spring School jointly organized by Università
degli Studi di Udine, Università di Trieste and SISSA, at Udine.
2.
School: 4 th - 6th September: Third edition of the PhD Summer School on Nanotechnology jointly
organized by University of Udine, University of Trieste and SISSA, at SISSA in Trieste Italy.
Attività al di fuori della scuola di dottorato:
3.
Workshop: 17-19 agosto 2013. “Solar Energy for world peace” ad Istambul, Turchia.
4.
Workshop: 26 settembre 2013 “COMSOL: Multifisica e Termomeccanica” all’Università di Udine.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva.
Studio di articoli scientifici riguardanti le celle fotovoltaiche organiche, il nano imprinting e l’elettronica
organica in generale.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
35
Candidato MICHELE ROMEO
Titolo della tesi: “Sviluppo e applicazione di metodologie DFT e TDDFT per la
descrizione di osservabili spettroscopici in sistemi condensati”
Supervisore: Prof. GIOVANNA FRONZONI (DSCF)
Attività di ricerca
L'adsorbimento di molecole organiche su superfici semiconduttrici ha attratto un'attenzione crescente per la
sua importanza nelle tecnologie emergenti.
La spettroscopia NEXAFS viene largamente utilizzata per caratterizzare strutture adsorbite su superfici dal
momento che permette di investigare i vari modi di adsorbimento così come l'estensione dell'interazione
adsorbato-substrato. Computazioni quantistico-chimiche sono importanti per acquisire la maggior parte di
informazione dagli esperimenti che sono spesso di difficile interpretazione e razionalizzazione. L'obiettivo
principale del progetto è lo sviluppo di uno schema computazionale utile per la simulazione di spettri
NEXAFS di molecole adsorbite su superfici nel contesto del design di modelli molecola/superficie ed in
quello del calcolo ed interpretazione dei risultati spettroscopici.
Durante il primo anno di dottorato è stata messa a punto la metodologia computazionale ibrida periodica/al
finito con implementazione, in linguaggio Fortran 90/95, dell'algoritmo di calcolo per gli spettri risolti
angolarmente nella suite di codici a disposizione del gruppo di chimica teorica del DSCF.
Durante il secondo anno di dottorato è stata completata la simulazione di spettri NEXAFS di etilene
adsorbita su una superficie regolare di Silicio, nella fattispecie la ricostruzione Si(100)-2x2, considerando
due geometrie di adsorbimento prevalenti, on-top e bridge. I risultati sono stati successivamente oggetto di
pubblicazione (J.Phys.Chem.C, 2012, 116 (35),18910–18919 OI: 10.1021/jp306374w).
Sempre durante il secondo anno, è stato ultimato lo studio di adsorbimento di un sistema semplice su una
superficie metallica, nella fattispecie di O2 su Ag(110) utilizzando lo stesso framework computazionale per
gli spettri angolo risolti. Lo studio ha completato una parziale intepretazione degli spettri sperimentali ed ha
mostrato le sostanziali differenze di approccio al caso di una superficie metallica. Il lavoro è stato pubblicato
di recente, durante il terzo anno dottorale (Surf. Sci., vol. 616 (2013), p. 178-185,
http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2013.06.013 ).
In un secondo step, fra il secondo ed il terzo anno, sono stati ottimizzati modelli di superfici adsorbenti di
Silicio, nella medesima ricostruzione, con molecole di piridina per mezzo di computazioni DFT periodiche
su opportuni geometrizzazioni di slab. Sono state considerate quattro geometrie di adsorbimento utili
all'interpetazione. Tuttavia solo alcune di esse appaiono essere energeticamente favorite a 200 K. Dalle
strutture risultanti dal calcolo periodico sono stati estratti razionalmente cluster finiti utili alla successiva
computazione degli spettri NEXAFS della piridina a livello N1s e C1s. In questo caso, come nel precedente,
il confronto fra gli spettri risolti angolarmente calcolati e quelli sperimentali è risultato soddisfacente e mette
in luce l'evidente potenziale della tecnica computazionale sviluppata nello studio delle configurazioni di
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
36
adsorbimento di molecole su superfici solide variamente ricostruite.L'analisi è terminata ed il lavoro è in via
di pubblicazione.
Durante il terzo ed ultimo anno è iniziata una collaborazione con un gruppo sperimentale operante presso il
sincrotrone Elettra di Trieste (A.Cossaro,A.Morgante et al.), presso l'Aloisa Beamline, per l'individuazione di
modelli confidenti con le geometrie di adsorbimento prevalenti nel caso di un sistema formato da una
superficie adsorbente di oro Au(111) su cui venga effettuata, in condizioni sperimentali ripetibili, una
deposizione di molecole di paradiaminobenzene (1,4-diaminobenzene, in breve PDB). Sono stati testati ad
oggi vari modelli per le diverse famiglie di adsorbimento riconosciute a livello sperimentale (multi, tilted,
flat). Gli spettri angolo risolti per il PDB libero e per quello depositato, in relazione ai modelli scelti e nel
confronto con il dato sperimentale, mettono in luce l'evidente difficoltà di modellizzazione di geometrie
realistiche e la conseguente difficoltà intepretativa dei risultati dell'esperimento. Il lavoro è tuttora in corso e
confidiamo di chiuderlo entro la prima metà del 2014.
Pubblicazioni su riviste scientifiche,

J.Phys.Chem.C, 2012, 116 (35),18910–18919 DOI: 10.1021/jp306374w

Surf. Sci., vol. 616 (2013), p. 178-185, http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2013.06.013

J.Phys.Chem.C, Pyridine on Si(100) – paper in revision
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive

DCTC2013 congress of the computational division of SCI, February 20-22, 2013

DFT2013, Durham University, Durham, UK, September 9–13, 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
37
FRANCESCA SANTESE
Titolo della tesi: Modellistica molecolare per materiali e rivestimenti multifunzionali nanostrutturati
Supervisore: Prof. Maurizio Fermeglia
Tutori (eventuali): Prof.ssa Sabrina Pricl
Attività di ricerca
La mia attività di ricerca riguarda principalmente lo studio, la correlazione e la previsione delle relazioni
struttura/proprietà per sistemi molecolari nel campo della scienza dei materiali mediante tecniche di
simulazione molecolare. Durante il mio dottorato mi sono occupato di diversi progetti.
Multhybrids è un progetto europeo il cui obiettivo primario era lo sviluppo di una tecnologia innovativa per
la preparazione di componenti con nanomateriali multifunzionali. All’interno di questo progetto abbiamo
caratterizzato 13 sistemi con nanofillers di diversa natura e forma, puri o modificati con diversi
compatibilizzanti, in diverse matrici polimeriche, utilizzando una procedura di modellistica molecolare
multiscala sviluppata dal nostro gruppo di ricerca. I risultati ottenuti sono incoraggianti vista l’ottima
concordanza dei valori delle proprietà termofisiche calcolate con i corrispetivi dati sperimentali. Inoltre, si è
visto che nei sistemi esfoliati le caratteristiche chimico/fisiche dei modificatori non influiscono sulle
proprietà macroscopiche, mentre le dimensioni e la forma dei nanofillers hanno un grande impatto sulle
proprietà del materiale finale. Nanostrata è un progetto nazionale che ha come scopo lo sviluppo di nuovi
rivestimenti nanostruttuati per diverse applicazioni industriali. In Nanostrata abbiamo svolto uno studio sulla
bagnabilità di diverse superfici polimeriche (polipropilene, polistirene, poliammide e una serie di
fluoropolimeri aromatici) con liquidi di diversa natura (acqua, olio, miscela di acqua e sapone) per sviluppare
una metodologia che consenta di predire alcune importanti proprietà dell’interfaccia, quali l’angolo di
contatto, la tensione superficiale e il lavoro di adesione. La concordanza dei risultati ottenuti con i valori
sperimentali disponibili in letteratura ha permesso di convalidare la procedura sviluppata e dimostra che il
protocollo sviluppato è applicabile anche a polimeri più complessi. Nel progetto Nanomodel, che mira ad
aumentare la competitività dell'industria europea, attraverso lo sviluppo di modelli predittivi validati per
ridurre gli sforzi necessari per lo sviluppo di nuovi materiali nanostrutturati, i sistemi di interesse sono
nanocompositi icostituiti da nanoparticelle di silice superficialmente modificate con catene di polistirene in
una matrice della stesso polimero. Quindi il nostro contributo è stato lo sviluppo di una procedura di
simulazione molecolare multiscala per prevedere l'aggregazione/dispersione di queste nanoparticelle
prestando attenzione a tutte le variabili chiave come NP densità di grafting, la lunghezza delle catene
graftate, e la frazione volumetrica. Abbiamo poi convalidato il nostro approccio confrontando i risultati dalle
simulazioni con i risultati coerenti del SAXS e del TEM. Infine ho dato un contributo al progetto Green
Boat, che è un progetto molto vasto volto a promuovere la riduzione dell'impatto ambientale in ciascuna
delle tre principali fasi di vita di una barca: la produzione, il servizio, e dismissione. L'obiettivo comune dei
partners è lo sviluppo di materiali innovativi, ecologici, come ad esempio nanocompositi polimerici a base di
fibre naturali. Quindi abbiamo fatto una caratterizzazione di nanowhiskers di cellulosa (CNW) dispersi in
una matrice polimerica, utilizzando una combinazione di tecniche sperimentali e di simulazione, che hanno
permesso di stimare la temperatura di transizione vetrosa, di studiare le caratteristiche nanostrutturali e di
determinare il comportamento reologico dei sistemi. Possiamo concludere che i nanocompositi caricati con
nanowhiskers di cellulosa sembrano essere dei buoni candidati per sostituire i materiali comunemente usati
rinforzati con cariche minerali.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
38
“Size and shape matter! A multiscale molecular simulation approach to polymer nanocomposites” R. Toth,
F. Santese, S. P. Pereira, D. R. Nieto, S. Pricl, M. Fermeglia and P. Posocco, J. Mater. Chem., 2012, 22,
5398-5409
“Simple, Fast, and Accurate In silico Estimations of Contact Angle, Surface Tension, and Work of Adhesion
of Water and Oil Nanodroplets on Amorphous Polypropylene Surfaces” D. R. Nieto, F. Santese, P. Posocco,
R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 2855-2859
“Water, oil, and surfactant solution on polymer surfaces: converging simulation methods for contact angle
determination” F. Santese, D. R. Nieto, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia,, ACS Appl. Mater.
Interfaces, 2013 sottomesso
“Aromatic Fluoropolymers: a molecular dynamic study of wettability” Macromolecules, D. R. Nieto, F.
Santese, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia, 2013 sottomesso
“Insights on the aggregation of highly grafted spherical nanoparticles from a combined
experimental/multiscale modeling investigation” P. Posocco, F. Santese M. Meyer, E. Hübner, O. Pravaz,
J.W. Handgraaf, W. Pyckhout-Hintzen, D. Richter, M. Fermeglia, and Sabrina Pricl RSC Advances, 2013
sottomesso
“Cellulose nanowhiskers reinforced PMMA and a-PP matrices” P. Posocco, R. Toth, F. Santese, F. Felluga,
R. Urbani, S. Padovani, S. Priante, S. Pricl, M. Fermeglia, Carbohydrate Polymers, 2013 sottomesso
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
VNPCF (V congresso nazionale di chimica farmaceutica) comunicazione: “Molecular modeling
investigation of egfr mutations and their response to Iressa”, 28-30 marzo 2011, Trieste
AIChE Annual Meeting 2011, comunicazione: “The Factory of the Future: Integrating Multiscale Modeling
and Experiments to Produce New, Better Nanocomposite Materials” M. Fermeglia, P. Posocco, R. Toth, D.
R. Nieto, F. Santese and S. Pricl, 24 ottobre 2011 Minneapolis
Eurofillers 2011 comunicazione: “Chemistry and shape effects in polymer based nanocomposites: a
multiscale modeling study.” M.Fermeglia, P. Posocco, R. Toth, D. Romero, F. Santese, S. Pricl 21-22 agosto
2011 Dresden, Germany
NanotechItaly, comunicazione: “Nanoparticles at large. A multiscale molecular modeling protocol to
predict/explain structure-property relationships in nanocomposite systems” P. Posocco, F. Santese, D. R.
Nieto, E. Laurini, M. Fermeglia, J. W. Handgraaf, H. G.E.M. Fraaije, M. Lisal, S. Pricl, 23-25 novembre
2011, Venezia
NanotechItaly 2011, comunicazione: “Interfacial wettability of polymeric surfaces by oil, water and
surfactant/water nanodroplets. A molecular dynamic study” F. Santese, D. R. Nieto P. Posocco, R. Toth, M.
Fermeglia, S. Pricl, 23-25 novembre 2011, Venezia
FOMMS 2012 comunicazione: “MOMA: Multiscale mOlecular Modeling of nAnocomposite materials. An
integrated experimental/computational approach to the characterization of polymer-grafted silica-based
polymer nanocomposites”, P. Posocco, F. Santese, J. W. Handgraaf, M. Meyer, O. Pravaz, S. Pricl and M.
Fermeglia, 22-26 luglio 2012, Mt. Hood, Oregon
ESAT 2012, comunicazione: “An integrated experimental/computational approach to the characterization of
polymer- rafted silica-based polymer nanocomposites”, M. Fermeglia, P. Posocco, F. Santese, J. W.
Handgraaf, M. Meyer, O. Pravaz, and S. Pricl, 7-10 ottobre 2012, Berlino
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
39
1st FVG PhD Symposyum, communication: “Molecular modeling of multifunctional nanostructured
materials and coatings “, F. Santese et al., 7-9 ottobre 2013, Grado
ATTIVITÀ FORMATIVA
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
60 ore laboratorio MOSE
Scuole
AMBER school 3-6 maggio 2011, Barcellona
Summer school on Nanotechnology 20-23 settembre, Trieste
School on Synchrotron and FEL Based Methods and their Multi-Disciplinary Applications, 19-30 marzo
2012, Trieste
Summer School on Nanotechnology, 2-5 luglio 2012, Udine
Summer School on Biology, Computation and Information, 10-14 settembre 2012, Udine
Summer School of Nanotechnology 4-6 settembre 2013, Trieste
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Seminari
“Brached Peptides as Therapeutics” Prof. Bracci 21 marzo 2011
“Seminario GPU@UniTS - Processori Grafici & Calcolo Intensivo” 18 febbraio 2011
“New approaches in cancer therapy” Prof. Misiura 12 maggio 2011
“Nanosistemi per il drug e il gene delivery a base di derivati dell’acido aspartico” Prof. Cavallaro 1 giugno
2011
“Self assembled monolayers the challenge” Dr. Hicham Hamoudi 1 luglio 2011
“The effect of confinement on enzyme diffusion and reaction inside DNA nanostructures” Dr. Castronovo 29
luglio 2011
“Prospettive della sanità digitale nella Ricerca, nella Clinica e nell’Home-Care” ,Prof. Pinciroli, 14 febbraio
2012
“Business insights”, Area Science Park, 27 febbraio 2012
“Enterprise Europe Network”, Area Science Park, 27 febbraio 2012
“Spring course on Diffraction Methods for Nanostructured Materials”, Prof. N. Masciocchi e Prof.ssa A.
Guagliardi, 15 marzo 2012
“How to perform a literature search using the resources available at UNITS”, Prof. M. Fermeglia, 6 giugno
2012
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
40
“How to connect to the UNITS network from outside the campus”, Prof. M. Fermeglia, 6 giugno 2012
“Polymer based-nanocomposites”, G. Kortaberria, 6 giugno 2012
“Robust imaging and delivery system targeted nanoparticles”, L.Nunez , 17 settembre 2012
“Training about scripting in Material Studio”, Li Xiao, 10 ottobre 2012
“Training about Mesocite in Material Studio”, Jason DeJoannis, 11 ottobre 2012
Corsi
“Molecular self- assembling and nanostructures”, Prof. Morgante, Casalis, Pasquato Periodo 21 giugno-29
luglio 2011
Altre attività didattiche passive
Congresso dottorandi Scuola di Nanotecnologie 17-19 gennaio 2011
Presentazione delle attività scientifiche dei gruppi di ricerca del dipartimento DI3, 25 febbraio 2011
Congresso dottorandi Scuola di Nanotecnologie 16-18 gennaio 2012
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Attività di supporto per esercitazioni pratiche di Laboratorio di Simulazione molecolare per il “Master in
Ingegneria Clinica”, 2012-2013
Attività di supporto per esercitazioni pratiche corso “Principi di simulazione molecolare”, novembre 20122013
Attività di supporto per esercitazioni di “ Reattori Chimici e Biochimici”, 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
41
Dottorando LETIZIA TAVAGNACCO
Titolo della tesi: Ruolo dell'acqua nel riconoscimento molecolare di bionanostrutture in
sistemi alimentari.
Supervisore: Prof. Attilio Cesàro
Tutori (eventuali): Prof. John W. Brady
Attività di ricerca
Il tema di questo progetto di dottorato ha riguardato lo studio dell’acqua negli alimenti e la caratterizzazione
del suo ruolo all’interfaccia di superfici biomolecolari. Il cibo, come materiale nano composito, è una
miscela complessa di diversi componenti come proteine, grassi, polisaccaridi, ma soprattutto acqua. Le
interazioni tra queste molecole alimentari polifunzionali sono particolarmente complesse a causa del
comportamento dell’acqua come solvente. L’obbiettivo generale di questo progetto di ricerca è stato il
raggiungimento di una migliore conoscenza su come le molecole d’acqua interagiscono con le molecole
alimentari e come questo influenzi l’associazione delle molecole alimentari in soluzione acquosa, al fine di
comprendere il ruolo fondamentale delle sostanze attive nelle proprietà degli alimenti.
Nel primo anno del progetto il sistema caffè è stato il principale oggetto di studio. La molecola di caffeina è
stata scelta come sistema modello a causa delle sue proprietà superficiali idrofobiche che combinate con i
suoi gruppi funzionali idrofilici la rendono sufficientemente solubile in acqua. È stato sviluppato un modello
computazionale per descrivere la molecola di caffeina e sono state eseguite simulazioni di dinamica
molecolare (MD) con lo scopo di caratterizzare i dettagli molecolari della strutturazione dell’acqua attorno
alla molecola di caffeina, l’aggregazione del soluto in soluzione e l’associazione con altre molecole
alimentari come il saccarosio.
Durante il secondo anno di questo progetto di dottorato l’interazione della molecola di caffeina in soluzione
acquosa con altre molecole, come il sorbitolo, è stata caratterizzata attraverso l’utilizzo di simulazioni di
dinamica molecolare. Inoltre sono stati condotti esperimenti complementari alle simulazioni di titolazione
NMR. Le tecniche AFM e STM sono state usate per studiare il comportamento della molecola di caffeina
all’interfaccia con superfici modello come l’oro, la grafite e la mica.
Nell’ultimo anno di questo progetto di ricerca l’interazione dell’acqua con la molecola di caffeina, ma anche
con altre molecole modello quali la clorofillina, la piridina ed il trealosio, è stata studiata attraverso
esperimenti di scattering di neutroni. Esperimenti di diffrazione di neutroni con sostituzione isotopica sono
stati condotti sia in un reattore nucleare (ILL) che in una sorgente a spallazione (ISIS) al fine di determinare
la struttura delle soluzioni. L’analisi dei dati sperimentali è stata realizzata sia utilizzando il metodo Monte
Carlo Empirical Potential Structure Refinement, sia attraverso simulazioni indipendenti di dinamica
molecolare. Simulazioni MD sono state inoltre condotte per la caratterizzazione della dinamica dell’acqua in
soluzioni acquose di caffeina.
Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile)
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
−
Tavagnacco, L.; Brady, J. W.; Cesàro, A. “The Interaction of Sorbitol with Caffeine in Aqueous
Solution” Food Biophys., 2013, 8(3) , 216-222.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
42
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
−
21-25 luglio 2013, Institut Laue Langevin, Grenoble, Francia.
−
29 maggio – 6 giugno 2013, ISIS Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Harwell Oxford
Campus, Gran Bretagna.
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
−
Seminario “Pharmaceutical solids: amorphous/crystal duality and process induced transformations ”,
Marc Descamps, 15 Ottobre 2013, Università degli Studi di Trieste.
−
Seminario “Theoretical coffee: caffeine, sugar and molecular recognition”, John W. Brady, 11
Ottobre 2013, Università degli Studi di Trieste.
−
Seminario “Molecular simulation in Chemical Biology and the importance of water”, John W.
Brady, 27 Settembre 2013, Università degli Studi di Trieste.
−
2nd course of the Cyber-Enabled Collaborative Graduate Education (CECGE) series: “Neutrons in
Soft Matter Science: Complex Materials on Mesoscopic Scales” coordinated at Oak Ridge National
Laboratory's (ORNL) Neutron Sciences Directorate (NScD) and the University of Tennessee-ORNL Joint
Institute for Neutron Sciences (JINS).
−
Workshop “EPSR Empirical Potential Structure Refinement”, Maria Antonietta Ricci, Fabio Bruni,
2-6 Settembre 2013, Università degli Studi Roma Tre.
−
Seminario “H/D isotope effects in water and biological systems”, David L. Price, 9 Aprile 2013,
Università degli Studi di Trieste.
−
Workshop on Analysis of Diffraction Data in Real Space, ADD2013, 17-22 Marzo 2013, Institut
Laue-Langevin, Grenoble, Francia.
−
Seminari “MAITRE, Communicating Food Science Research in Trieste”, 21-22 Febbraio 2013,
Università degli Studi di Trieste.
−
Webinar “Thermodynamic rules to achieve high binding affinity and selectivity”, Ernesto Freire, 29
gennaio 2013, Johns Hopkins University.
−
Nanotechnology School Congress, 9-11 gennaio 2013, Università degli Studi di Trieste.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
43
−
Seminario “Metabolic signature in cancer research using magnetic resonance spectroscopy”, Tiziani
Stefano, 20 dicembre 2012, Università degli Studi di Trieste.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
−
Laboratorio di Chimica delle Macromolecole II, corso di laurea magistrale in Chimica, Prof. A.
Cesàro (attività didattica di supporto).
−
Reviewer per Molecular Simulation Journal.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
44
Candidate SHITAL VAIDYA
Title of the thesis: Study of magnetic properties in low dimentionality systems using synchrotron radiation
Supervisor: Dr. ROBERTO GOTTER
Tutors (if any):
Research Activity
In the third year we studied Co/Cu(001) f
erromagnetic system using Angle
Resolved Auger Photoelectron Coincidence spectroscopy (AR-APECS). The Co/Cu(001) film was grown by
monitoring thickness with reflection high energy electron diffraction (RHEED) technique. We acquired ARAPECS measurements for Ni/Cu(001) by crossing the magnetic transition by varying film thickness of the
film. In the ferromagnetic phase of Co /Cu(001) system, AR-APECS measurements are sensitive to the band
exchange splitting and strong correlation effect in the Co (M23M45M45) Auger line shape is found in the
ultra-thin film regime and ascribed to interactions within majority sub band, only. The thickness dependent
study of Co/Cu(001) films depicts that, the shift to lower kinetic energy of the high spin contribution
decreases with increase in thickness of film. We observed the similar results as that of Ni/Cu(001)
ferromagnetic system, which confirms the effect of thickness of the film on the correlation energy between
two hole Auger final state.
At the end of the third year, after the success achieved in ferromagnetic and antiferromagnetic
systems, we carried out AR-APECS measurements on Fe/CoO/Ag(001), a ferromagnetic-antiferromagnetic
bilayer system, in order to investigate on the bias effect, due to a ferromagnetic state of the top layer
frustrated by the proximity of an antiferromagnetic state. To this aim we made a comparison between
Fe/CoO/Ag(001) and the Fe/Ag(001) ferromagnetic systems, in order to single out the effect of the interface
interaction in the presence of the antiferromagnetic (CoO) layer. Acquisition and analysis of the data are still
in progress.
In the third year we also subjected APECS to exploit the chemical selectivity typical of the core level
photoemission joined with capability to probe the valence band of the Auger decay. We measured APECS
spectra for thin and thick layer of copper phtalocyanine molecule (CuPc) on Al(001) substrate. Pc is made of
four pyrrolic rings surrounded by four benzenic rings and previous experiments using XPS, NESAFS and
EELS spectroscopies led to the conclusion that a charge transfer occurs from the metallic substrate to the Pc
molecule. The aim of our measurements was to estimate a different (in case) participation of pyrrolic and
benzenic rings to the charge transfer. By means of the previous experimental techniques there is no chance to
probe the valence band, where the charge transfer occurs, in a chemical selective way between pyrrolic and
benzenic rings, being the chemical selectivity a property of the core level photoemission (chemical shifts). In
APECS measurements, the carbon KVV Auger spectrum, thus probing the valence band, is measured in
coincidence with C 1s core hole photoelectrons originating first from pyrrole and second from benzine rings
of CuPc molecule, these two having photoelectron lines well separated in energy due to the chemical core
level shift. The coincident detection of the Auger electron with its parent photoelectron is therefore the
unique possibility to probe the valence band in a chemical selective fashion. From this experiment we
observed that, in thin CuPc/Al(001) C KVV Auger lineshape shows different contributions from pyrrole and
benzene, which suggest that charge transfer from substrate to LUMO of benzene is more than that of pyrrole.
Publications on scientific journals (printed or in press)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
45
Monitoring antiferromagnetism via angle-resolved Auger photoelectron coincidence spectroscopy: the
case of NiO/Ag(001)
R. Gotter, M. Sbroscia, M. Caminale, S. R. Vaidya, E. Perfetto, R Moroni, F. Bisio, S. Iacobucci, G. Di
Filippo, F. Offi, A. Ruocco, G. Stefani, L. Mattera, and M. Cini, Phys. Rev. B 88, 094403 (2013).
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Books /Chapters and sections of books
Other publications
Participation to conferences (as speaker)
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
Classes followed (date, course, professor, type of course)
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
1)
Summer school of nanotechnology 2013
2)
FVG PHD symposium 2013.
Support educational activity and teaching
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
46
Candidato FRANCESCA VIRGILIO
Titolo della tesi: “Sviluppo di sensori elettrochimici mediante processi nanotecnologici
per impieghi diagnostici biologici e medici”
Supervisore:
Massimo Tormen (a), Paolo Ugo (b)
(a) CNR-IOM, laboratorio TASC, Basovizza SS14 km 163.5, 34149 Trieste;
(b) Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Università Ca’Foscari di Venezia, Santa Marta 2137,
30123, Venezia.
Attività di ricerca
Gli obiettivi del primo anno di dottorato sono stati la valutazione delle materie prime e l’ottimizzazione del
processo di nanofabbricazione per l’ottenimento di array di nanoelettrodi (NEAs), e la caratterizzazione
elettrochimica degli array fabbricati. In particolare sono stati scelti il diamante drogato con boro (BDD)
come layer conduttore, e il policarbonato (PC) come materiale isolante. Una rappresentazione schematica
con le caratteristiche geometriche dei NEAs fabbricati è riportato in figura 1.
Fig.1 Caratteristiche geometriche dei NEAs fabbricati. La densità di nanoelettrodi corrisponde a 1,3*107
nanoelettrodi/cm2.
Durante il secondo anno di dottorato è stata caratterizzata la superficie di policarbonato per quanto riguarda
la densità di gruppi reattivi sulla superficie ed è stato ottimizzato il processo di funzionalizzazione della
superficie con piccole sequenze di single-stranded DNA. Per aumentare il numero di gruppi reattivi sulla
superficie, i NEAs sono stati sottoposti a un trattamento di plasma ad ossigeno. E’ stato osservato che il
trattamento con il plasma ad ossigeno ha un doppio effetto sui NEAs. Da un lato rimuove eventuali residui di
policarbonato dal fondo dei nanoelettrodi di BDD permettendo di ottenere segnali voltammetrici
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
47
maggiormente definiti, dall’altro attiva la superficie di policarbonato, promuovendo la formazione di gruppi
carbossilici. Questi sono stati successivamente attivati chimicamente tramite reazione con EDC (1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) e sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) in modo da promuovere
l’immobilizzazione di (bio)-molecole, opportunamente modificate con gruppi amminici, sulla superficie di
policarbonato.
In quest’ultimo anno di dottorato infine è stato ottimizzato l’ottenimento di NEA attraverso Nanoimprint
Lithography tecnica più vantaggiosa rispetto all’Electron Beam Lithography in termini di costi e tempi.
Inoltre sono stati compiuti esperimenti di ibridazione di DNA sulla superficie dei NEA, sia di piccole
sequenze (20 bp) oligonucleotidiche, sia di sequenze più lunghe di HPV (Human Papilloma Virus),
utilizzando l’enzima Glucosio Ossidasi immobilizzato sul target complementare per la rivelazione. Inoltre
NEA modificati sono stati utilizzati presso l’Università di Bordeaux (Groupe Nanosystemes Analytiques,
Institut des Sciences Moleculaires) per valutare l’applicabilità di una strategia di rilevabilità di tipo
elettrochemiluminescente, utilizzando come luminoforo il complesso Rutenio tris-bipiridile [Ru(bpy)32+].
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
“Development of electrochemical biosensors for medical diagnostic” Virgilio F., Prasciolu M., Ugo P.,
Tormen M., Microelectronic Engineering, Vol. 111 (2013) 320–324.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Presentazione Poster durante la Summer School on Nanotechnology, SISSA, Trieste.
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
-
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Training Strumentale:
−
E-beam Metal Evaporation, Dr. Gabriele Zacco, CNR-IOM, Laboratorio TASC.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
48
−
NanoImprint Lithography, Dr. Alessandro Pozzato, CNR-IOM, Laboratorio TASC.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
“Hierarchical Accessibility of Double-Helical RNA and DNA Processing, Signals in Highly
Dense Self Assembling Nanostructure” Matteo Castronovo,19.12.2012
•
“Metabolic Signature in Cancer Research using Magnetic Resonance Spectroscopy” Stefano
Tiziani, 20.12.2012
•
“Interdisciplinary PhD Spring School” Udine 07-08.03.2013
•
“Summer School on Nanotechnology” Sissa (TS) 04-06.09.2013
•
“FVG PhD Symposium 2013” Grado 07-09.10.2013
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
49
Dottorandi del 27esimo ciclo
Candidate IMAN ABDOLLAHZADEH
Title of the thesis: Mechano-optical nanotechnology approaches for the characterization of Circulating
Tumor Cells after counting them
Supervisor: Giacinto Scoles
Tutors (if any): Matteo Castronovo, Stefano Prato
Research Activity
Pillar oscillations can be detected by means of optical method. These pillars are fabricated by silicon and the
top-side is coated with gold. While a bio molecule or cell is absorbed by pillars, due to the change in whole
mass of pillar, the resonance frequency of these pillars oscillation will be changed and one can detect the
resonance frequency changing of pillar by which the mass change is obtained.
In this research, by using optical fiber based system, we are going toward pillars multiplexing detection. So,
first of all we have carried out experiments with one single mode (SM) fiber to be acquainted with the
sensitivity and responsitivity of the fiber based system. We have also tested he tilting sensitivity of the
system while a reflector in front of the light is tilted in three different planes. Our experiment show good
sensitivity where the light is coming out in a collimated regime (i.e. parallel light). For focused light, on the
other hand the sensitivity is lower than that of collimated light.
Going towards multiplexing detection, we have fabricated a 3-fold array of fibers in a triangular manner. So,
light will shine the reflector from one of these three fibers and reflected light is collected by other remaining
two fibers and is transferred to the photo detector. The motivation behind this method is that every change in
intensity of light can make a modulation between two collecting fibers. We have done this experiment to
monitor the resonance frequency of a cantilever and our results show a good sensitivity; therefore, now we
are in a level that go towards detection of one pillar and then at least a couple of pillars.
For future, we intend to apply more than three fibers in an array- say five, seven, and nine- while the size of
each fiber also is going to be smaller than that of a 3-fold array. This is to increase the sensitivity of our
system. The main goal for next year activity is applying this method in liquid medium and then finally for
cells mechanical characterization. Once a cell is confined to the top-side of a pillar, we will apply different
frequencies and shake pillar and cells at various frequencies and try to monitor the weight of the cell. At
some high frequencies the weight of cells starts decreasing. For normal cells due to the fact the stiffness is
higher than that of cancerous cells, this methods is somehow a kind of weight spectroscopy of different cells.
Objectives for the following year
-
Carrying out the 3-fold array of fibers for one pillar and a vertically oriented cantilever
-
Doing the experiments in both collimated and focused light regime
The big advantage would be when we can see at least 2 pillars detection as the base for going ahead
of multiplexing detection of pillars
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
50
Designing of a liquid cell chamber and try to optimize our fiber based method of reading for the cell
chamber
Publications on scientific journals (printed or in press)
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Books /Chapters and sections of books
Other publications
Participation to conferences (as speaker)
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
Classes followed (date, course, professor, type of course)
-
Training course of laser and optics at ICTP, Feburary 2013 (2 weeks)
Corso per dottorato: Molecular self- assembling and nanostructure (September 2013, University of
Trieste, Prof. Casalis- Prof. Morgante- Prof. Pasquato, information about SAM and its characterization)
-
Several papers introduced by my supervisor as study instead of courses:
1Superluminescent Diodes. Short overview of device operation principles and performance
parameters. Prepared by Vladimir Shidlovski, SuperlumDiodes Ltd., @ 2004
2Aurel Ymeti et. al, Fast, Ultrasensitive Virus Detection Using a Young Interferometer Sensor, Nano
Lett. 2007.
3Mauro Melli et. al, Fast Detection of Biomolecules in Diffusion-Limited Regime Using
Micromechanical Pillars, ACS NANO, 2011
4Phillip Russell, Photonic-Crystal Fibers, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24,
NO. 12, DECEMBER 2006
5-
J. Knight, Photonic crystal fibres, Nature 2003.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
51
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
-
Training in and collaboration with A.P.E. research company- Trieste, (four months), 2013.
-
Frontiers in Nanomechanics; International Centre for Theoretical Physics (I.C.T.P), September 2013.
3rd Joint Summer School on Nanotechnology; SISSA: Scuola Internazionale Superiore di Studi
Avanzati (International School for Advanced Studies), September 2013.
Advanced Workshop on Nonlinear Photonics, Disorder and Wave Turbulence; International Centre
for Theoretical Physics (I.C.T.P), July 2013.
- Winter college on Optics: Trends in Laser Development and Multidisciplinary Applications to
Science and Industry; International Centre for Theoretical Physics (I.C.T.P), February 2013.
Support educational activity and teaching
Learning operation of Atomic force Microscopy under teaching of Dr. M. Castronovo (2 months,
UNIUD)
Training working in cell culture room and preparation of cells, teacher: Dr. A. P (1 month, Udine
Hospital)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
52
CANDIDATO VALERIA ANGELONI
Titolo della tesi: Ruolo dei cross linker del collagene sulla stabilità dell’interfaccia adesiva
Supervisore: Prof. Lorenzo Breschi
Tutori (eventuali): Prof.ssa Milena Cadenaro
Attività di ricerca
Studi recenti hanno dimostrato l’efficacia degli agenti cross linker nella preservazione dello strato ibrido,
aumentando così la durata del legame adesivo tra dentina e materiali resinosi. Durante il primo anno di
attività del PhD sono stati testati due diversi cross-linker 0.3M EDC (carbodiimide hydrochloride) e 0.1%
Riboflavina in associazione con tre differenti adesivi disponibili sul mercato (SB1 XT; XP Bond; Optibond
FL). Quest’anno è stato aggiunto un nuovo cross linker: 0,01% acroleina (2-propenale). L’efficacia dei cross
linker presi in esame è stata valutata con test meccanici, morfologici e biochimici. Sono stati scelti terzi
molari estratti e su di essi sono state simulate le procedure adesive: nei gruppi sperimentali i denti sono stati
pretrattati con i cross linker da testare prima di applicare gli adesivi scelti (XP Bond o SB1 XT) secondo le
istruzioni del produttore. Nei gruppi controllo gli adesivi sono stati applicati direttamente senza
pretrattamento. I campioni sono stati poi messi ad invecchiare a 37°C in saliva artificiale per tempi di
storaggio differenti: T0 (24 ore) T6 (6 mesi) T12 (12 mesi). Al fine di valutare la stabilità dello strato ibrido
nel tempo i campioni ad ogni tempo di invecchiamento sono stati testati con il test di microtensile; è stata
anche fatta l’analisi del nanoleakage al fine di valutare l’integrità dell’interfaccia adesiva. I risultati
dimostrano che dopo 6 e 12 mesi di invecchiamento i valori di adesione dei gruppi sperimentali sono
significativamente più alti se comparati con i valori dei gruppi controllo, anche l’analisi del nanoleakage
mostra un’infiltrazione dello strato ibrido ridotta nei gruppi trattati con i cross linker rispetto ai gruppi
controllo. Come test biochimico è stato scelta la zimografia per valutare l’attività delle MMPs della dentina
quando questa viene trattata con agenti cross linker. I risultati mostrano con l’applicazione degli agenti cross
linker l’attività enzimatica è significativamente ridotta.
Obbiettivi per l’anno successivo
−
Terminare di raccogliere i dati del test di microtensile dei campioni trattati con 0,3M EDC e 0,01%
acroleina, e raccogliere i dati dei campioni trattati con 0,3M EDC in associazione con un adesivo self-etch.
−
Terminare l’analisi zimografica delle combinazioni mancanti cross-linker/adesivi testati.
−
Eseguire l’analisi zimografica in situ al fine di analizzare l’attività enzimatica all’interno dello strato
ibrido di campioni sottoposti a invecchiamento in saliva artificiale.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
−
L. Breschi, V. Angeloni, A. Frassetto, G. Marchesi, A. Mazzoni, M. Cadenaro. “I principi
dell’adesione e le loro implicazioni cliniche”. Dentista Moderno, febbraio 2012.
−
Mazzoni, C. Angeloni, F.M. Apolonio, N. Scotti, L. Tjäderhane, A. Tezvergil-Mutluay et al. (2013).
Effect of carbodiimide (EDC) on the bond stability of etch-and-rinse adhesive systems. Dental Materials; 29;
1040-7.
−
Mazzoni, F.M. Apolonio, V.PA Saboia, S. Santi, V. Angeloni, V. Checchi, R. Di Lenarda, F.R. Tay,
D.H. Pashley, L. Breschi. Carbodiimide inactivation of endogenous dentinal MMPs. Submitted in press.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
53
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
−
V. Angeloni, G. Marchesi, A. Mazzoni, R. Di Lenarda, M. Cadenaro, L. Breschi “The effect of
chlorhexidine pre-treatment on the bond strength of fiber posts”. Collegio Nazionale dei Docenti di
Odontoiatria, Torino 2012
−
Mazzoni, V. Angeloni, G. Turco, F.R. Tay, D.H. Pashley, L. Breschi “Effect of carbodiimide on
dentin bonding” Annual Meeting of Academy of Dental Materials, Lake Buena Vista, USA, 2012
−
V. Angeloni, A. Mazzoni, M. Cadenaro, G. Marchesi, L. Manzoli, L. Breschi “Effect of acroleinbased primer as collagen cross-linker on adhesion” Annual Meeting of Academy of Dental Materials, Lake
Buena Vista, USA, 2012
−
M. F. Bagnato, V. Angeloni, R. Curci, R. Di Lenarda,. Analisi morfologica di smalto e dentina in
pazienti affetti da Celiachia: analisi correlativa FEI-SEM/TEM. XX Collegio Nazionale dei Docenti di
Odontoiatria, Roma 2013
−
R. Curci, V. Angeloni, M.F. Bagnato, L. Breschi. Espressione di MMP-2 e MMP-9 nella dentina di
elementi decidui in pazienti affetti da Celiachia. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma
2013
−
V Angeloni, R Curci, A Mazzoni, Campanella, M Bossù, A Polimeni. Espressione di MMP-2 e
MMP-9 nella dentina di elementi decidui in pazienti affetti da Osteogenesi Imperfetta. XX Collegio
Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013
−
A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni,
Derhane, R Di Lenarda, D Sheffel, FR Tay, DH
Pashley, L Breschi. Effect of carbodiimide on bond stability. International Association of Dental Research,
Seattle, USA, 2013
−
A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, S Santi, R Di Lenarda, DH Pashley, L Breschi. Detection of
MMPs in the hybrid layer of etch-and-rinse adhesives. Continental European Division of International
Association of Dental Research, Firenze, 2013
Attività formativa
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
−
Nanotechnology School Annual Meeting. University of Trieste, January 16-18, 2012
−
Spring course on “Powder Diffraction Method”. (Prof Norberto Masciocchi, Prof Antonietta
Guagliardi). University of Trieste. March 15, 2012.
−
Second Joint Summer School on Nanotechnology; Udine, July 2-5, 2012
−
XIX Collegio dei Docenti di Odontoiatria “L’High-Tech come supporto alla ricerca, alla didattica e
alla clinica in odontostomatologia”, 12-14/04/2012, Torino
−
Annual Meeting of Accademia Italiana di Conservativa “Qualità in Odontoiatria Conservativa”, 45/05/2012, Riva del Garda
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
54
−
Annual Meeting of Academy of Dental Materials “Evidence-Based Dentistry and the Need for
Clinically-Relevant Models to Predict Material Performance”, September 19-22,2012, Orlando
−
Annual meeting of the School of Nanotechnology, Trieste, January 9-11, 2013
−
Inter disciplinary School, March 7-8, 2013, Udine
−
XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, “Evidenza scientifica, Interdisciplinarietà,
Tecnologie applicate”, April 18-20, 2013, Rome
−
46th Meeting of Continental Europen Division of Interantional Association of Dental Research with
Scandinavian Division (NOF), September 4-7, 2013, Florence
−
Annual Meeting of Academy of Dental Materials, October 9-12, 2013 Vancouver, Canada
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
55
Candidato DANIELE BORIN
Titolo della tesi: “Oscillatori micromeccanici per applicazioni biochimiche”
Supervisore: Dr. Marco Lazzarino, Prof. Giacinto Scoles
Attività di ricerca
Gli oscillatori micromeccanici sono ampiamente utilizzati come sensori biomolecolari[1], nei quali la massa
adsorbita è determinata dalla variazione della frequenza di risonanza. L’esempio più diffuso è rappresentato
dai micro/nanocantilever, la cui applicazione in liquido è però limitata dall’attrito viscoso del mezzo,
diminuendone la risoluzione e impedendo l’utilizzo a diretto contatto col campione biologico[2]. Questo
progetto sfrutta l’effetto superidrofobico prodotto su una matrice densa di oscillatori verticali
(micropillars)[3] resi idrofobici: il liquido è in contatto solo con la parte superiore del pillar, il quale può
oscillare lateralmente in aria mantenendo risoluzioni inferiori al nanogrammo. Inoltre, viste le ridotte
dimensioni dell’area sensibile (pochi µm2), la diffusione è molto più veloce (fino a tre ordini di grandezza)
rispetto a sensori più larghi, rendendo la risposta più rapida[4]. In questo secondo anno è stato ottimizzato il
protocollo di fabbricazione/pulizia ed idrofobizzazione dei pillars, creando un “self-assembled monolayer”
(SAM) di alcanosilani in toluene. La superidrofobicità è stata verificata anche con campioni di plasma
umano opportunamente diluito (1:20)[2]. Sono stati testati inoltre metodi per migliorare l’adesione dell’oro
sui pillars, utilizzato come base per l’immobilizzazione di recettori (attraverso l’interazione oro-tiolo).
L’introduzione di una struttura sporgente sulla sommità del pillar ha permesso poi da un lato di migliorare
l’effetto di superidrofobicità, dall’altro di permettere la lettura di più pillars in parallelo in vuoto, riducendo i
tempi di analisi da ore a pochi minuti. La rilevazione di concentrazioni pico-femtomolari di streptavidina
attraverso un “sandwich” con nanoparticelle biotinilate è in fase di ottimizzazione per ridurre l’adsorbimento
aspecifico, mentre una nuova tipologia di cella per le misure in liquido è in fase di realizzazione.
Riferimenti bibliografici
[1].
J. Tamayo et al., Biosensors based on nanomechanical systems, Chem. Soc. Rev., 42 (2013) 1287–
1311. Doi:10.1039/c2cs35293a
[2].
D. Borin et al., On the role of the coating in superhydrophobic micromechanical resonant sensors
operating in liquid, in revisione per “Sensors and actuators B: Chemical”
[3].
M. Melli et al., Inverted tapered pillars for mass sensing, Microel. Eng., 2010 ,87 (5-8): 730-733.
[4].
M. Melli et al., Fast, diffusion limited, detection of biomolecules using micromechanical pillars,
ACS Nano, 2011, 5 (10): 7928-7935.
Obbiettivi per l’anno successivo
−
Costruzione di una nuova cella per misure in liquido, con attuazione esterna dei pillars e
circuitazione microfluidica per la funzionalizzazione, il risciacquo e l’esposizione della matrice di pillars al
campione da analizzare;
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
56
−
Misura di detection biomolecolare con pillars in liquido, utilizzando come caso di studio il
riconoscimento antigene-anticorpo;
−
Studio e applicazione di approcci per l’immobilizzazione di anticorpi diversi sulla stessa matrice e
misura di riconoscimento biomolecolare.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
−
Toffoli V., Dandash F., Pozzato A., Borin D., Carrato S. and Lazzarino M. (2013). Actuation of
silicon pillar micro-mechanical resonators by Kelvin polarization force. Microelectronic Engineering, 111,
1–6. doi:10.1016/j.mee.2013.05.013
−
Borin D., Melli M., Dal Zilio S., Toffoli V., Toffoli G., Scoles G. and Lazzarino M., On the role of
the coating in superhydrophobic micromechanical resonant sensors operating in liquid, in revisione per
“Sensors and actuators B: Chemical”
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
-
Meeting annuale della scuola di Nanotecnologie – 9-11 Gennaio 2013, Univ. di Trieste;
-
“1st FVG PhD symposium” – 7-9 Ottobre 2013 – Grado (GO)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
(6h)
21 e 28 gennaio 2013, Corso sulle forze intermolecolari, Prof. Giacinto Scoles, corso per dottorandi
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
-
Meeting annuale della scuola di Nanotecnologie – 9-11 Gennaio 2013, Università di Trieste;
Meeting QUIDPROQUO sulle malattie rare e possibilità di nuovi metodi di detection (col gruppo
del Prof. Bembi, Ospedale di Udine), 3 Giugno 2013, Udine;
-
Monalisa QUIDPROQUO 2nd Midsummer Festival, 26 Luglio 2013, Udine;
-
Summer school on Nanotechnology, 4-6 Settembre 2013, SISSA, Trieste;
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
57
Seminario: Marco Matteucci, DTU Nanotech, Department of Micro- and Nanotechnology,
Technical University of Denmark, Lyngby, DENMARK “All-polymer nano and microfluidic systems for
large scale Lab-on-Chip applications”, 9 settembre 2013, ICGEB, Area Science Park, Padriciano (TS);
Seminario: Samindranath Mitra, Editore della rivista “Physical Review Letters”, “Hows and whys
of publishing in PRL?”, 18 Settembre 2013, CNR-IOM, Trieste;
-
Conferenza: 1st FVG PhD symposium, 7-9 Ottobre, Grado (GO);
-
Conferenza: Nano-Bio-Med 2013, 14-18 Ottobre 2013, ICTP, Trieste;
-
Corsi di formazione per l’utilizzo di tecniche di litografia elettronica ed analisi EDX;
-
Studio individuale dei libri:
o
R. Förch, H. Schönherr and A.T.A. Jenkins, “Surface Design: Application in Bioscience and
Nanotechnology”, WILEY-VCH, 2009 (in corso).
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Attività di formazione a colleghi di dottorato riguardo a spin coating, optical lithography, reactive
ion etching, e-beam evaporation, laser cutter;
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
58
CANDIDATO SARA CAPOLLA
Titolo della tesi: Use of immune-nanoparticles containing chemotherapeutic agents for the treatment of
tumors
Supervisore: Dr. Paolo Macor
Tutori (eventuali):
Attività di ricerca
I tumori a cellule B sono un gruppo eterogeneo di patologie che comprendono sia malattie indolenti, come la
leucemia linfatica cronica (LLC), sia aggressive, come il linfoma di Burkitt. Il trattamento delle patologie a
cellule B prevede sia l’utilizzo di chemioterapici che di anticorpi monoclonali. Nonostante la varietà di
terapie esistenti, l’efficacia di questi farmaci è limitata dalla mancata specificità per le cellule tumorali e/o
dall’induzione di gravi effetti collaterali. Nanoparticelle coniugate con un anticorpo anti-CD20, specifico per
le cellule B, e contenenti fludarabina sono state prese in considerazione per ovviare i limiti delle terapie
attuali. Inizialmente è stato valutato il legame delle nanoparticelle a una linea cellulare di LLC (MEC-1) e a
una linea cellulare di linfoma di Burkitt (BJAB). In seguito, l’importanza dell’anticorpo anti-CD20 per il
legame in vivo delle nanoparticelle alle cellule B è stato dimostrato attraverso studi di biodistribuzione in un
modello localizzato di patologia a cellule B. Questi esperimenti, infatti, hanno dimostrato come
nanoparticelle coniugate con l’anticorpo anti-CD20, a differenza delle nanoparticelle senza anticorpo, siano
in grado di legare in modo specifico le cellule B. Inoltre, l’analisi di biodistribuzione ha dimostrato come il
fegato sia il sito principale di eliminazione delle nanoparicelle. Per quanto riguarda gli effetti terapeutici in
vitro, è stato dimostrato come le nanoparticelle contenenti fludarabina inducano l’apoptosi del 60% delle
cellule. La stessa quantità di farmaco libero presenta valori di apoptosi comparabili, dimostrando come i
chemioterapici mantengano la loro tossicità anche a seguito dell’inserimento all’interno delle nanoparticelle.
Al contrario, nanoparticelle che non contengono farmaci inducono l’apoptosi del 10-20% delle cellule
confermando la loro ridotta tossicità. Infine, sono stati effettuati studi preliminari riguardanti la capacità di
trattamento delle nanoparticelle in un modello disseminato di LLC.
Obbiettivi per l’anno successivo
1.
Studio dell’induzione dell’apoptosi su linee cellulari. Linee cellulari di LLC (MEC-1) e linfoma di
Burkitt (BJAB) saranno incubate con diverse quantità di nanoparticelle e la quantità corrispondente di
fludarabina. L’apoptosi sarà valutata tramite analisi citometrica con il test dell’Annessina V.
2.
Studio dell’effetto delle nanoparticelle su cellule di pazienti affetti da LLC. L’effetto di
nanoparticelle su un campione di sangue periferico e su cellule B purificate da pazienti affetti da LLC sarà
valutato con il test dell’Annessina V e con il test MTT. Il test Annessina V fornirà informazioni riguardanti
la specificità d’azione delle nanoparticelle nei confronti delle cellule B ed eventuale tossicità indotta su altre
cellule presenti nel sangue dei pazienti affetti da LLC. Il test effettuato su cellule B purificate da pazienti
darà ulteriore informazione sugli effetti indotti dalle nanoparticelle in base alle caratteristiche genetiche dei
pazienti.
3.
Studio della capacità di trattamento di un modello di LLC. L’effetto delle nanoparticelle in un
modello disseminato di leucemia verrà ripetuto ulteriormente al fine di confermare i dati precedentemente
ottenuti. Inoltre, saranno effettuate diverse prove aumentando le dosi iniettate di nanoparticelle e sarà
valutato il tempo di sopravvivenza degli animali confrontandoli con i controlli non trattati. Come controllo
saranno utilizzate nanoparticelle composte solamente dai polimeri, nanoparticelle coniugate con l’anticorpo
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
59
anti-CD20 e nanoparticelle con fludarabina all’interno e senza anticorpo in superficie. Gli effetti delle
nanoparticelle saranno comparati a quelli ottenuti utilizzando fludarabina libera.
4.
Studio della capacità di trattamento di un modello di linforma di Burkitt. Il modello di linfoma
di Burkitt prevede l’iniezione di cellule BJAB nel peritoneo di topi SCID. Lo studio effettuato per il modello
di leucemia esposto in precedenza sarà effettuato anche nel modello di linfoma di Burkitt.
5.
Valutazione della tossicità indotta dalle nanoparticelle in animali sani. Le nanoparticelle saranno
iniettate per via intravenosa in topi C57BL. A tal fine saranno effettuate valutazioni come la sopravvivenza,
il calo di peso degli animali e la concentrazione degli enzimi tessuto-specifici in circolo. Inoltre, sarà anche
valutato il numero dei linfociti circolanti e la tossicità indotta sulle cellule CD34+ in quanto è risaputo come
la fludarabina sia in grado di variare questi parametri. I valori ottenuti dall’iniezione delle nanoparticelle
saranno comparati con gli effetti ottenuti dall’iniezione del farmaco libero.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Mezzaroba N et al. (2013). “New potential therapeutic approach for the treatment of B-cell
malignancies using Chlorambucil/Hydroxychloroquine-loaded anti-CD20 nanoparticles”. PloS One
8(9):e74216.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Poster alla “Nanomedicine School” con titolo “Chemotherapeutic-loaded anti-CD20 biodegradable
nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (10-11 Settembre 2013).
Poster al “55th Società Italiana Cancerologia (SIC) Annual Meeting” con titolo “Fludarabine-loaded
anti-CD20 biodegradable nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (23-26 Settembre
2013).
Poster al “7th Conference on Experimental and Translational Oncology (CETO 2013)” con titolo
“Immune biodegradable nanoparticles’ application in the diagnosis of CD20-positive B cell disorders” (2023 Aprile 2013).
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
-
Partecipazione al “Terza giornata del Dipartimento di Scienze della Vita”
Partecipazione alla “Giornata Regionale Immunologia Immunologia Clinica e Allergologia
(GRIICA)” (28 Giugno 2013)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
60
-
Partecipazione al PhD symposium (7-9 Ottobre 2013)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
-
Nanotechnology PhD presentations (16-18 Gennaio 2013)
-
Sesto Brainstorming su LLC e dintorni (7-8 Febbraio 2013)
-
Spring School in Udine (7-8 Marzo 2013)
-
7th Conference on Experimental and Translational Oncology (CETO 2013) (20-23 Aprile 2013)
-
Giornata Regionale Immunologia Immunologia Clinica e Allergologia (GRIICA) (28 Giugno 2013)
-
PhD Nanotechnology Summer School (4-6 Settembre 2013)
-
Nanomedicine School (10-11 Settembre 2013)
-
55th Società Italiana Cancerologia (SIC) Annual Meeting (23-26 Settembre 2013)
-
PhD Symposium (7-9 Ottobre 2013).
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Supervisore durante un periodo di stage di 3 mesi per la caratterizzazione di nanoparticelle
nell’ambito della collaborazione con la ditta BioTarget Inc. (Chicago, IL).
Correlatore durante un periodo di internato di un anno e scrittura della tesi (“Selezione e
caratterizzazione di anticorpi umani anti-PSGL-1 per il trattamento di linfomi a cellule T”).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
61
Candidate Paolo Cecchini
Title of the thesis: Bio-materials in Ophthalmic Surgery
Supervisor: Prof. Tognetto
Tutors (if any):
Research Activity Second Year
The first months of the year were dedicated to take an inside look of the device. The SEM images suggested
than the inner part of the shaft of the device was pretty much rough. Could we speculate that all the shaft was
rough? More importantly, we wanted to verify if the inside diameter of the shaft was constant or if it
presented differences in diameter (stenosis). This could seriously affect the drainage capabilities of the
device itself.
Since the device is made of steel and is only 2,6 mm long, the cutting process presented technical difficulties
both in handling and in sawing itself. We wanted to avoid damage or to introduce any bias in the
macroscopical and microscopical aspect of the inner part of the device, so gentle and careful cutting was
necessary. The cutting process was set up after extensive confrontation among engineers at the engineering
department of the University. The device was included in a resin matrix that allowed for easy handling. The
bloc of resin was abraded till half of the device was taken away. The next step was to remove the resin from
the inside of the device, which was achieved by mechanical and chemical process. We obtained a perfect
“half pipe”, even if it had not been possible to fully remove the resin from the inside of the tube. Nonetheless
the evidence was that the diameter of the device was constant, and the roughness pattern was similar
throughout the device.
At that point we started the adhesiveness testing part of the study. In collaboration with the Department of
life science, we planned to verify if any cell growing and adhesion was possible on the device. Since most of
the clinical failure in the surgery is due to fibrosis in the sclera and conjunctiva, we chose to test fibroblasts.
In order not to waste many devices in the experiments, we decided to grow cells on a 27G insulin needle.
The first experiments were not successful as almost no cells were seen to adhere and grow on the needle at
SEM analysis. Surprisingly, we found that the roughness pattern of the needle was very similar to that of the
device. We speculated that the making process must have been similar, and that the available Ex-Press
device has little technology apart from the design.
At that point new adhesion experiments were carried out, forcing the cells into and onto the needle. Still only
some cells were seen to adhere to the needle.
Those results suggest that the device does not promote cells adhesion despite of the roughness it displays.
The second stream of experiments dealt with the scleral flaps hydrodynamics. First a 2D computational
model was set up at the Department of Fluid Mechanics. The model suggests
the lines of flow under the flap. It is of vital importance where the surgeons put the stitches to close the flap.
The model clearly demonstrates the virtually no flow is present when 5 stitches are put along the flap border,
and that the surgeon could direct the flow by choosing where to put the stitches. Simulations have been
performed considering the device as physiologically positioned by the surgeon or in different positions under
the flap. Then stiches in variable number and position have been imposed in the model, observing the lines
of flow Velocities field) and the lines of pressure (pressure field). Interestingly we noticed that the pressure
of the flow out of the device is concentrated in a small area. This may explain the necrosis of the conjunctiva
over the device when the latter is inserted directly under the conjunctiva (old technique).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
62
The 2D model unfortunately cannot describe the complexity of the scleral flap in terms of thickness, and
cannot describe the complex pattern of outflow of the aqueous. A 3D model appeared to be essential to
further understand this complex geometry. The model is now under study and the results will be available
within the next months.
Objectives for the following year
Obtain information from the computational 3D model in terms of hydro dynamics and flap role
Analyze possible nanotechnologies to reduce adhesiveness of the internal lumen
Design a novel device
Design a novel drug delivery model (antibiotic and steroids)
Publications on scientific journals (printed or in press)
Stroke dynamics and frequency of 3 phacoemulsification machines.
Tognetto D, Cecchini P, Leon P, Di Nicola M, Ravalico G. J Cataract Refract Surg. 2012 Feb;38:333-42.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Chemical and Physical Surface Properties of Phaco Tips Before and After Surgery. Cecchini P; Leon PE;
Tognetto D; Ravalico G. American Society of Cataract and Refractive Surgery. April 2012, Chicago Il, USA
Participation to conferences (as speaker)
Valutazione delle caratteristiche di superficie delle iol dopo inserimento attraverso cartridge per
microincisione da 2.2 mm
P. Cecchini(1), P.E. Leon(1), G. Turco(2), A. Montesel(1), D. Tognetto(1)
(1) Clinica Oculistica, Università degli Studi di Trieste, Ospedale Maggiore
(2) Dipartimento universitario-clinico di Scienza Mediche, Chirurgiche
e della Salute, Università degli Studi di Trieste
Vincitore del premio: “Miglior comunicazione orale”
Chemical and Physical Surface Properties of Phaco Tips Before and After Surgery. Cecchini, Paolo; Leon,
Pia Easter; Tognetto, Daniele; Ravalico, Giuseppe. American Society of Cataract and Refractive Surgery.
April 2012, Chicago Il, USA
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
63
Candidato GIOVANNA COCEANO
Titolo della tesi: Caratterizzazione delle proprietà meccaniche delle cellule tumorali
Supervisore: Dr. Dan Cojoc
Tutori (eventuali): Dr.ssa Serena Bonin
Attività di ricerca
Il corso di dottorato prevede la partecipazione a due progetti di ricerca.
Il primo, ed anche il principale, ha come scopo la caratterizzazione delle proprietà meccaniche delle cellule
tumorali. In particolare ci siamo focalizzati sull’analisi di tre linee cellulari umane della mammella (MDA
MB 231, MCF 7 e HBL 100), scelte come modello per rappresentare la progressione del tumore verso la
metastasi. L’analisi si prepone di misurare le proprietà visco-elastiche della membrana cellulare e le forze
che regolano l’adesione cellula-cellula. È dimostrato, infatti, che l’aumento di deformabilità e la perdita di
adesione cellulare correlano direttamente con la progressione del tumore verso la metastasi.
I due approcci usati per la caratterizzazione viscoelastica delle tre linee cellulari si basano sull’uso di due
tecniche ottiche principale: Optical Tweezers e Speckle Sensing Microscopy.
L’OT è stato usato per estrarre tethers di membrana e misurare la forza in funzione dell’elongazione. Dalla
curva di forza vs elongazione sono stati derivati importanti parametri viscoelastici (stiffness del tether,
rigidità della membrana, viscosità della membrana) che hanno permesso di analizzare le differenze tra le
cellule sane e le cellule tumorali con diversi gradi di aggressività. Gli esperimenti sono stati fatti alla
temperatura fisiologica (37°C), su cellule in adesione e utilizzando un fascio laser infrarosso (1064nm) per
l’intrappolamento di biglie di silice di 1.5um di diametro.
L’altra tecnica che è stata utilizzata, definita “Speckle Sensing Microscopy”, è basata sull’analisi della
dinamica dei pattern di interferenza formati dalle cellule quando sono illuminate da un laser inclinato. La
dinamica dei pattern di interferenza riporta la vibrazione termica della superficie della cellula, che è
intrinsecamente legata alla sua rigidità. Sono stati per ora ottenuto dei risultati preliminari che hanno
permesso di discriminare cellule in diverso stato di salute. Il principale vantaggio di questa metodologia è la
possibilità di analizzare un elevato numero di cellule per unità di tempo.
Il progetto iniziato lo scorso anno con la dr. Lisa Vaccari e la dottoranda Elisa Mitri, sull’utilizzo della Linea
Infrarossa SISSI per l’analisi spettroscopica delle linee cellulari da me studiate, è proseguito anche nel corso
di quest’anno. Durante il beamtime effettuato a marzo sono state misurate le tre linee cellulari, per
caratterizzare la composizione della membrana e le modificazioni a livello del citoscheletro, con particolare
attenzione alla quantità di proteine e fosfolipidi e ai loro componenti.
Il secondo progetto al quale partecipo è svolto in collaborazione con il Laboratorio di Fisiologia del Prof.
Lombardi Vincenzo, dell’Università di Firenze. Il progetto, denominato MYOMAC, ha lo scopo di costruire
un motore molecolare di sintesi. L’esperimento consiste nel coniugare un filamento di actina con una serie di
miosine e di ottenere uno spostamento dell’actina sulle teste di miosina, in seguito all’aggiunta di ATP al
sistema. Le forze generate dall’interazione tra actina e miosina sono monitorate grazie alla coniugazione
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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dell’actina a una biglia intrappolata da un Optical Tweezers. Misurando gli spostamenti nanometrici della
biglia all’interno della trappola, si misura la forza.
Durante il corso dell’anno siamo riusciti a migliorare il protocollo fabbricativo delle fibre e a ottenere
maggiore uniformità e riproducibilità dei campioni, i quali sono costituiti da fibre ottiche modificate, che
vengono usate come supporto per selezione delle molecole (miosine) utili. I miglioramenti nella
preparazione del supporto ha permesso ai colleghi di Firenze di raggiungere importanti risultati
nell’assemblamento del motore molecolare.
Obbiettivi per l’anno successivo
Continuare il progetto sulla caratterizzazione viscoelastica delle cellule applicando le stesse analisi ad
altre linee cellulari e, se possibile, ampliare l’analisi a livello di tessuti.
Migliorare la tecnica, usando probes più specifici, per riprodurre in laboratorio un modello di
interazione cellula-cellula, che permetta di misurare le forze che regolano l’adesione cellulare.
Focalizzarsi in particolare sulla famiglia delle caderine, proteine che regolano l’adesione tra le cellule e
presentano una alterazione nei profili di espressione in diversi tipi di tumori.
Applicare la tecnica della SSM alle altre linee cellulari non ancora analizzate per capire se è possibile
usare questa tecnica come metodo di screening di cellule sane e malate.
Affinare ulteriormente la preparazione delle fibre ottiche, attraverso l’uso del Focus Ion Beam, per
funzionalizzare più specificatamente la punta e migliorare la disposizione delle molecole di miosina.
Partecipare a un esperimento completo a Firenze.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
“Experimental determination of trapping efficiency of optical tweezers” H.Cabrera, J.J. Suarez-Vargas, A.
Lopez, H. Nunez, G. Carvalho, G.Coceano & D. Cojoc, Philosophical Magazine Letters, 30 Settembre 2013
“Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Real-time
Infrared Microspectroscopy of Living Cells” E. Mitri, G. Coceano, A. Pozzato, D. Cojoc, L. Vaccari, M.
Tormen and G. Grenci, Microelectronic Engineering, Volume 107, Luglio, 2013
Pagines 6-9
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
“Speckle nano-Sensing Microscopy Grabbing Cell Mechanics in vitro”
Dan Cojoc, Giovanna Coceano, Sara Finaurini, Serena Bonin, Vicente Mico, Zeev Zalevsky, NanotechItaly
2012, Venezia, 21-23 Novembre 2012
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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“Local biomechanics of neoplastic and non-neao.plasric cells” D.Cojoc, F.Tavano, G.Coceano, E.D’Este,
G.Stanta, S.Bonin, Physical Biology of Cancer, Candiolo (TO), 7-10 Marzo 2013
“Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano,
Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 9th European Biophysics
Congress EBSA2013, Lisbon 17-13 Luglio 2013
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
“Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano,
Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 9th European Biophysics
Congress EBSA2013, Lisbon 17-13 Luglio 2013
“Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano,
Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 1st FVG Symposium, Grado
7-9 Ottobre 2013
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Premio Città impresa 2013
The 6th International Summer School - 23 – 31 Agosto , 2013 Vipava, Slovenia
Training:
CO2 laser cutter, Dr. Dan Cojoc
Dual Laser Optical Tweezers per lo Stretching di una singola molecola di dsDNA, dr. Pasquale Bianco,
Università di Firenze
Trasfezione di cellule umane, PhD Luisa Napolitano, SISSA, Trieste
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
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Workshop on Neuron Degenerative Diseases, 7-8 Gennaio 2013, Udine
EMBO Workshop: Physical Biology of Cancer, 7 - 10 Marzo, 2013 Candiolo, Italy
9th European Biophysics Congress, EBSA 2013 13-17 Luglio, Lisbon
Molecular Biology in Portugal and EMBL, 18 Luglio 2013, Lisbon
Third Joint Summer School on Nanotechnology,Udine, 4-6 Settembre 2013
First FVG PhD Symposium, Grado 7-9 Ottobre 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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CANDIDATO: MARINA DIOLOSÀ
Titolo della tesi: Development of a new nano-engineered biopolymer-based dental adhesive system
Supervisore: Prof. Milena Cadenaro
Tutori (eventuali): Prof. Lorenzo Breschi
Attività di ricerca
L'obiettivo di questo progetto è lo sviluppo di un innovativo sistema adesivo dentale a base di un
biopolimero capace di formare legami chimici covalenti sia con il collagene della dentina sia con la resina
del restauro e che abbia inoltre proprietà antibatteriche.
L'obiettivo del primo anno è stato trovare una soluzione adesiva stabile utilizzando il chitosano metacrilato
all'interno di un sistema adesivo dentale. Nella prima parte del dottorato, il chitosano metacrilato è stato
aggiunto a una soluzione contenente etanolo ed acqua. Questa soluzione è stata usata come un adesivo
etch&rinse (two-step), che purtroppo non ha mostrato alcuna adesione al substrato dentinale. In una fase
successiva è stato aggiunto l'HEMA per ridurre la viscosità della soluzione. Tuttavia, i test per valutare la
forza di legame hanno mostrato valori di adesione ridotti.
Nella seconda parte del dottorato il chitosano metacrilato è stato utilizzato come primer e la resina
sperimentale R2 (Cadenaro et al. Dental Materials, 2009) come adesivo in un sistema adesivo etch&rinse
(three step). Come controllo è stato utilizzato un primer senza chitosano.
I risultati ottenuti con questo sistema adesivo sperimentale hanno dimostrato buoni valori di adesione.
Durante il secondo anno di dottorato è stata perfezionata la formulazione dell'adesivo contenente chitosano
metacrilato.
E’ stato eseguito il test di microtensile per valutare la forza di legame dell’adesivo. Il sistema adesivo
sperimentale è stato quindi sottoposto all’analisi del nanoleakage utilizzando sia il microscopio ottico che il
SEM. La suddetta analisi ha rilevato una ridotta permeabilità delle particelle di argento attraverso lo strato
adesivo.
Per valutare la presenza del chitosano sulla superficie dentinale, il biopolimero è stato marcato con
fluoresceina e osservato al microscopio confocale.
Il sistema adesivo è stato invecchiato con due diverse metodologie: simulazione della masticazione associata
a termociclaggio e invecchiamento statico in saliva artificiale. I risultati ottenuti con questo sistema adesivo
dentale dopo invecchiamento hanno dimostrato buoni valori di adesione.
Lo studio del nuovo adesivo dentale contenente chitosano è stato proposto per un brevetto, che attualmente è
in fase di valutazione da parte degli organi competenti.
Obiettivi per l’anno successivo
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L’attuale formulazione del sistema adesivo sperimentale contenente chitosano sarà sottoposta ad altri test per
valutarne appieno le caratteristiche e le proprietà.
In una seconda fase si proverà a utilizzare una transglutaminasi come cross-linker, in modo tale da aumentare
ulteriormente le proprietà meccaniche dell’adesivo.
L’ultimo passaggio sarà introdurre all’interno della formulazione nano-particelle di argento con funzione
antibatterica.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
•
Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive
performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press.
•
Navarra CO, Reda B, Diolosà M, Casula I, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. The effects of
two 10% carbamide peroxide nightguard bleaching agents, with and without a desensitizer, on enamel and
sensitivity: an in vivo study. Int J Dent Hyg. 2013 Oct 9. doi: 10.1111/idh.12054. [Epub ahead of print]
•
Marchesi M, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Salgarello S, Cadenaro M, Breschi L.
Influence of ageing on self-etch adhesives: one step vs. two-step systems. Eur J Oral Sci. 2013
Feb;121(1):43-9. doi: 10.1111/eos.12009. Epub 2012 Dec 21.
•
Navarra CO, Breschi L, Turco G, Diolosà M, Fontanive L, Manzoli L, Di Lenarda R, Cadenaro M.
Degree of conversion of two-step etch-and-rinse adhesives: In situ micro-Raman analysis. J Dent. 2012
Sep;40(9):711-7. Epub 2012 May 11.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
−
Microshear bond strength test of four commercial adhesives. Diolosà M, Marchesi G, CadenaroM,
Di Lenarda R, Breschi L. XIX Congresso nazionale del Collegio dei docenti di odontoiatria “L’high tech
come supporto alla ricerca, alla didattica ed alla clinica in odontostomatologia”. Torino, 12-14 Aprile 2012
−
In situ interfacial MicroRaman analysis of three commercial of two-step etch-and-rinse adhesives.
Navarra CO, Diolosà M, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. XIX Congresso nazionale del Collegio dei
docenti di odontoiatria “L’high tech come supporto alla ricerca, alla didattica ed alla clinica in
odontostomatologia”. Torino, 12-14 Aprile 2012
•
Microtensile bond strenght test of one-step adhesive on dentin. Frassetto A, Diolosà M, Di Lenarda
R, Cadenaro M, Breschi L. Dental Materials Vol. 28Supplement 1, Page e8. Lake Buena Vista, FL, USA,
19-22 Settembre 2012
•
Valutazione della forza di legame di un nuovo sistema adesivo sperimentale. Diolosà M, Donati I,
Breschi L, Paoletti S, Di Lenarda R, Cadenaro M. VI Expo di Autunno “Le terapie mini-invasive in
odontoiatria, risparmio biologico ed economico”. Milano, 30 Novembre – 1 Dicembre 2012
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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•
Bonding effectiveness of chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G,
Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M. “IADR Meeting” Seattle, 19-23 Marzo 2013
•
Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco
G, Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “XIX National Meeting of the College of Dentistry Teachers”. Roma,
18-20 Aprile 2013
•
Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Paoletti
S, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. “IADR- CED Conference”. Firenze, 4-7 Settembre 2013
Bonding effectiveness of a new universal simplified adhesive on dentin. Frassetto A, Diolosà M, Di
•
Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L.. IADR-CED Conference” Firenze, 4-7 Settembre 2013
•
Stability of the bond created by a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I,
Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “ADM Conference”. Vancouver, 9-12 Ottobre 2013
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
−
Corso di Statistica. Università degli Studi di Trieste. (Dott. Perinetti). 24-26 Settembre 2012
−
Seminario sul diritto d'autore e Open Access, Università degli Studi di Trieste, 12 Giugno 2013
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
−
Nanotechnology School Annual Meeting. Università degli Studi di Trieste,16-18 Gennaio 2012
−
Spring course on “Powder Diffraction Method”. (Prof. Norberto Masciocchi, Prof. Antonietta
Guagliardi). Università degli Studi di Trieste, 15 Marzo, 2012
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
70
−
XIX Congresso nazionale del Collegio dei docenti di odontoiatria “L’high tech come supporto alla
ricerca, alla didattica ed alla clinica in odontostomatologia”. Torino, 12-14 Aprile 2012
−
“Structure - Function Relationships in Chitosans”. (Prof. Kjell M. Vårum)
Department of Life Sciences. Università degli Studi di Trieste, 30 Maggio, 2012
−
How to perform a literature search using the resources available at UNITS, (Prof. Sabrina Pricl)
Università degli Studi di Trieste, 6 Giugno 2012
−
How to connect to the UNITS network form outside the campus, (Prof. Maurizio Fermeglia)
Universitità degli Studi di Trieste, 6 Giugno 2012
−
“Polymer based-nanocomposites” (Prof. Galder Kortaberria, Escuela Universitaria Politécnica,
Donostia Spain). Università degli Studi di Trieste, 6 Giugno 2012
−
Second Joint Summer School on Nanotechnology: Udine, 2-5 Luglio 2012
−
“Robust Imaging and Delivery Systems: Targeted Nanoparticles” , Univerità degli Studi di Trieste,
Trieste, 17 Settembre 2012
(Dr. Luis Nunez, Universtiy of Chicago)
−
VI Expo di Autunno “Le terapie mini-invasive in odontoiatria, risparmio biologico ed economico”.
Milano, 30 Novembre – 1 Dicembre 2012
−
Annual Meeting of the School of Nanotechnology, Trieste, 9-11 Gennaio 2013
−
Interdisciplinary School, Udine, 7-8 Marzo 2013
•
Annual Meeting of the IADR. Seattle, 19-23 Marzo 2013
−
XIX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria. “Evidenza scientifica
Interdisciplinarietà e Tecnologie applicate”. Roma, 18-20 Aprile 2013
−
Seminario sul diritto d'autore e Open Access, Università degli studi di Trieste, 12 Giugno 2013
−
Annual Meeting of the CED-IADR. Firenze, 4-7 Settembre 2013
•
Annual Meeting of the ADM. Vancouver, 9-12 Ottobre, 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Candidato ELENA ELISEI
Titolo della tesi: “Vetri biomolecolari nanostrutturati”
Supervisore: Prof. Attilio Cesàro
Tutore: Dr. Fabio Tedoldi (Bracco Imaging S.p.A.)
Attività di ricerca
Durante il primo anno, si è portata avanti una fase preliminare sia di indagine di letteratura sia di
investigazione di diverse procedure di amorfizzazione per individuarne una che permettesse un buon
controllo delle proprietà strutturali. Si sono inoltre studiati come sistemi modello alcune miscele di zuccheri
in forza della loro buona malleabilità e stabilità anche a temperature ambiente.
Durante il secondo anno si è dunque identificata la coppia modello “molecola (+probe) e procedura di
amorfizzazione” ottimale: come composto trealosio (+TEMPO) e come procedura quella del co-milling.
Sono stati preparati campioni totalmente amorfi per co-miscelazione delle due specie, Trealosio e TEMPO, a
diversa concentrazione, e campioni a grado variabile di amorfizzazione (con presenza di nano- e microcristalli), modificando il tempo di macinatura.
E’ stata fatta una caratterizzazione dei campioni preparati, tramite Calorimetria Differenziale a Scansione e
diffrazione a Raggi X, misure che hanno confermato la totale amorfizzazione dei campioni dopo 12h di
macinatura, e la bontà della intima co-miscelazione (a livello molecolare) tra le due specie. D’altra parte
misure di Spettroscopia di Risonanza Paramagnetica Elettronica hanno messo in evidenza come al di sopra di
un dato valore di concentrazione (10% in peso) le molecole radicaliche tendano ad interagire tra loro
(probabile formazione di aggregati).
In questo 2° anno di dottorato è stata data grande importanza al problema della stabilità chimico-fisica dei
campioni amorfizzati, il cui comportamento può essere modificato da fenomeni di invecchiamento fisico e da
processi di ricristallizzazione in funzione della temperatura di conservazione o di assorbimento di umidità
(plasticizzazione). Ciò implica che tutta la procedura debba, in particolare, permettere anche una buona
conservazione: bassa temperatura in modo da evitare che il campione acquisisca mobilità (attorno alla Tg di
transizione vetrosa) e atmosfera protetta in modo da evitare assorbimento di umidità dall’ambiente esterno,
conseguente abbassamento della Tg e dunque possibili cristallizzazioni e/o riassestamenti della matrice. In
questa ottica è stato portato avanti parallelamente uno studio riguardante il comportamento delle matrici
durante la disidratazione di film costituiti da soluzioni acquose, con particolare attenzione alla (nano- e
micro-) struttura del substrato.
Obiettivi per l’anno successivo
Durante i primi due anni di dottorato si è messa a fuoco la coppia ottimale molecola/procedura per ottenere
la più ampia gamma di possibili campioni con diverse proprietà strutturali: si continueranno ad indagare altre
tecniche e procedure di amorfizzazione. Si è verificata la funzionalità dei campioni ottenuti ai fini del
trasferimento di magnetizzazione e portata avanti una caratterizzazione approfondita delle diverse strutture:
si amplierà tale caratterizzazione mediante altre tecniche di indagine strutturale (PALS, Raman, ….).
Avendo inoltre verificata la stabilità fisica dei campioni fino a 4 settimane, tale studio andrà esteso a scale
temporali più lunghe (alcuni mesi), in modo da ottimizzare la procedura di preparazione dei campioni e
portacampioni (orizzonte farmaceutico).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
- R. Heyd, A. Rampino, B. Bellich, E. Elisei, A. Cesàro, M.-L. Saboungi, “Isothermal dehydration of water
and sugar solutions deposited as thin films”, J.Chem.Phys. (to be submitted).
- E. Elisei, R. Heyd, A. Rampino, B. Bellich, A. Cesàro, M.-L. Saboungi, “Biophysics of water evaporation
from thin films: A calorimetric approach” J. Therm. Anal. Calorim. (in progress).
- E. Elisei, A. Cesàro, et al. Patent in preparation.
- E. Elisei, A. Cesàro, et al. J. Phys . Chem. Lett. (to be submitted, after Patent registration).
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
- Contributo poster alla scuola “Summer School on Nanotechnology 2011”, Trieste: “Scanning magnetooptical Kerr effect microscopy”
- Contributo poster al congresso “XXXIV National Congress on Calorimetry, Thermal Analysis and Applied
Thermodynamics”, Roma: “Molecular mobility in sugar glasses by calorimetry”
- Contributo poster alla scuola “Summer School on Nanotechnology 2012”, Udine: “Interplay of molecular
mobility and nanocrystallization in sugar mixtures”
- Contributo poster al congresso “Frontiers in Water Biophysics” congress, Perugia: “Interplay of water
mobility and sugar crystallization in glassy mixtures” 2012
- Contributo orale “Hyperpolarized long-lived states in solution NMR: three-spin case study in low field” e
contributo poster “Biomolecular glasses for a molecular approach to polarization transfer efficiency” alla
scuola “Summer School on Spin Hyperpolarization”, Leiden (NL).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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STEFANO FORNASARO
Title of the thesis: Targeting natural antioxidant compounds to the brain: a metabolomic assessment
Supervisor: Sabina Passamonti
Tutors: Fulvio Mattivi, Lovro Žiberna
Research Activity
The unbalanced production of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) have been
implicated in the pathogenesis of several human diseases and conditions, including aging, chronic
inflammation and neurodegeneration. Accordingly, during the second year of the project, we developed and
implemented selective and sensitive analytical methods enabling the assessment of ROS/RNS in living cells,
to investigate the effect of ROS/RNS arising in living cells. These methods will allow investigating the effect
of ROS/RNS on cellular physiology, and evaluating the protective effects of dietary flavonoids. The data
could so be useful to identify the dietary flavonoids most promising for future interventions to prevent
oxidative stress-induced diseases.
In the first part of the year we developed a simple and sensitive method for the detection of ROS, based on
Surface-Enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. We constructed two novel nanosensors composed
of a self-assembled monolayer of molecules susceptible to oxidation, adsorbed onto the surface of gold
nanoparticles (Au-NPs). Various ROS/RNS can induce a chemical change in the structure of the adsorbed
molecules that is reflected in specific spectral differences. This allows the measurement of specific
ROS/RNS under versatile experimental conditions.
Astrocytes play an important role in nervous system homeostasis. In particular, they contribute to the
regulation of local energy metabolism and to oxidative stress defense. In the second part I have set up an
experimental model that simulates astrocyte metabolic dysfunction, similar to what happens in
neurodegenerative disorders, in particular Parkinson’s and Alzheimer’s Disease, so to verify the
neuroprotective effects of some selected dietary flavonoids.
Objectives for the following year
To complete the evaluation of the SERS-based nanosensors, and to employ them for cellular monitoring of
flavonoids anti-oxidant activity.
To complete the flavonoid bioactivity/transport characterization in astrocytes, microglia and
oligodendrocytes.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
−
SERS-based nanosensors for the sensitive detection of reactive oxygen species. Stefano Fornasaro,
Annalisa Vicario, Lovro Žiberna, Valter Sergo, Sabina Passamonti, Federica Tramer and Alois Bonifacio,
ET4H - 1° International Workshop on Protein Electron Transfer: from Fundamentals to Applications for
Health, Modena (ITA) 29-30 October 2013.
−
Bilitranslocase membrane transporter: a drug target studied in both animal and plant species. S.
Passamonti, F. Tramer, L. Žiberna, S. Fornasaro, J. Čvorović, M. Martelanc, M. Franko, U. Rajčević, A.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Bogožalec, T. Lukan, V. Čurin-Šerbec, E. Petrussa, E. Braidot, A. Vianello, Š. Župerl, M. Novič, 6th Central
European Conference “Chemistry towards Biology” Trieste (ITA), 10-13 October, 2013.
Books /Chapters and sections of books
−
Bioavailability of flavonoids: the role of cell membrane transporters. Lovro Žiberna, Stefano
Fornasaro, Jovana Čvorović, Federica Tramer and Sabina Passamonti. In: R.R. Watson, V.R. Preedy, and S.
Zibadi, editors: “Polyphenols in Human Health and Disease”, Elsevier, 2013.
Educational Activity
Period abroad
−
October-December 2013, Erasmus placement at Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno
toksikologijo (IFET)/Institute of pharmacology and experimental toxicology, University of Ljubljana,
Ljubljana (SLO), (Tutor in the host organization prof. Mojca Kržan).
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
−
Intermolecular forces and potentials. Prof. Giacinto Scoles. Training course.
−
Molecular self-assembling and nanostructures. Prof. Loredana Casalis, Alberto Morgante and Lucia
Pasquato. PhD course.
−
March, 7th-8th 2013. Interdisciplinary PhD Spring School. University of Udine
−
September, 4th-6th, 2012. Third joint Summer School on Nanotechnology. SISSA, Trieste.
−
September, 9th-13th, 2013 Joint summer school 8th summer school on Biology, Information, and
Computation (BCI 2013)/3rd FVG summer school on Bioinformatics. University of Trieste
−
September, 10th-11th, 2013. Nanomedicine summer school. University of Trieste
−
January 7th-8th 2013. Workshop on Neurodegenerative Diseases. Azienda Ospedaliera-Universitaria
di Santa Maria della Misericordia, Udine. Conference
−
September, 19th 2013. Molecular tools to study neurodegeneration. T2C Workshop. SISSA, Trieste.
−
June, 5th 2013. Imaging of ABC transporters at the blood-brain barrier with positron emission
tomography. Prof. Oliver Langer, PhD (AIT Austrian Institute of Technology GmbH/Medical University of
Vienna, Austria). Webinar
Support educational activity and teaching
−
Tutoring of 3 students of the “Scuola di Specializzazione in Psichiatria” (First Year, biochemistry).
−
Organizing Committee member for the First FVG PhD Symposium, Grado, October, 7th-9th.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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TAMIRAA GANBOLD
Title of the thesis: Development of quantum well structures for multi band photon detection
Supervisor: Dr. Giorgio Biasiol
Tutors: Dr.rer.nat.Ralf-Hendrik Menk
Research Activity
In the second year of my PhD, position sensitive detectors based on segmented InGaAs/InAlAs quantum
wells (QW) have been developed and tested at room temperature (RT) at the Microfluorescence bendingmagnet beamline at Elettra delivering a monochromatic beam (size ~ 200x200µ m, peak at 5keV). Due to
their direct, low-energy band gap and their high electron mobility, InGaAs/InAlAs QW devices operated at
RT may be used as fast detectors for photons ranging from visible light to hard X-rays. Metamorphic
modulation doped In0.75Ga0.25As/In0.75Al0.25As QW samples were grown on semi-insulating (001)
GaAs substrates by Molecular Beam Epitaxy (MBE). The 25-nm-thick wells were placed 55 nm beneath the
surface and remotely Si-δ-doped with a 30-nm spacer. Carrier density and mobility at RT were n = 7.7×1011
cm-2 and µ = 1.1×104 cm2 V–1 s–1, respectively. The epitaxial samples used in the first year were
processed in two different configurations, to favor integration of future multi-pixel detectors with the
corresponding contact array while shining the photon beam from the opposite side of the pixelated surface.
The first was segmented like the first year on the QW side into four quadrants through wet-etched clearances
deep enough to reach the GaAs substrate. In the second configuration, the four quadrants read out electrodes
were deposited in the back face of the sample using optical lithography and wet-etching. QW detectors were
mounted on an XY movable stage provided with stepper motors in order to perform the mesh scans. Beam
exposure generates photo carriers, which can be collected at the surface contacts by applying a bias voltage
to the device, giving then rise to measurable currents. Additionally, three different configurations of metallic
layers have been checked: Au/Ge/Ni (130nm/60nm/20nm), Al (50nm), and Ni (50nm) to create Ohmic
contacts and to stand against the etching process for read out nodes and a single bias electrode. Based on
resistances between pads, Ni is chosen for read out nodes and Al could be good for single bias electrode. The
experiments with both samples showed that individual currents obtained from each electrode allow
monitoring the position of the beam. A normal cumulative distribution fitted profile gives a precision in the
position monitoring of about 12 µ m in case of “back side” devices.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Publications
1.
M. Antonelli, M. Di Fraia, A.Tallaire, J. Achard, S.Carrato, R. H. Menk, G. Cautero, D.Giuressi, W.
H. Jark, G. Biasiol, T. Ganbold, K. Oliver, C.Callegari, M. Coreno, A. De Sio, E. Pace, "Bunch by bunch
beam monitoring in 3rd and 4th generation light sources by means of single crystal diamond detectors and
quantum well devices", Proc. SPIE 8504, X-Ray Free-Electron Lasers: Beam Diagnostics, Beamline
Instrumentation, and Applications, 85040D (October 19, 2012); doi:10.1117/12.929668
2.
M. Antonelli, M. Di Fraia, S. Carrato, G. Cautero, R. H. Menk, W. H. Jark, T.Ganbold, G. Biasiol,
A. De Sio, E. Pace, “Fast Synchrotron and FEL Beam Monitors Based on Single Crystal Diamond Detectors
and InGaAs/InAlAs Quantum- Well Devices,” Nucl. Instrum. Meth. A (in Press)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
76
3.
M. Antonelli, T. Ganbold, R. H. Menk, G. Cautero, W. H. Jark, D. M. Eichert, G. Biasiol, Fast
Pixelated Quantum-Well-Based Sensor For Multi-Wavelength Photon Detection, Journal of Instrumentation
(JINST) (submitted)
Conference presentations:
1.
T. Ganbold, M. Antonelli, G. Biasiol, M. Di Fraia, S. Carrato,G. Cautero, R. H. Menk, Positionsensitive photon detectors based on epitaxial InGaAs/InAlAs quantum wells, EuroMBE 2013 Workshop,
Levi (Finland), March 10-13, 2013.
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
•
02-05/07/2012, PhD Summer School at University of Udine, Udine, Italy
•
03-07/12/2012, Workshop on Nanophotonics, ICTP, Trieste, Italy
•
07-08/03/2013, Interdisciplinary PhD Spring School at University of Udine, Udine, Italy
•
04-06/09/2013, PhD Summer School on Nanotechnology, at SISSA in Trieste,Italy
•
07-09/10/2013 1° Friuli Venezia Giulia PhD Symposium, at Grado, Italy
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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ANDREI CRISTIAN IONESCU
Titolo della tesi: Influenza dei materiali dentari a base resinosa sullo sviluppo dei biofilm orali
Supervisore:
Prof. Milena Cadenaro
Tutore:
Prof. Lorenzo Breschi
Attività di ricerca - Secondo anno
E’ stata ulteriormente sviluppata la linea di ricerca che valuta l’influenza di sistemi basati su Chitosano
funzionalizzato con lattosio (ChitLac) addizionato di nanoparticelle di argento (AgNP) sui biofilm orali.
Visti i risultati incoraggianti ottenuti durante il primo anno con tali sistemi, è stato sperimentato un coating di
ChitLac+AgNP. Tale rivestimento è stato applicato sulle superfici di una resina sperimentale a base
metacrilica la cui formulazione è di comune impiego in ambito odontoiatrico. I risultati dopo 48 ore di
sviluppo di biofilm in un bioreattore mostrano una significativa azione antibatterica da parte del rivestimento
comprendente AgNP, con il massimo effetto raggiunto per la più alta concentrazione di AgNP testate, cioè
5mM. Tali risultati non appaiono tuttavia rimanere stabili nel tempo, in quanto una procedura di lavaggio
simulante la permanenza nel cavo orale per una settimana ha portato ad una riduzione dell’attività
antibatterica del rivestimento.
Una seconda linea di ricerca ha valutato l’influenza del tipo di riempitivo di materiali compositi sperimentali
sullo sviluppo di biofilm orali. Sono stati sintetizzati materiali compositi partendo da due formulazioni di
resina differenti per idrofobicità a cui sono stati aggiunti riempitivi inorganici a base di silicati aventi
dimensioni delle particelle differenti (macro, micro, nanoparticelle). Le formulazioni sono state sottoposte
allo sviluppo di biofilm orale in un bioreattore a flusso continuo seguendo due modelli microbiologici, uno
monospecifico (Streptococcus mutans) e uno a flora mista. I risultati hanno dimostrato che i compositi
sperimentali comprendenti nanoparticelle hanno prodotto il minore sviluppo di biofilm in entrambi i modelli
e indipendentemente dall’idrofobicità della matrice resinosa. Il motivo risiede nelle nuove proprietà che le
particelle acquisiscono quando raggiungono dimensioni nanometriche e che permette loro di interagire in
maniera differente con le cellule batteriche.
Obiettivi per l’ anno successivo
Recentemente sono state sintetizzate nuove nanoparticelle composte da un nucleo di TiO2 rivestito da
nanoparticelle di Ag. Tali nanoparticelle hanno dimostrato un effetto antibatterico sinergistico dei due
componenti per cui il loro utilizzo quali agenti riempitivi all’interno di una formulazione RBC sembra
promettente. Studi ulteriori saranno effettuati per valutare gli effetti sul biofilm orale di varie formulazioni di
nanoparticelle TiO2/Ag incorporate in un materiale ad uso dentale sperimentale. In particolare, le condizioni
sperimentali simuleranno l’ambiente orale mediante bioreattori a flusso continuo per valutare la durata nel
tempo dell’effetto antibatterico.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (peer reviewed)
− Brambilla E, Cagetti MG, Ionescu A, Campus G, Lingström P. An in vitro and in vivo Comparison of the
Effect of Stevia rebaudiana Extracts on Different Caries- Related Variables: A Randomized Controlled Trial
Pilot Study. Caries Res 2013 DOI: 10.1159/ 000351650 (E-pub ahead of print)
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− Hahnel S, Wastl DS, Schneider-Feyrer S, Giessibl FJ, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A. Streptococcus
mutans biofilm formation on experimental resin-based composites in dependence of surface treatment and SPRG filler particle fraction, Journal of Adhesive Dentistry, 2013, Accepted.
− Brambilla E, Ionescu A, Mazzoni A, Gagliani M, Ferraroni M, Tay F, Pashley D, Breschi L.
Hydrophilicity of dentin bonding systems influences in vitro Streptococcus mutans biofilm formation. Dental
Materials, 2013, Submitted.
Partecipazione a congressi (come relatore)
− Partecipazione al congresso Continental European Division meeting of the International Association for
Dental research, CED-IADR, Firenze, 4-7 Settembre 2013 con la presentazione della relazione orale dal
titolo: Biofilm formation on composites differing in resin and filler properties, autori: Ionescu A, Brambilla
E, Cazzaniga G, Schneider-Feyrer S, Hahnel S.
- Vincitore del secondo premio nella competizione Robert Frank Award 2013 del CED-IADR con la
relazione sopracitata e vincitore della pre-selezione per il Hatton Award che avrà luogo durante il congresso
IADR General Session, Città del Capo, Giugno 2014;
- Correlatore presso lo stesso congresso della relazione orale dal titolo: Streptococcus mutans biofilm
formation on resin-based composites including S-PRG fillers, autori: Hahnel S, Wastl D, Giessibl F,
Schneider-Feyrer S, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A.
− Partecipazione al congresso dell’ Academy of Dental Materials, ADM General Session, Vancouver, BC,
10-12 Ottobre 2013 con la presentazione del poster dal titolo: Streptococcus mutans biofilm formation on
chlorhexidine-containing dentin bonding agents.
- Vincitore del primo premio nella competizione George Paffenbarger Award 2013 con la presentazione
sopracitata.
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GIACOMO LOVAT
Title of the thesis: Study of charge transfer at interfaces relevant for photovoltaic applications
Supervisor: Prof. Alberto Morgante
Tutors (if any): Dr. Luca Floreano
Research Activity
Fabrication of efficient and low-cost photovoltaic cells will provide us with a reliable renewable energy
source potentially able to meet the ever increasing world energy demand. This is regarded as a fundamental
challenge in applied research for the decades to come. Both Graetzel's dye-sensitized (DS) and donoracceptor (DA) small molecules solar cells constitute promising alternatives to conventional inorganic
devices. In particular, in DS cells, Titanium dioxide (TiO2) is employed as cathode material, coupled to
organic light-absorbing molecules such as porphyrins and phthalocyanines derivatives. Investigating the
interfacial coupling between these heterocyclic compounds and TiO2 may disclose properties useful for
devising more efficient cells as well as novel electronic devices (OFETs, OLEDs) where oxide-molecule
interface takes on the same crucial role in shaping device performances.
In my 2nd year of PhD research, I carried out a multitechnique study of Copper phthalocyanine (Cu-Pc),
Cobalt, Copper and Zinc tetraphenylporphyrin (Co-TPP, Cu-TPP, Zn-TPP) and free-base
tetraphenylporphyrin (2H-TPP), sublimated in vacuum on rutile TiO2(110). X-ray photoemission and nearedge X-ray absorption allowed a thorough characterization of the electronic structure at the interface. No
molecule-substrate charge transfer was observed upon deposition for metal-Pc or metal-TPP, as the unaltered
TiO2 defect state demonstrates. For 2H-TPP, further investigations of the reactions occurring at RT and after
heating the adlayer have been carried on by means of Scanning Tunneling Microscopy (STM). Constantcurrent images suggest a saddle-shaped adsorption conformation at RT and show a definite azimuthal
orientation of the molecular plane, whereas a deep change in intramolecular appearance after annealing,
featuring a clear density of states increase at the center of the pyrrolic macrocycle, is indicative of TPP
metalation. Spectroscopy performed on in situ metalated TPP is consistent with such an interpretation. This
result would represent the first porphyrin metalation on a metal oxide ever observed.
Objectives for the following year
The nature of the strong, localized reaction of 2H-TPP and 2H-Pc upon adsorption on TiO2(110) remains
still unclear, as well as the detailed mechanism driving TPP metalation upon annealing. It has to be clarified
whether the Ti ion is completely pulled out from the titania surface or it still keeps coordination with some
surrounding oxygens.
The assessment of the effect of porphyrin core-substrate distance looks notably interesting for gaining insight
into the metalation process and the reactivity of the porphyrin macrocycle. We are planning to evaporate
unsubstituted porphyrins (2H-P), which should adsorb planar in close proximity to the TiO2(110) surface
rows (roughly 3-4 Ang above fivefold-Ti rows, taking into account the height of the bridging oxygen rows
bearing the porphine), and tetrakis-(3,5-di-tert-butylphenyl)-porphyrin (2H-TTBPP) where two tert-butyl
moieties are added to each phenyl leg in the macrocycle. The latter functionalization lifts the pyrrolic core 2
Ang farther from the surface (provided that the molecule stays planar upon adsorption), such that the
metalation via fivefold-Ti extraction should result much less favored, to the extent that it could not be
possible to overcome the energetic barrier within the range of temperatures where the molecules stay intact.
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Study of donor-acceptor bilayers on TiO2(110) is also scheduled in the research activity of the next year.
Electronic coupling between donors and acceptors, and between these and TiO2(110), will be probed via
specific spectroscopic techniques available at ALOISA beamline (XPS and NEXAFS); adsorption geometry
and bilayer morphology will be investigated by means of STM in close collaboration with the group of Dr.
Celia Rogero in San Sebastian (Spain).
Publications on scientific journals (printed or in press)
1. Lanzilotto, Valeria, Giacomo Lovat, Gonzalo Otero, Laura Sanchez, Maria Francisca Lopez, Javier
Méndez, José Ángel Martin-Gago, Gregor Bavdek, and Luca Floreano. "Commensurate Growth of Densely
Packed PTCDI Islands on the Rutile TiO 2 (110) Surface." The Journal of Physical Chemistry C (2013).
2. El-Sayed, Afaf, Patrizia Borghetti, Elizabeth Goiri, Celia Rogero, Luca Floreano, Giacomo Lovat, Duncan
John Mowbray et al. "Understanding Energy-Level Alignment in Donor–Acceptor/Metal Interfaces from
Core-Level Shifts." ACS nano 7, no. 8 (2013): 6914-6920.
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
25th February – 27th March 2013
Participation in HERCULES Higher European Research Course for
Users of Large Experimental Systems in Grenoble (France). Attendance to lectures, practicals and tutorials,
visits of large facilities (ESRF synchrotron, SOLEIL synchrotron, ILL and LLB neutron facilities) and
presentation of a poster summarizing my research activity in a dedicated poster session.
2nd July – 7th September 2013
Research period spent at the Centro de Fisica de Materiales (CFM,
part of Spanish research council CSIC) in Donostia/San Sebastian (Spain). STM measurements were
performed in ultrahigh vacuum on 2H-TPP, 2H-Pc and PTCDI / TiO2(110). Preliminary analysis and
discussion of STM images were conducted with the group members.
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Candidato DOMENICO MARSON
Titolo della tesi: Coupling of experimental and computational approaches for the development of new
dendrimeric nanocarriers for gene therapy.
Supervisore: Pricl Sabrina
Tutori (eventuali): Laurini Erik
Attività di ricerca
In questo secondo anno ho elaborato un protocollo di simulazione per membrane lipidiche impiegando il
nuovo force field lipid11 di AMBER e sfruttando il calcolo su cluster di GPU. Dopo 100 ns di simulazione la
membrana, composta da 160 POPE, 160 POPC e 80 molecole di colesterolo risulta stabile, parametri quali
l’area per lipide convergono ad un valore coerente con dati sperimentali; anche i parametri d’ordine dei
carboni delle catene lipidiche sono coerenti con valori sperimentali. Questa membrana sarà utilizzata per
ulteriori studi dell’interazione di dendrimeri con le membrane biologiche, sfruttando le tecniche della steered
molecular dynamic e umbrella sampling. Inoltre la simulazione di membrane permette lo studio di proteine
di membrana inserite in un ambiente più rappresentativo delle condizioni fisiologiche.
Come progetti paralleli è stato ultimato lo studio del comportamento di differenti sticky overhangs in siRNA,
e il ruolo stabilizzante del dendrimero TEA-core PAMAM di generazione 5. È stato evidenziato come la
presenza di sticky overhangs incrementa l’abilità di transfezione, e che è fondamentale la presenza di
overhangs flessibili per avere un corretto bilancio tra l’affinità di binding al dendrimero e la facilità di
rilascio del siRNA al sito d’azione.
Mediante studi di steered molecular dynamic, è stato evidenziato che la mutazione G497W (distante dal sito
di binding) del fattore di trascrizione SMO diminuisce l’efficacia del farmaco vismodegib, mediante un
effetto domino che rende più difficile l’ingresso del farmaco all’interno del sito di binding.
Obbiettivi per l’anno successivo
Nel prossimo anno proseguirò lo studio dell’interazione membrana-dendrimero, particolarmente per quanto
riguarda la capacità di quest’ultimo di penetrare all’interno della membrana.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
•
Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Karatasos K, Fermeglia M, Pricl S., “Tell Me
Something I Do Not Know. Multiscale Molecular Modeling of Dendrimer/Dendron Organization and SelfAssembly In Gene Therapy.”, Current Medicinal Chemistry, 2012, 19, pp 5062-5087
•
Laurini E, Marson D, Dal Col V, Fermeglia M, Mamolo MG, Zampieri D, Vio L, Pricl S., “Another
brick in the wall. Validation of the σ1 receptor 3D model by computer-assisted design, synthesis, and activity
of new σ1 ligands.”, Molecular Pharmaceutics, 2012, 9, pp 3107-3126, 10.1021/mp300233y.
•
Marson D, Laurini E, Posocco P, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM, Majoral JP, Pricl S,
“Structure-properties relationship of viologen dendrimers and their interactions with human serum
albumin.”, Biomacromolecules, submitted.
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•
Marson D, Dal Col V, Posocco P and Laurini E, “Genes within Bottles. Synergism Between
Simulation and Experiment in Designing Nanovectors for DNA/RNA Delivery”, ChemChemical and
Biochemical Engineering Quarterly, 2012, pp 447-465.
•
Posocco P, Liu X, Laurini E, Marson D, Chen C, Liu C, Fermeglia M, Rocchi P, Pricl S, and Peng
L, “Impact of siRNA Overhangs for Dendrimer-Mediated siRNA Delivery and Gene Silencing”, Molecular
Pharmaceutics, 2013, 10, pp 3262-3273, 10.1021/mp400329g
•
Dal Col V, Marson D, Laurini E, Fermeglia M, Pricl S, “Primary and acquired resistance to
Hedgehog inhibitor vismodegib through Smoothened (SMO) receptor mutation in basal cell carcinoma”,
Journal of Clinical Oncology, submitted.
•
Marson D, Laurini E, Posocco P, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM, Majoral JP, Pricl S,
“Structure-properties relationship of viologen dendrimers and their interactions with human serum
albumin.”, Biomacromolecules, submitted.
•
Brune S, Schepmann D, Klempnauer K-H, Dal Col V, Marson D, Laurini E, Fermeglia M, Pricl S,
Wünsch B, “The sigma enigma: in silico/in vitro site directed mutagenesis studies unveil s1 receptor ligand
binding”, Nature Structural & Molecular Biology, submitted.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
−
“Catch me if you can: ligand/antibody conjugated PAMAM dendrimer.”, RCOM7 Conference.
−
“Nanozapped! DNA and its dendritic nanovectors: a combined in silico/in vitro approach.”, FOMMS
2012 Conference.
Capitoli/sezioni di libri/volume
•
Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Peng L, Smith DK, Klajnert B, Bryszewska M,
Caminade A-M, Majoral JP, Fermeglia M, Karatasos K and Pricl S,“Multiscale Modeling of dendrimers and
dendrons for drug and nucleic acid delivery”, Dendrimers in Biomedical Applications, 2013, pp 148-166,
DOI:10.1039/9781849737296-00148.
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
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−
90h at the MOSE laboratory.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
−
“Interdisciplinary PhD Spring School”, March 7-8, University of Udine, Udine (Italy).
−
“Summer School on Nanotechnology”, September 4-6, 2013 SISSA, Trieste (Italy).
−
“XXII National Meeting on Medicinal Chemistry.”, September 10-13, 2013, Roma (Italy).
−
“1st FVG PhD Symposium”, October 7-9, 2013, Grado (Italy).
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
−
“Principi di modellazione molecolare per la farmaceutica”, May 2013 – lab assistance and 2 h of
frontal teaching
−
“Simulazione Molecolare”, October 2013 – Lab assistance and 2 h of frontal teaching
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Maryse Dadina NKOUA NGAVOUKA
Title of the thesis: Novel approach for detection of DNA/miRNA targets based in AFM Nanografting arrays
Supervisors: Dr. Loredana Casalis, Prof. Giacinto Scoles
Tutors (if any): Pietro Parisse
Research Activity
We aim at developing and characterizing a device capable of rapid and accurate detection of DNA/miRNA
targets. miRNAs are small non coding RNAs molecules that play important regulatory roles in many cellular
processes and could been useful as clinical biomarkers. I would like to improve sensitivity detection of
theses biomolecules, therefore overcome all enzymatic step involves (time consuming) of standard detection
techniques. I plan to detect the later biomolecules in a nano-array format via Atomic Force Microscopy
(AFM) assisted-Nanografting and Hybridization. Nanografting is a lithography technique, which produces
organized self-assembling monolayers, in which the kinetics of formation is accelerated, compared to
spontaneous self-assembling monolayers. To discriminate between single-stranded (ss) and double-stranded
(ds) DNA (RNA), AFM height profile of the DNA (RNA) nano-spot can be used: DNA (RNA) behaves in
fact as a mechanical transducer, being the flexibility ratio of ss- and ds- DNA (RNA) of about 1:50(63), in
standard buffer solution.
To date, I have first characterized the Ionic strength effect on ssDNA NAMs density by AFM topography
measurements in liquid environment, important step in order to have an efficient hybridization. I observed a
non trivial behaviour of the DNA length as a function of the cations species (Na+, K+, Ca2+) due to the
different binding affinities and electrostatic screening operated on the DNA backbone. Performed a
combination of Molecular Dynamics Simulations together with AFM observation on the hybridization
efficiency study. I then studied the hybridization sensitivity of miRNAs, with target in picomolar (100pM)
range concentration.
Objectives for the following year
Improve the time incubation of the hybridization. Due to mass transport limitations, concentration lower than
100pM will be difficult to detect with our devices. In order to overcome the limitation, we plan in the future
to combine the use of nanopipette, as an AFM tip, on our devices and having control on the tip-sample
distance via ionic current measurement. The solution contained in the nanopipette will be directly dropped
on an area of hundreds of µm2 containing our ssDNA NAMs. The hybridization rate is expected to increase,
hopefully reaching femtomolar detection limit after few minutes of incubation.
Publications on scientific journals (printed or in press)
Giovanni Doni, Maryse D. Nkoua Ngavouka, Alessandro Barducci, Pietro Parisse, Alessandro De
Vita,Giacinto Scoles, Loredana Casalis and Giovanni M. Pavan. Nanoscale 5(2013) 9988-9993.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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9th EBSA Congress( Lisbon, Portugal)
DNA conformational and mechanical properties play a significant role in determining DNA protein
interactions and in the hybridization efficiency. Counterions differently screen the electrostatic charge
carried by the DNA backbone affecting it curvature and flexibility. In order to improve the understanding of
crowded cellular environments and for the realization of more efficient biosensors, it is important to analyze
the collective response of DNA brushes to changes of ionic strength. We report here about an Atomic Force
Microscopy (AFM) study of the ionic effects on single stranded (ssDNA) confined monolayers tethered on
ultra flat gold surfaces. We realized via Nanografting, an AFM-based lithography, micrometer sized brushes
of short ssDNAs with controlled, variable surface density, confined inside a biorepellent self-assembled
monolayer (SAM). Varying concentration and salt species (NaCl, KCl, CaCl2) inside the AFM liquid cell we
monitored with high precision the corresponding ssDNA brush height variations. The results related to
scaling law of the height, cations binding affinities and electrostatic screening effects will be discussed in the
framework of theory of polyelectrolyte brush.
Books /Chapters and sections of books
Other publications
Participation to conferences (as speaker)
−
4th international Conference on Nano-structures self-Assembly(NanoSEA2012)
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
−
25-29 June, S. Margherita di Pula(Sardinia, Italy)
−
13-17 July, Lisbon, Portugal
Classes followed (date, course, professor, type of course)
−
06, 11, 12 June; Molecular self-assembling and Nanostructures; Loredana Casalis
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
1ST FVG PhD Symposium, Grado-Italy, October 7-9, 2013
Presented Poster
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3rd joint PhD Summer School on nanotechnology, Trieste-Italy, September 4-6, 2013 ,
Presented Poster
9th EBSA Congress, Lisbon-Portugal, July 13-17, 2013
Presented Poster
Macromolecular crystallography courses. Trieste-Italy, June 19-21, 2013
Interdisciplinary PhD spring school. Udine-Italy, March 7-8, 2013
Summer School on Nanotechnology. Udine-Italy, July 2-5, 2012
Presented poster
NanoSEA 2012 International Conference. Sardinia-Italy, June 25-29, 2012
Oral presentation
School on synchrotron and FEL based Methods and their Multi-disciplinary Applications. TriesteItaly, March 19-30, 2012
Support educational activity and teaching
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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CANDIDATO GIULIA OTTAVIANI
Titolo della tesi: Use of nanotechnology for the evaluation of the effect of laser therapy on neo-angiogenesis
tumor in vivo and in vitro.
Supervisore: Dott.ssa Zacchigna Serena
Tutor: Dott. Biasotto Matteo
Attività di ricerca
Abbiamo creato un modello murino di carcinogenesi della lingua, per valutare, sia da un punto di vista
istologico che attraverso l’iniezione di fluonanosfere, se vi siano differenze riguardanti l’angiogenesi
tumorale nei tessuti irradiati con laser terapia rispetto ai controlli. Sono stati selezionati 40 topi (modello
C57/B6, sesso femminile) e sono stati loro indotti tramite un carcinogeno chimico disciolto in acqua uno o
più tumori a livello del cavo orale. 20 topi sono stati sottoposti a laser terapia, mentre i rimanenti 20 sono
stati utilizzati come controlli. Alla 21° e 23° settimana sono stati sacrificati tutti gli animali per ottenere sia
degli istologici delle loro lingue da analizzare al microscopio, che la perfusione con nanosfere per eseguire
una valutazione quantitativa dell’angiogenesi tramite ricostruzione 3D della rete vascolare delle neoplasie. I
risultati ottenuti sono stati: nessun aumento della crescita tumorale né dell’angiogenesi nei topi trattati, bensì
i topi laser-trattati hanno mostrato una maggior predisposizione ad isolare le zone displastiche gravi o
carcinomatose rispetto ai siti sani. Nel gruppo controllo non sono presenti aree di displasia lieve,
verosimilmente non riconosciute dal sistema immunitario che sono conseguentemente diventate aree di
displasia più grave rispetto ai topi trattati con il laser. Il laser ha normalizzato i vasi tumorali aumentando il
numero di vasi strutturati, con un indice minore di perfusione delle nanosfere in quanto i vasi trattati con il
laser sono risultati meno ectasici e quindi meno permeabili. La ricostruzione 3D nei tumori laser trattati
mostra una rete vascolare più definita, senza fuoriuscita di nanosfere.
Abbiamo inoltre testato la laser terapia su differenti linee cellulari (HSF, SMCs, HUVEC, U2OS), sfruttando
diverse potenze e lunghezze d’onda, registrando un aumento sia del metabolismo cellulare che della
proliferazione indotti dalla laser terapia.
Infine, i risultati istologici ottenuti sul modello animale sono stati comparati alle immagini degli stessi tumori
acquisite, prima del loro sacrificio, tramite fibroscopia in narrow band imaging (NBI). Ciò ci ha permesso di
analizzare la neo-angiogenesi anche con questa metodica innovativa, ottenendo alti indici di sensibilità
(96%) e specificità (99%). Se validata da altri studi, la NBI potrà avere importanti implicazioni sulla
valutazione clinica dell’angiogenesi tumorale, così come sulla diagnosi precoce delle lesioni potenzialmente
maligne del cavo orale.
Obiettivi per l’anno successivo
−
Studiare in maniera più approfondita il ruolo della laser terapia sul sistema immunitario
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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−
Analizzare i geni cellulari potenzialmente implicati nel funzionamento della laser terapia mediante
l’high throughput screening (HTS).
−
Up and down regolare i principali geni coinvolti.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
•
Acneiform rash due to epidermal growth factor receptor inhibitors: High level laser therapy as an
innovative approach. Gobbo M, Ottaviani G, Mustacchi G, Di Lenarda R, Biasotto M. Lasers Med Sci. 2012
Sep; 27(5):1085-90.
•
Oral manifestation upon short time cocaine abuse: a case report. Biasotto M, Perinetti G, Serroni I,
Ottaviani G, Di Lenarda R, Tirelli G. Minerva Stomatol. 2012 Jun; 61(6):295-8. English, Spanish.
•
Methotrexate-induced oral mucositis in rheumatoid arthritis disease: therapeutic strategy in a case
report. Methotrexat-induzierte orale Mukositis bei rheumatoider Arthritis: Therapeutische Strategie in einem
Fallbericht. Gobbo M, Ottaviani G, Bussani R, Pozzato G and Biasotto M. Photon Lasers Med 2013.
•
Epidemiology and variables involved in dental abscess: survey of dental emergency unit in Trieste.
Ottaviani G, Costantinides F, Perinetti G, Luzzati R, Contardo L, Visintini E, Tirelli G, Di Lenarda R, Gobbo
M, Biasotto M. Oral Dis. 2013 Jul 12.
•
Effect of Class IV Laser Therapy on Chemotherapy-Induced Oral Mucositis: A Clinical and
Experimental Study. Ottaviani G, Gobbo M, Sturnega M, Martinelli V, Mano M, Zanconati F, Bussani R,
Perinetti G, Long CS, Di Lenarda R, Giacca M, Biasotto M, Zaccchigna S. Am J Pathol. 2013 Oct 3.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
•
Congresso nazionale dei docenti in discipline odontostomatologiche Roma 2013; presentation of the
following poster “Correlazione tra high-level laser therapy e peso nei pazienti oncologici affetti da mucosite
orale sottoposti a radioterapia testa-collo”.
•
MASCC/ISOO International Symposium on supportive care in cancer. Berlino, 27-29 giugno 2013.
Presentazione dei seguenti poster: “Impact of high-level laser therapy on the weight of oncological patients
affected by oral mucositis after radiotherapy of the head and neck region”, “Off label use of laser therapy for
the treatment of radiodermatitis in breast cancer patients” e “Low level laser therapy in 5-FU induced oral
mucositis in mice”.
•
XII National Congress. Infection, inflammation and carcinogenesis. Evolving concepts in oral
diseases. Roma, 10-12 ottobre 2013. Presentation of the following posters: “Rhabdomyosarcoma of the oral
cavity in a 24-year old male patient” and “Unusual solid tumor metastasis to the oral cavity”.
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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Partecipazione a congressi (come relatore)
•
Convegno “Corretto approccio nel paziente in terapia con bifosfonati”. Relazione dal titolo
“Management dei pazienti candidati alle terapie con bifosfonati”. Palmanova, 23 febbraio 2013.
•
Corso di aggiornamento in medicina e patologia orale: il paziente in terapia con bifosfonati.
Relazione dal titolo “Linee guida nel paziente candidato a terapie con bifosfonati”. Mestre, 6 aprile 2013.
•
VI congresso di medicina e patologia oro-maxillo-facciale: “La senescenza e le patologie del cavo
orale: strategie di intervento”. Relazione dal titolo: “Xerostomie fisiologiche e patologiche”. Trieste, 10-11
Maggio 2013.
•
Dental Community, Innovazione in Odontoiatria – Università degli Studi di Brescia. Relazione dal
titolo: “Il cancro del cavo orale, dalla diagnosi alla riabilitazione: il ruolo del team odontoiatra-igienista”.
Brescia, 17 Maggio 2013.
•
MASCC/ISOO International Symposium on supportive care in cancer. “Low level laser therapy in
5-FU induced oral mucositis” e “High-level laser therapy in the treatment of chemotherapy-induced oral
mucositis in pediatric patients”. Berlino, 27-29 giugno 2013.
•
XII National Congress. Infection, inflammation and carcinogenesis. Evolving concepts in oral
diseases. Relazione dal titolo “Use of nanotechnology for the evaluation of the effect of laser therapy on neoangiogenesis tumor in vivo and in vitro”. Roma, 10-12 ottobre 2013.
•
AIO. Linee guida in odontoiatria: gli alleati della prevenzione. Udine, 26 ottobre 2013.
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Collaborando in maniera molto assidua e proficua con il laboratorio di Molecular Medicine presso l’ICGEB,
ho preso parte a numerose attività rivolte a dottorandi di ricerca organizzate presso tale sede. In particolare,
ho seguito molteplici journal clubs e seminari, relativamente al mio topic di ricerca.
Inoltre, ho frequentato l’Ambulatorio di Medicina e Patologia Orale (Ospedale Maggiore), seguendo I
pazienti oncologici durante il loro percorso terapeutico, dalla diagnosi alla riabilitazione protesicoimplantare. Settimanalmente ho preso parte ad update clinici-ospedalieri, riguardanti non solo workshop
scientifici su tematiche oncologiche, ma anche tecniche di immunoistochimica per la diagnosi precoce di
lesioni maligne del cavo orale.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
Metodologia della ricerca e preparazione di un lavoro scientifico: corso intensivo teorico-pratico.
Sesto Fiorentino, Firenze; 28-29 gennaio 2013.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
90
•
Farmaci in odontoiatria: la gestione quotidiana del paziente. Trieste, 26 gennaio 2013.
•
Corretto approccio nel paziente in terapia con bifosfonati. Palmanova, 23 febbraio 2013.
•
Linee guida del Ministero della Salute in ambito odontoiatrico. Convegno AIO. Roma, 10 marzo
2013.
•
Corso di aggiornamento in medicina e patologia orale: il paziente in terapia con bifosfonati. Mestre,
6 aprile 2013.
•
Congresso nazionale dei docenti in discipline odontostomatologiche: “Evidenza scientifica,
interdisciplinarietà, tecnologie applicate”. Roma, 18/20 aprile 2013.
•
VI congresso di medicina e patologia oro-maxillo-facciale: “La senescenza e le patologie del cavo
orale: strategie di intervento”. Trieste, 10-11 Maggio 2013.
•
Evento formativo “trattamento delle lesioni nervose del cavo orale e della faccia” – Milano, 6
maggio 2013.
•
Dental Community, Innovazione in Odontoiatria – Università degli Studi di Brescia. Brescia, 17
Maggio 2013.
•
26° congresso nazionale e 7° congresso internazionale AIO. Alghero, 13-15 giugno 2013.
•
MASCC/ISOO International Symposium on supportive care in cancer. Berlino, 27-29 giugno 2013.
•
XII National Congress. Infection, inflammation and carcinogenesis. Evolving concepts in oral
diseases. Roma, 10-12 ottobre 2013.
−
AIO. Linee guida in odontoiatria: gli alleati della prevenzione. Udine, 26 ottobre 2013.
−
Annual meeting of the PhD school of nanotechnology of the University of Trieste. January 2013.
−
Nanomedicine School. University of Trieste. September, 10th-11th 2013.
−
1st FVG PhD Symposium. Grado; October, 7th-9th 2013.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
−
Professore a contratto da settembre 2012 per i corsi integrati di “Patologia Speciale
Odontostomatologica” relativo al CLMOPD e di “Principi di Patologia del Cavo Orale” relativo al CLID.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
91
CANDIDATE MIRCO PANIGHEL
Title of the thesis: Organic Molecules and Carbon Nanotubes Assembled on Metal Surfaces: Properties and
Applications in Molecular Electronics and Photovoltaics
Supervisor: Prof. Alessandro Baraldi
Tutors: Dr. Andrea Goldoni, Dr. Giovanni Di Santo
Research Activity
The research activity is focused on the investigation of the electronic and magnetic properties of carbonbased nanostructures, in particular CVD-grown graphene nano-islands and metal-organic molecules selfassembled on metal surfaces. The main part of the research has been focused on the study of conformational
adaptation and magnetic properties of porphyrins and phthalocyanines on metal surfaces, both through
synchrotron radiation (XPS, NEXAFS, XMCD) and scanning tunneling techniques (STM, STS). These
molecules are able to self-assembly on metal surfaces in regular pattern and have an empty core macro-cycle
able to bind a variety of metal atoms, both by chemical synthesis as well as by subsequent metalation in
ultra-high vacuum. Furthermore has been shown that when these molecules are coordinated with a metal ion
they show a magnetic coupling with the substrate, making these systems promising candidates for spintronics
and molecular electronics applications.
The second part of the research has concerned the growth by chemical vapor deposition of graphene islands
of nanometric dimension on the surface of metals and their investigation by means of STM and STS in order
to study electronic scattering and quantum interference, focusing in particular on the edge and confinement
effects.
A substantial part of the research concerns the preparation of chiral patterns of organic molecules on metallic
substrates as templates for the growth of chiral carbon nanotubes for photovoltaics applications. Other
research activities on carbon-based nanostructures have been active developed, for example multilayer
molecules compounds and metal/carbon nanostructures.
Objectives for the following year
- Deeper understanding of the magnetic interactions of metal-porphyrins and, in addition, phthalocyanines
with the substrate and with the other molecules, also in the presence of multilayer adsorption.
- Study the doping effect of graphene nano-island by edge decoration with organic molecules and metal ions.
Publications on scientific journals (printed or in press)
- Review of 2H-Tetraphenylporphyrins Metalation in Ultra-High Vacuum on Metal Surfaces; M. Panighel,
G. Di Santo, M. Caputo, B. Taleatu, C. Lal and A. Goldoni, J. Phys. Conf. Ser. (2013)
- Experimental Study of Pristine and Alkali Metal Doped Picene Layers: Confirmation of the Insulating
Phase in Multilayer Doped Compounds, M. Panighel, G. Di Santo, P. Parisse, L. Petaccia, L. Floreano, A.
Verdini, M. Caputo, C. Struzzi, B. Taleatu, C. Lal, and A. Goldoni, J. Phys. Chem. C 116, 19902-19908,
(2012)
- Layer-dependent Debye temperature of Ru(0001) by means of high-energy resolution core-level
photoelectron spectroscopy, Eugenio Ferrari, Lorenzo Galli, Elisa Miniussi, Maurizio Morri, Mirco Panighel,
Maria Ricci, Paolo Lacovig, Silvano Lizzit, and Alessandro Baraldi, Phys. Rev. B 82, 195420 (2010)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
92
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
- Photoemission and Scanning Tunneling Microscopy of Metal-Organic Molecules on Metallic Substrates SUPERIOR International Conference, Strasbourg (FR)
- Tunneling and Photoemission Spectroscopy of Porphyrins and Phthalocyanines on Metallic Substrates ElecMol2012 International Meeting on Molecular Electronics, Grenoble (FR)
Participation to conferences (as speaker)
04.06.2013 – Tunneling and Photoemission Spectroscopy of Metal-Organic Molecules on Metallic
Substrates - 4th Young Researcher Meeting, Trieste (Italy)
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
04.11.2013-20.12.2013 Visiting student, Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia, Bellaterra (Spain)
02.07.2013-31.10.2013 Erasmus Placement, Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia, Bellaterra
(Spain)
26.06.2013-28.06.2013 SUPERIOR International Conference, Strasbourg (France)
02.12.2012-08.12.2012 ElecMol2012 International Meeting on Molecular Electronics, Grenoble (France)
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
15.03.2012 School - University of Trieste, IT - Powder Diffraction Methods
19.03.2012-30.03.2012 International School - ICTP, Grignano, IT
02.07.2012-05.07.2012 Summer School on Nanotechnology, Udine, IT
25.07.2012 Seminar - Elettra, Basovizza, IT - Ultrafast Time Resolved Dynamics of Metal Based Complexes
06.08.2012-17.08.2012 School and Workshop – Innovations in Strongly Correlated Electronics Systems ICTP, Trieste, IT
06.09.2012-26.09.2012 School – University of Trieste, IT - Molecular Self Assembly and Nanostructures
17.09.2012 Seminar - University of Trieste, IT - Robust Imaging and Delivery Systems: Targeted
Nanoparticles
25.09.2012 Seminar - Elettra, Basovizza, IT - Integrated Quantum Photonics, Marco Barbieri
28.09.2012 Seminar - Elettra, Basovizza, IT - Structure and Properties of Tetragonal and Quaternary Heusler
compounds for Spintronics and Spin Trsfer Torque Applications, Vajineh Alijani
08.11.2012 Seminar – Elettra, Basovizza, IT – Enviromental and Biological Sensors Based on Nanowires
and Nanotubes, Andrea Goldoni
02.12.2012-08.12.2012 – International Conference - Grenoble (FR), ElecMol2012 International Meeting on
Molecular Electronics
30.01.2013-01.02.2013 SUPERIOR 6th Progress Meeting and Workshop, Basovizza (Italy)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
93
04.04.2013 – Seminar – Dynamics of electronics Structures probed with an X-ray FEL, Martina Dell’Angela
- Elettra, Basovizza (Italy)
05.04.2013 – Seminar – When does an insulator become a metal?, Hermann Durr – Elettra, Basovizza (Italy)
02.05.2013-06.06.2013 – LabView course – Elettra, Basovizza, (Italy)
25.06.2013-26.06.2013 SUPERIOR Final Meeting, University of Strasbourg (France)
26.06.2013-28.06.2013 – International Conference - Supramolecular Functional Systems for Organic
Electronics, Strasbourg (France)
23.10.2013 – Seminar – Spectroscopy and microscopy at solid-gas and solid-liquid interface, Miquel
Salmeron, Cerdanyola del Valles (Spain)
31.10.2013 – Seminar - Spin-orbit Interaction in Cobaltates and Ruthenates, H. Tjeng, Alba Synchtron,
Cerdanyola del Valles (Spain)
Support educational activity and teaching
- Research activity in the laboratory with students of the master degree physics course in physics.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
94
CANDIDATO: LUCA PIANTANIDA
Titolo della tesi: "Plasmonic ruler and the application to the DNA origami"
Supervisore: Marco Lazzarino
Tutori (eventuali):
Attività di ricerca
L'attività da me svolta all'interno del progetto di dottorato si concentra sulla creazione di strutture
plasmoniche sfruttando la tecnologia di auto-assemblaggio di molecole di DNA. In particolare il mio lavoro
riguarda la creazione di nanoaggregati di nanoparticelle d'oro funzionalizzate con DNA di forma sferica
accoppiati in dimeri, di modo da sfruttarne le proprietà ottiche e plasmoniche. Queste nanostrutture sono
state create con un alto rendimento e completamente purificate. Inoltre la produzione di questi dimeri è stata
raggiunta con nanoparticelle di diametro diverso : 10/17/20 nm e sfruttando l'ibridizzazione di
oligonucleotidi di DNA a diversa lunghezza : 11/16/21 nts. Questo permette di poter sfruttare queste strutture
in un sistema plasmonico sensibile alla distanza tra le due nanoparticelle per ottenere informazioni spaziali in
ambienti biologici. Oltre a ciò sono state create strutture complesse di DNA attraverso la tecnologia a "DNA
origami" appropriate per essere assemblate con nanoparticelle con lo scopo di creare piattaforme sia per la
biosensoristica finalizzata alla sensibilità a singola molecola sia per la generazione della seconda armonica in
un sistema plasmonico.
Obbiettivi per l’anno successivo
-Assemblare strutture a "DNA origami" con nanoparticelle per creare sistemi appropriati alla rivelazione
ottica, plasmonica e meccanica di molecole bersaglio in ambienti biologici.
-Caratterizzare con ottica a campo scuro le strutture dimeriche.
-Creare il righello plasmonico con il supporto di strutture complesse di DNA.
-Creare sistemi plasmonici ad hot spot con le strutture dimeriche.
Il mio Gantt chart:
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
-Marini M. , Piantanida L., et al. “A revertable, autonomous, self-assembled DNA -origami nanoactuator”,
Nano Lett., 2011, 11 (12), pp 5449–5454.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
-Poster e abstract: "Atomic Force Microscopy investigation of a DNA origami reversible switch" riguardo al
Meeting 2011 in Scanning Probe and Optical Tweezers in Life Science.
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
95
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
-Periodo di 2 mesi di collaborazione con Dr. Ljiljana Fruk presso Karlsruhe Institute of Technology DFGCentre for Functional Nanostructures, in Karlsruhe-Germania; da maggio 2013 a luglio 2013. Il mio lavoro si
è concentrato nel caratterizzazione di strutture a DNA per la funzionalizzazione di nanoparticelle d'oro e
assemblaggio su DNA origami.
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
-PhD Interdisciplinary Spring School, 7-8th March 2013, Udine.
-PhD 3rd Joint Summer School of Nanotechnology, from 4th to 6th September 2013, Trieste.
-NanoMedicine School 2013, 10-11th September 2013, Trieste.
-Second Conference on Nanotechnology for Biological and Biomedical Applications, 14-18th October
2013, ICTP-Trieste.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Ho svolto attività di supporto a tre studenti riguardo l'insegnamento della tecnica AFM e di
funzionalizzazione di nanoparticelle d'oro sia con DNA che con altre biomolecole. Inoltre ho svolto con loro
attività di microscopia elettronica a scansione.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
96
CANDIDATO: PAOLA PITTIA
Titolo della tesi: PHYSICAL STATE OF SUGAR MATRICES AND AROMA-SUGARS
INTERACTIONS AT NANO-SCALE.
Supervisore: Prof. Attilio Cesàro
Tutori (eventuali): Prof. Dino Mastrocola
Attività di ricerca
Le fasi di studio preliminari del 1° anno di dottorato hanno portato a definire la scelta sia del composto
volatile da impiegare (limonene) che gli zuccheri da utilizzare per la preparazione delle matrici amorfe
(saccarosio, maltosio e trealosio).
L’attività di ricerca del 2° anno di dottorato si è focalizzata in parallelo su: (i) studio della ripartizione del
limonene in soluzioni acquose a diversa concentrazione di zuccheri (saccarosio, trealosio e maltosio); (ii)
ottimizzazione dei processi di ottenimento di matrici zuccherine amorfe contenenti limonene.
Per quanto riguarda il punto (i) attraverso tecniche gas-cromatografiche sono state studiate le proprietà di
ripartizione del limonene in fase vapore a partire da soluzioni di zuccheri a diversa concentrazione (da 0%
fino al 40% p/v) ed è determinato il corrispondente coefficiente di ripartizione liquido-vapore del composto
volatile.
Maggiore impegno è stato dedicato per il punto (ii) all’ottimizzazione della preparazione di sistemi amorfi a
base di disaccaridi e limonene. Sono state effettuate varie prove di essiccamento per atomizzazione (spraydrying) e di liofilizzazione al fine di ottenere sistemi amorfi a bassa umidità e al fine di ottenere sistemi il più
possibile uniformi nella distribuzione del limonene (in assenza di altri agenti disperdenti ed emulsionanti), si
è reso necessario introdurre una preliminare fase di omogeneizzazione ad alta pressione per lo preparazione
di un emulsione relativamente stabile per gli obiettivi dello studio a base di limonene, zucchero e acqua.
Sono stati preparati anche sistemi amorfi a bassa umidità a base di trealosio e saccarosio attraverso la tecnica
del micro-macinazione (ball co-milling) che hanno mostrato una alta capacità di ritenzione del limonene e
rivelato interessanti proprietà del limonene nei sistemi amorfi come promotori della cristallizzazione.
In questa fase i sistemi amorfi zuccherini sono stati caratterizzati attraverso analisi calorimetrica con lo
studio del comportamento termico della fase amorfizzata ed è stata valutata quantitativamente la ritenzione
del limonene attraverso tecniche gas-cromatografiche.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
1. da Silva F.C., da Fonseca C.R. , de Alencar S. M., Thomazini M., de Carvalho Balieiro J.C. Pittia P.
Favaro-Trindade C.S. 2013. Assessment of production efficiency, physicochemical properties and storage
stability of spray-dried propolis, a natural food additive, using gum Arabic and OSA starch-based carrier
systems. Food and Bioproducts Processing, 91 (1), 28-36.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
97
2. Compagnone D., Fusella G.C., Del Carlo M., Pittia P., Di Natale C., Tortora L., Paolesse R. 2013. Gold
nanoparticles-peptide based gas sensor arrays for the detection of food aromas. Biosensors and
Bioelectronics, 42, 618-625.
3. Sacchetti G., Neri L., Laghi L., Capozzi F., Mastrocola D. , Pittia P. 2014. Multidisciplinary approach to
study the effect of water status and mobility on the activity of peroxidase in solutions. Food Chemistry 144
(1), 36-43
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
1. Pittia P., Martuscelli M., Sacchetti G., Piccone P., Neri L.. Release of aroma compounds in binary and
ternary carbohydrate model systems. 12th International Symposium on the Properties of Water, ISOPOW
XI, Fiskebackil (Sweden), 19-23 August 2013
2. Pittia P., Neri L., Cesàro A.. Flavour retention in carbohydrate amorphous matrices. 5th Int. Symposium
on “ Delivery of Functionality in Complex Food systems. Physically-inspired approaches from the nanoscale
to the microscale.” 30th September-3rd October 2013 (Haifa, IL).
3. Pittia P., Navarini L., Lonzarich V., Piccone P., Compagnone D. Study of the aroma characteristics of
coffee beverages added with different sugars by GC-MS and chemical sensor array fingerprinting 3rd
MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT)
4. Pizzoni D., Pittia P., Figuigui A.O., D’Alessandro N., Compagnone D. Evaluation of candies aroma
release through GC-MS and peptide-based Electronic-nose. 3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento,
IT)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Pittia P.. Role of sugars in flavour release and perception in food matrices . In Emerging and Traditional
Technologies for Safe, Healthy and Quality Food, Springer, (under preparation)
Altre pubblicazioni
- Di Mattia C., Martuscelli M., Sacchetti G., Scheirlinck I., Beheydt B., Mastrocola D., Pittia P. 2013. Effect
of fermentation and drying on procyanidins, antiradical activity and reducing properties of cocoa beans.
Food and Bioprocess Technology, 6 (12), 3420-3432.
- Neri L., Hernando I., Perez-Munuera I., Sacchetti G., Mastrocola D., Pittia P. 2014. Mechanical properties
and microstructure of frozen carrots during storage as affected by blanching in water and sugar solutions.
Food Chemistry 144, 65–73
Partecipazione a congressi (come relatore)
Pittia P., Neri L., Cesàro A.. Flavour retention in carbohydrate amorphous matrices. 5th Int. Symposium on “
Delivery of Functionality in Complex Food systems. Physically-inspired approaches from the nanoscale to
the microscale.” 30th September-3rd October 2013 (Haifa, IL).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
98
ATTIVITÀ FORMATIVA
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Lille (FR) (8-10 luglio 2013) UMET (Unité Matériaux Et Transformations - UMR CNRS) Université de
Lille 1
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Corso: Biosensori (3 CFU) Ottobre 2012-Gennaio 2013 (prof. Dario Compagnone, Università di Teramo)
Laboratorio di Biosensori (c/o Dipartimento di Scienze degli Alimenti-Università di Teramo: impiego di un
Naso elettronico modificato con peptidi per la valutazione del rilascio di aromi da sistemi alimentari: Marzomaggio 2013 (15 ore).
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
12th International Symposium on the Properties of Water, ISOPOW XI
3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT)
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Modulo Ingredienti e formulazioni (Corso Integrato Tecnologie Alimentari I, coordinatore prof. Paola Pittia)
Corso di Laurea Magistrale In Scienze e Tecnologie Alimentari Facoltà di Agraria – Università di Teramo n.
CFU: 9.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
99
CANDIDATE NAME SURNAME
: NICOLA SCOTTI
Title of the thesis: Chemical engineering department, Polytechnical School of Turin
Title of the thesis: Laboratory evaluation of several nanofilled dental resin composites mechanical and
chemical properties
Supervisor: Prof. Lorenzo Breschi
Tutors (if any): Prof. Milena Cadenaro
Research Activity
Purpose: The aim of this in vitro study was to evaluate hardness and contraction stress of five different bulk
fill resin composite. The hypothesis (1) was that hardness decrease is directly related to bulk-fill composite
thickness and filler load; (2) contraction stress is comparable between different bulk-fill composites.
Methods and Materials: 50 specimens of bulk-fill resin composites were prepared with 5 different materials
(N=10 each): SonicFil (Kerr), Tetric Bulk (Ivoclar), SDR (Dentsply), Extra Base (Voco), Filtek Bulk (3M
ESPE). Composites were bulk-placed in semi-circular mould with 10mm diameter and 6mm depth. Light
curing tip was placed in contact with the top surface of the sample and curing was performed for 40 s with a
LED lamp (BluePhase 2). Vickers hardness was tested with a micro-indenter at top and bottom surfaces (4
measurements for each surface), and along the lateral side of the sample (6 measurements, one each mm)
starting from the side in contact with the light curing tip. Contraction stress was tested with a Universal
Machine (Gabbiadini, Italy). Data were statistically analysed with Two-Way ANOVA and Bonferroni test.
Hardness progression along lateral side of each group was compared with Friedman test. Statistical
significance was set at p=0.05.
Results: Means of Vickers Hardness and Contraction Stress of the different groups are expressed in table 1.
Material
(MPa)
Top Surface Microhardness Bottom Surface Microhardness
SONICFIL
90,975 45,415 0,93594694
TETRIC BULK
SDR
Contraction Stress
106,41 45,23 0,82145244
54,97 28,905 0,612136173
X-TRA BASE 94,53 56,52 0,895884608
FILTEK BULK97,67 36,945 0,884770019
Conclusions: The first hypothesis (1) was partially accepted since only some bulk-fill materials showed a
significant hardness decrease directly proportional to thickness and filler load. The second hypothesis (2) is
rejected since SDR showed a significantly lower contraction stress than other materials.
Objectives for the following year
Evaluate the performance of curing lights in the polymerization of nanofilled bulk-fill resin composites with
different photoinitiators.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
100
Publications on scientific journals (printed or in press)
1: Scotti N, Bergantin E, Alovisi M, Pasqualini D, Berutti E. Evaluation of a simplified fiber post removal
system. J Endod. 2013 Nov;39(11):1431-4.
2: Scotti N, Rota R, Scansetti M, Paolino DS, Chiandussi G, Pasqualini D, Berutti E. Influence of adhesive
techniques on fracture resistance of endodontically treated premolars with various residual wall thicknesses.
J Prosthet Dent. 2013 Nov;110(5):376-82
3: Scotti N, Forniglia A, Bergantin E, Paolino DS, Pasqualini D, Berutti E. Fibre post adaptation and bond
strength in oval canals. Int Endod J. 2013 Jul 3. doi: 10.1111/iej.12156.
4: Mazzoni A, Angeloni V, Apolonio FM, Scotti N, Tjäderhane L, Tezvergil-Mutluay A, Di Lenarda R, Tay
FR, Pashley DH, Breschi L. Effect of carbodiimide (EDC) on the bond stability of etch-and-rinse adhesive
systems. Dent Mater. 2013 Oct;29(10):1040-7.
5: Scotti N, Venturello A, Borga FA, Pasqualini D, Paolino DS, Geobaldo F, Berutti E. Post-curing
conversion kinetics as functions of the irradiation time and increment thickness. J Appl Oral Sci. 2013 MarApr;21(2):190-5.
6: Scotti N, Scansetti M, Rota R, Breschi L, Mazzoni A, Pasqualini D, Berutti E. Active application of liquid
etching agent improves adhesion of fibre posts to intraradicular dentine. Int Endod J. 2013 Nov;46(11):103945.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Books /Chapters and sections of books
Other publications
Participation to conferences (as speaker)
Oral Presentation, European Division of the International Academy of Dental Research. Florence, 4-7
september 2013
Oral Presentation, National Meeting of the Italian Society of Endodontics. Turin, 7-9 november 2013
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
101
Classes followed (date, course, professor, type of course)
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
Support educational activity and teaching
Holder of the teachings of Conservative II, Pre-clinical courses of Conservative I & II at The Conservative
Degree in Dentistry at the University of Turin.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
102
Alex Stopar
Title of the thesis: Innovative Tools for Pharmacogenetics and Pharmacogenomics: Protein-Nucleic Acid
Interactions Within Self-Assembled Nanosystems
Supervisor: Dr. Matteo Castronovo
Tutor: Prof. Giacinto Scoles
Research Activity
1.
I evaluated the reactivity of previously reported rectangular and triangular water-soluble DNA
nanostructures (Rothemund P.V.K., Nature, 2006) with a collection of 19 different restriction enzymes. The
enzymes that were tested are AclI, AluI, BamHI, BsmAI, BsmFI, BsrI, BstUI, BsuRI, CfoI, DpnII, DraI,
HaeIII, HhaI, Hin1II, MboI, MspI, NlaIII, RsaI, SnaBI, TaqI. The fragmentation pattern of digested DNA
origami was analysed by denaturing PAGE. I am currently working for consolidating the obtained
preliminary results.
2.
I collected for each restriction site the data of the distances in nucleotides from the closest crossover
and nick elements of both triangular and rectangular DNA origami. I collected the restriction site data for 11
enzymes (BamHI, BsuRI, CfoI, DpnII, DraI, HaeIII, HhaI, Hin1II, MspI, NlaIII, RsaI).
3.
I designed a prototypical nanosensor made of DNA for the detection of proteins or miRNAs. I used
Cadnano software (http://cadnano.org/) to design the nanosensor based on water-soluble DNA nanostructure
(ws-Dnano).
4.
I produced the M13 ssDNA used as scaffold in ws-Dnano self-assembly. I setup the protocol for the
amplification of the DNA by using the standard biotechnological techniques of bacterial and phage culture.
Objectives for the following year
•
Setup PCR experiments to precisely identify the cleaved restriction sites on a ws-Dnano as displayed
by denaturing PAGE analysis.
•
Design the final ws-Dnano of the nanosensor device.
•
Evaluate experimentally the regulation of the enzymatic imprinting of the nanosensor by steric
hindrance based mechanism.
Publications on scientific journals (printed or in press)
1.
Biason P, Visentin M, Talamini R, Stopar A, Giorda G, Lucia E, Campagnutta E, Toffoli G.
“Polymorphic thymidylate synthase gene impacts on overall survival of patients with epithelial ovarian
cancer after platinum-based chemotherapy”, Pharmacogenomics. 2012 Nov;13(14):1609-19. doi:
10.2217/pgs.12.136.
2.
Castronovo M, Stopar A, Coral L, Redhu S K, Vidonis M, Kumar V, Del Ben F, Grassi M, and
Nicholson A W. “Effects of Nanoscale Confinement on the Functionality of Nucleic Acids, and Applications
in Nanomedicine”, Curr Med Chem. 2013;20(28):3539-57.
Educational Activity
Conferences, seminars, advanced courses
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
103
−
“Molecular Imaging Conference”, 10-11 December 2012, Trieste
−
Annual Meeting of PhD School in Nanotechnology; 9-11 January 2013, Trieste.
−
Interdisciplinary seminar for graduate students: 7-8 March 2013, Udine.
−
QPQ Spring Meeting, 16 April 2013, Trieste.
−
QPQ Midsummer Meeting, 26 July 2013, Udine.
−
3rd Joint PhD Summer School on nanotechnology, 4-6 September 2013, SISSA Trieste.
−
19th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming 22-27 September
2013, Arizona State University in Tempe.
−
1st FVG PhD Symposium, 7-9 October 2013, Grado (GO).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
104
CANDIDATO NOME COGNOME
: TARUSHA
LORENA
Titolo della tesi: “Biomateriali nanostrutturati innovativi per applicazioni biomediche”
Supervisore: Prof. Sergio Paoletti
Tutori (eventuali): dott. Andrea Travan
Attività di ricerca
L’attività di ricerca è focalizzata sulla produzione e caratterizzazione di biomateriali per due diverse
applicazioni biomediche.
L’attività di ricerca principale si svolge nel contesto del progetto Anastomoseal (FP7-NMP-2011-SMALL –
c.n. 280929), un progetto Europeo finalizzato alla prevenzione della deiscenza dell’anastomosi, la
complicanza post-operatoria più frequente dopo la rimozione del cancro colorettale. Lo scopo del progetto è
lo sviluppo di una garza sigillante e riassorbibile in grado di promuovere la guarigione dell’anastomosi.
Nel corso del primo anno l’attività di ricerca è stata incentrata sulla messa a punto del processo di
produzione della garza, sullo studio dell’influenza di diversi parametri chimici e fisici nelle proprietà
meccaniche, nella stabilità e nella cinetica del rilascio delle componenti della garza.
Sono stati svolti anche alcuni test in vitro preliminari volti a selezionare le molecole bioattive della garza.
Nel corso del secondo anno sono stati effettuati ulteriori studi sulle proprietà biologiche delle componenti
bioattive. Sono stati studiati gli effetti di tali componenti sulla vitalità e proliferazione di colonociti, sulla
capacità di chiusura della ferita, sui potenziali effetti e meccanismi anti-ossidanti.
L’altra attività di ricerca ha come scopo lo sviluppo di un biomateriale nanocomposito a base di polisaccaridi
con proprietà antibatteriche in grado di promuovere la guarigione delle ferite difficili. Nel corso del primo
anno è stato prodotto e caratterizzato un biomateriale di prima generazione con alginato e nanoparticelle
d’argento. Nel corso del secondo anno le funzioni biologiche del biomateriale sono state implementate
attraverso l’inserimento dell’acido ialuronico all’interno del biomateriale come terza componente e
attraverso la modifica del processo di produzione.
Obiettivi per l’anno successivo
Gli obbiettivi per l’applicazione a livello dell’anastomosi colorettale sono:
−
Test in vitro su altri tipi cellulari come i colonociti fetali (per studi sul differenziamento cellular) e
cellule muscolari lisce
−
Ulteriori studi sul meccanismo antiossidativo attraverso la quantificaione del glutatione totale e
dell’attività della glutatione reduttasi
−
Test in vivo su modelli animali di deiscenza dell’anastomosi in collaborazione con l’Università di
Maastricht
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
105
Gli obbiettivi per l’applicazione sulle ferite difficili sono:
−
Studi dell’influenza dell’acido ialuronico sul processo di guarigione della ferita
−
Studio dell’influenza del biomateriale sull’infiammazione
−
Studio dell’influenza sull’espressione e l’attività delle metalloproteinase della matrice
Pubblicazioni in giornali scientifici
“The effect of a silver nanoparticle polysaccharide system on streptococcal and saliva-derived biofilms”; M.
Di Giulio, S. Di Bartolomeo, E. Di Campli, S. Sancillo, E. Marsich, A. Travan, A. Cataldi, S. Sancillo.
Articolo sottoposto al giornale “International Journal of Molecular Sciences”
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
−
7-9 ottobre 2013 “Bioactive components for regenerative medicine”; Tarusha L., Micossi M.,
Marsich E., Borgogna M., Travan A., Donati I. and Paoletti S.; 1st FVG PhD Symposium, Grado (GO),
−
18-20 giugno, “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following
colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M.,
Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and
Paoletti S.; EuroNanoforum 2013, Dublino, Irlanda
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
“DVS Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013
Attività formativa
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
−
7-9 ottobre 2013, “1st FVG PhD Symposium”, Grado (GO)
−
19-20 settembre 2013, “DSV Day”, Trieste (TS)
−
10 -11 settembre 2013, “NanoMedicine School”, Trieste (TS)
−
9 settembre 2013, “The BROAD Way of Drug Discovery”, Amedeo Vetere, Trieste (TS)
−
21 maggio 2013, “Biomolecules, biopolymers & biohydrogels”, Milano (MI)
−
7 -8 marzo 2013, “Interdisciplinary PhD Spring School”, Udine (UD)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
106
−
9 -11 gennaio 2013, “Annual meeting of the School of Nanotechnology”, Trieste (TS)
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Correlatrice della tesi “Potenziale utilizzo del butirrato nei processi di rigenerazione tissutale: studi biologici
in vitro” (laurea triennale in Biotecnologie, studentessa Maria Micossi, A.A.12/13).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
107
Marienette Morales Vega
Title of the thesis: Raman and Fluorescence Spectroscopy of Biomedical Nanomaterials
Supervisor: Prof. Valter Sergo
Tutors (if any): Prof. Vanni Lughi
Research Activity
For the 2nd year of PhD, I was able to accomplish the following:
•
Training and routine use of Raman Microscope, UV-VIS spectrometer, TEM
•
Measurement of Raman spectra on various samples and performing Principal Component analysis
•
Synthesis and characterization of gold nanostars
•
Attendance to Summer school and Workshop
Relevant Results
•
The current procedure is able to detect and quantify traces of monoclinic concentration. Detection of
the incipient t-m transformation could be revealed in these samples only by using Principal Component
Analysis.
•
I have successfully synthesized colloidal nanostars using a seed-mediated surfactantless method.
•
Citrate-coated gold nanostars undergo aging in the form of blunting of tips or formation of sphere.
•
Surface modification by self-assembled monolayer of MPA on nanostar surface inhibits aging.
Objectives for the following year
−
Use Raman spectroscopy to determine the monoclinic content in zirconia-based spinal and dental
implants containing extremely small amounts of monoclinic
−
Use surface enhanced Raman spectroscopy to amplify the signal from weak Raman signal of lowlevel monoclinic content in bone implants
−
Synthesis an appropriate nanoparticle substrate to be used for SERS
−
Stable AuNS@MPA will be utilized as SERS substrate for zirconia powders and eventually, on
zirconia ceramics.
−
Ongoing Raman measurement and analysis of zirconia-based implants of various geometries
−
Synthesis and characterization of gold nanostructures made from gold nanostars with semiconductor
coating
Publications on scientific journals (printed or in press)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
108
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
−
International School Of Atomic And Molecular Spectroscopy, Nano-Structures For Optics And
Photonics, 4-19 July 2013, Erice School 2013 Erice, Italy
−
European Society of Biomaterials 25th European Conference on Biomaterials – September 8th –
12th, Madrid 2013
Books /Chapters and sections of books
Other publications
Participation to conferences (as speaker)
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
Classes followed (date, course, professor, type of course)
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
1. International School Of Atomic And Molecular Spectroscopy, Nano-Structures For Optics And Photonics,
4-19 July 2013, Erice School 2013 Erice, Italy
2. European Society of Biomaterials 25th European Conference on Biomaterials – September 8th – 12th,
Madrid 2013
3. Second Conference on Nanotechnology for Biological and Biomedical Applications (Nano-Bio-Med
2013) Oct 14-19, 2013
ICTP, Trieste, Italy
Support educational activity and teaching
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
109
CANDIDATO: LEONARDO VENTURELLI
Titolo della tesi: Microfluidic Devices for Circulating Tumor Cells Counting
Supervisore: Prof. Giacinto Scoles
Tutor: Dan Cojoc
Attività di ricerca
Durante il secondo anno di Dottorato sono stati portati avanti gli esperimenti iniziati l’anno precedente
completando lo studio di un dispositivo microfluidico con le tecniche apprese il primo anno. A GennaioFebbraio 2013 è stato testato un polimero cationico (una poli-allilammina) per valutarne la capacità di
riconoscere specificamente le cellule tumorali rispetto a quelle linfocitarie del sangue. Valutata la bassa
sensibilità e specificità della poli-allilammina è stata modificata l’idea iniziale di usare un dispositivo
microfluidico basato sul Wheatstone Bridge. Quindi è stato deciso di sviluppare un altro dispositivo
microfluidico; identificando due molecole altamente specifiche e selettive per le cellule tumorali e con un
basso tropismo per le cellule linfocitarie del sangue. Basando lo studio sul metabolismo delle cellule
tumorali è stato deciso di utilizzare il glucosio e la glutammina come molecole specifiche per il loro
riconoscimento. In seguito sono state sintetizzate nano particelle magnetiche di Cobalto Ferrite (CoFe3O4) e
funzionalizzate, ricoprendole con analoghi fluorescenti dei due metaboliti identificati. In seguito è stata
valutata la selettività delle MNPs funzionalizzate per le cellule tumorali rispetto a quelle linfocitarie e
valutata la tossicità delle stesse.
Obbiettivi per l’anno successivo
I dati ottenuti saranno la base per portare a termine il prossimo anno lo studio del dispositivo microfluidico
identificato con le MNPs funzionalizzate, al fine di poter isolare e quindi contare il numero di cellule
tumorali contenute in campioni di sangue tramite un campo magnetico. Le cellule saranno infatti rese
magnetizzabili per via dell’internalizzazione delle MNPs. Inizialmente saranno utilizzati spike samples,
campioni cioè con un numero noto di cellule tumorali e di cellule linfocitarie del sangue. Infine dopo aver
testato la percentuale di cellule identificate ed isolate, rispetto al totale, si proseguirà su campioni biologici di
pazienti.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
“Glutamine Functionalized Magnetic Nanoparticles for Tumoral Cells Recognition” Lavoro presentato come
Poster @ 9th International Symposium on Minimal Residual Cancer, 25 – 27 Settembre 2013, Parigi,
Francia.
“Glutamine fucntionalized magnetic nanoparticles for tumoral cells counting” Lavoro presentato come poster
@ 1st FVG PhD Symposium, 7 – 9 Ottobre 2013, Grado, Italia.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
110
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
ATTIVITÀ FORMATIVA
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Lezioni di Chimica Fisica, Prof. Giacinto Scoles, ICTP, Gennaio 2013;
“Winter College on Optics: Trends in Laser Development and Multidisciplinary Applications to
Science and Industry” 28 Gennaio – 15 Febbraio 2013, ICTP, Trieste, Italia.
6th International Summer School on: From 2D biology to engineered 3D medical solutions, 23-31
Agosto 2013, Vipava, Slovenia;
9th International Symposium on Minimal Residual Cancer, 25 – 27 Settembre 2013, Parigi, Francia;
1st FVG PhD Symposium, 7 – 9 Ottobre 2013, Grado, Italia.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
8 ore di lezione di laboratorio per il corso di “Nanotecnologie” a studenti del 1° anno specialistico di
Biotecnologie Mediche dell’Università di Udine, presso i laboratori di Scienze e Tecnologie Biomediche,
Piazzale Kolbe, Udine.
GANTT CHART OF MY ACTIVITY
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
111
Candidate NAME SURNAME
: Lianqin Wang
Title of the thesis: Design, synthesis and characterization of nanostructured materials for electrocatalysis
Supervisor: Paolo Fornasiero
Tutors (if any): Francesco Vizza, Alessandro Lavacchi
Research Activity
Direct alcohol fuel cells (DAFCs) provide a promising way to directly convert the chemical energy of
alcohols into electrical energy. For the high energy density of alcohols, DAFCs have been proposed as power
sources for powering portable electronic. Platinum is well considered as the best monometallic catalyst for
the oxidation of small alcohols. Ethanol has caught much attention relied on its abundance and its use as a
fuel for DAFCs for portable devices power supply.
It is known that the oxidation of ethanol is a structure sensitive reaction. A special designed electrochemical
treatment consisting in cycles of constant potential oxidation and reduction of palladium has been shown to
further enhance the activity towards the oxidation of alcohols.
We report an application of pulsed re-dox treatment to polycrystalline platinum surfaces. Different treated
periods have been used on the treatments of Pt surfaces. The activity of treated polycrystalline Pt has been
investigated on the electro-oxidation of ethanol. In order to study the mechanism of ethanol oxidation,
especially the C-C bond cleavage, on different platinum electrodes, in situ FTIR spectra was recorded at
different sampling potentials.
The study demonstrates that the application of pulsed re-dox treatment to polycrystalline Pt surfaces results
in the enhancement of the electro-catalytic activity towards ethanol oxidation. We show that pulse duration is
a critical variable in determining surface activity. Both the potentiostatic measurements and FTIR spectra
show that the appropriate treated Pt has an increase tendency to cleave the C-C bond. This behavior has been
explained in terms of the surface platinum oxide growth kinetic and preferred crystallographic orientation.
Objectives for the following year
1. The potentiostatic measurement of pulsed re-doc treated polycrystalline Pt towards the electro-oxidation
of ethanol should be further investigated.
2. The pulsed re-doc treatment on titanium can get titania with specific structure and high surface area.
Further investigation should be pursued.
Publications on scientific journals (printed or in press)
1. A. Marchionni, M. Bevilacqua, C. Bianchini, Y. X. Chen, J. Filippi, P. Fornasiero, A. Lavacchi, H. Miller,
L. Wang, F. Vizza, "Electrooxidation in Alkaline Media of Ethylene Glycol and Glycerol on Pd-(Ni-Zn)/C
Anodes in Direct Alcohol Fuel Cells", ChemSusChem, 6 (2013) 390.
2. L. Wang, M. Bevilacqua, Y. X. Chen, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. Miller, F.
Vizza, "Enhanced electro-oxidation of alcohols at electrochemically treated polycrystalline palladium
surface", J. Power Sources, 242 (2013) 872.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
112
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
1. L. Wang, M. Bevilacqua, Y. X. Chen, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. Miller, F.
Vizza, "Electro-oxidation of alcohols on polycrystalline Pd promoted with the electrochemical treatment: A
study using cyclic voltammetry and in situ FTIR", CES 2013.
2. M. Innocenti, I. Bencistà, L. Becucci, F. Di Benedetto, S. Cinotti, L. Wang, A. Lavacchi, M. V. Pagliaro,
F. Vizza, C. Zafferoni and M. L. Foresti, "Electrodeposition of Semiconductors Thin Films With Different
Composition and Band Gap", 224th ECS Meeting.
3. F. Vizza, M. Bellini, M. Bevilacqua, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. A, Miller,
W. Oberhauser and L. Wang, "Highly Efficienty Palladium-Based ANODE Electrocatalyts For Direct
Ethylene Glycol and Glycerol FUEL CELLS", 224th ECS Meeting.
4. H. A. Miller, F. Vizza, A. Lavacchi, J. Filippi, W. Oberhauser, M. Bevilacqua, A. Marchionni, M.
Innocenti and L. Wang, "Self-Sustainable Production Of Hydrogen and Chemicals From Renewable
Alcohols By Alkaline Electrolysis", 224th ECS Meeting.
5. A. Lavacchi, S. Cinotti, M. Innocenti, L. Becucci, L. Wang, E. Banchelli and L. Luconi, "Silver
Electrodeposition From Ionic Liquids: Coatings Morphology and Mass Transport Issues", 224th ECS
Meeting.
Books /Chapters and sections of books
Other publications
Participation to conferences (as speaker)
“Electro-oxidation of alcohols on polycrystalline Pd promoted with the electrochemical treatment: A study
using cyclic voltammetry and in situ FTIR”, International Conference on Electrochemical Materials and
Technologies for Clean Sustainable Energy, 5-9 July, 2013, Guangzhou, China.
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
Classes followed (date, course, professor, type of course)
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
1. International Conference on Electrochemical Materials and Technologies for Clean Sustainable Energy, 59 July, 2013, Guangzhou, China.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
113
2. XXXII Convegno Interregionale delle Sezioni Toscana Umbria Marche Abruzzo della Società Chimica
Italiana, 1-2 July, 2013, Sesto Fiorentino, Italy.
Support educational activity and teaching
1. Readed the book《PEM Fuel Cells》on March, 2012, total 40 hours.
2. Readed the book《Theory and Experiment in Electrocatalysis》on June, 2012, total 60 hours.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
114
CANDIDATO VALENTINA ZANNIER
Titolo della tesi: Sintesi e caratterizzazione di nanofili semiconduttori
Supervisore: Dr. Silvia Rubini
Tutori (eventuali):
Attività di ricerca
Durante il secondo anno di Dottorato, ho approfondito lo studio del meccanismo di crescita di nanofili di
ZnSe, della loro morfologia e delle loro proprietà. I nanofili di ZnSe sono stati cresciuti su diversi substrati
mediante epitassia da fasci molecolari assistita da nanoparticelle di Au. Il processo di formazione delle
nanoparticelle, e il loro cambiamento di composizione chimica innescato dai flussi di Zn e Se, sono stati
studiati mediante spettroscopia di fotoemissione da raggi x (in-situ) e diffrazione da raggi x ad incidenza
radente con luce di sincrotrone (ex-situ). I risultati ottenuti suggeriscono il verificarsi di diversi meccanismi
di crescita su diversi substrati. Su GaAs(111)B la crescita dei nanofili è determinata sia dall’interazione tra
metallo e substrato che dalla composizione della fase vapore. Una transizione da meccanismo vaporeliquido-solido (VLS) a meccanismo vapore-solido-solido (VSS) ha luogo cambiando il rapporto tra i flussi di
Zn e Se. Sulla base di questi risultati, è stato possibile controllare morfologia dei nanofili e composizione
delle nanoparticelle. D’altra parte, su substrati di Si(111) con ossido nativo, nessuna interazione metallosubstrato avviene durante la formazione delle nanoparticelle, quindi la loro composizione e il meccanismo di
crescita del fili è lo stesso (VSS) indipendentemente dalle condizioni di crescita. In regime VSS, è stata
osservata una dipendenza della morfologia dei nanofili dal diametro delle nanoparticelle: nanofili con
diametro inferiore a 12 nm crescono dritti, mentre quelli con diametro maggiore hanno una forma irregolare,
senza una direzione di crescita ben precisa. Inoltre, è stato osservato che la temperatura di crescita ha un
effetto determinante sulle proprietà ottiche dei nanofili: un’ottimale emissione near-band-edge si ottiene
abbassando la temperatura di crescita a 300°C. Sulla base di questi risultati è stata ottenuta la crescita di
nanofili di ZnSe sottili, dritti e luminescenti su Si(111), GaAs(111)B e su ITO (Indium Thin Oxide),
dimostrando la loro possibile integrazione in dispositivi per optoelettronica flessibile.
Obbiettivi per l’anno successivo
Gli obiettivi per il terzo anno comprendono:
−
La crescita controllata di nanofili di CdSe ed eterostrutture CdSe/ZnSe mediante epitassia da fasci
molecolari, per applicazioni in optoelettronica (nanofili core/shell e quantum dots di CdSe incorporati lungo
un filo di ZnSe).
−
Un’approfondita caratterizzazione delle proprietà ottiche dei nanofili di ZnSe e delle eterostrutture
CdSe/ZnSe, effettuando misure a nanofilo singolo presso l’Istituto NEEL di Grenoble. Misure a filo singolo
permetteranno di studiare il tipo e la distribuzione dei difetti strutturali lungo i nanofili. Con quest’analisi si
potrà stabilire la relazione tra condizioni di crescita (temperatura e rapporto di flussi Zn/Se), morfologia dei
fili (diametro e forma) e loro proprietà ottiche.
−
L’utilizzo di nanoparticelle di Au (singole e aggregate in dimeri e trimeri) da soluzioni colloidali per
la crescita di nanofili di ZnSe e GaAs con un elevato controllo sul loro diametro e sulla loro distanza.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
115
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
- Zannier V, Martelli F, Grillo V, Plaisier J R, Lausi A, Rubini S, Strong blue emission from ZnSe nanowires
grown at low temperature, inviato a Physica Status Solidi rapid research letters.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
- Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Effects of beam pressure ratios on the Au-assisted MBE growth
of ZnSe nanowires on GaAs (111)B. Presentato come poster al 17th European Molecular Beam Epitaxy
Workshop, tenuto a Levi (Finlandia).
- Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Diameter-dependent morphology of vapor-solid-solid grown
ZnSe nanowires, presentato at 7th Nanowire Growth Workshop, tenuto a Losanna presso l’Ecole
Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL).
- Zannier V, Martelli F, Grillo V, Lausi A, Rubini S, Excellent optical properties of ZnSe nanowires grown
at low temperature, presentato al 1st PhD Symposium tenuto a Grado.
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
- Contributo orale al 1st FVG PhD Symposium, tenuto a Grado dal 7 al 9 Ottobre 2013.
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
- 7th Nanowire Growth Workshop, tenuto a Losanna (Svizzera) dal 10 al 12 Giugno 2013.
- 3rd Joint PhD Summer School on Nanotechnology organizzata da Università di Trieste, Università di Udine
e SISSA, svolta a Trieste dal 4 al 6 Settembre 2013.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Attività di supporto nel Laboratorio di epitassia da fasci molecolari dello IOM-CNR di Trieste per studenti
dei corsi di Laurea in Chimica e in Fisica, durante l’attività di tirocinio per la tesi.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
116
Dottorandi del 28esimo ciclo
CANDIDATE NAME SURNAME ABDALLA MOHAMMED KHALID AMNA
Atomic force microscopi investigation of the structural properties of DNA
replication origins in tumor cells.
Supervisors: Dr. Loredana Casalis & Dr. Silvia Onesti
Title of the thesis:
Tutors (if any):
Research Activity
The main goal of the project is to use Atomic Force Microscopy (AFM) in order to study topology features
on genomic DNA associable to replication origins, in the presence different protein factors. Also, we plan to
highlight the unwinding mechanism of MCM (mini-chromosome maintenance) helicase complex.
During my first year of PhD, we optimized the functionalization of a mica surface to obtain clear AFM
images at high resolution for dsDNA molecules and dsDNA with protein complexes. We performed AFM
images in air, which allowed us to study dsDNA conformational change via a statistical analysis to the
recorded images. Next we studied the topological aspects of the interaction between the dsDNA and MCM
complex and we observed the loading of the MCM on dsDNA molecule in case of 1200bp dsDNA, while for
1000bp dsDNA we added ATP and we observed the wrapping of the dsDNA molecule. On a next step, in
order to minimize DNA/protein-surface interactions and to work in physiological enviroment, we moved on
and perform AFM images in liquid. At the end of the year, we succeed in finding a good strategy for DNA
immobilization and AFM imaging in saline acqueous buffer.
Objectives for the following year
To concentrate our work on performing AFM images in liquid for dsDNA and dsDNA-MCM complex.
To investigate the structural properties of the dsDNA origin.
Final step for the second year, will be trying to understand the mechanism of MCM complex when it
binds to the dsDNA.
Organization of conferences and workshops:
•
First FVG PhD symposium in Nanotechnology, Biomedicine & Bioinformatics at Teatro Auditorium "Biagio
Marin", Grado - Italy (7-9 October 2013).
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
•
Interdisciplinary PhD Spring School at Università degli Studi di Udine, Udine-Italy (7-8 March 2013).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
117
•
International Summer School “Nicolás Cabrera” in BIOMOLECULES AND SINGLE MOLECULE
TECHNIQUES, Madrid-Spain (21-26 July 2013).
•
PhD Summer School on Nanotechnology, at SISSA “International School for Advanced Studies”, Trieste-Italy
(4-6 Setember 2013).
•
Annual National Congress of the Italian Physical Society, Trieste-Italy (23-27 September 2013)
Participation to conferences (as speaker)
•
First FVG PhD symposium in Nanotechnology, Biomedicine & Bioinformatics at Teatro Auditorium "Biagio
Marin", Grado - Italy (7-9 October 2013).
Educational Activity
Classes followed (date, course, professor, type of course)
•
12-24 September 2013: Molecular self-assembling and nanostructures, given by Dr. Loredana Casalis, Prof.
Alberto Morgante and Prof. Lucia Pasquato.
•
8 March- 24 May 2013: Introduction to Biophysics, given by Dr. Edoardo Milotti.
•
5 March- 5 June 2013: Introduction to Biology - The Secret of Life, given by Prof. Eric S. Lander.
My research project
20
ge
8
n
14
ag
o
24
14
fe
12
b
15
se
t1
5
Optimize the mica surface
Training in Structural Biology lab
AFM images in liquid
Study the properties of the dsDNA origin
Study the mechanism of MCM complex
Specific study in tumor cell
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
118
CANDIDATA ALESSIA AMODIO
Titolo della tesi: Quantitative analysis of tumor biomarkers in micro-samples with an electrochemical
approach
Supervisore: Prof. Giacinto Scoles
Tutori: Dott. Matteo Castronovo, Dott. Francesco Ricci
Attività di ricerca
L’obiettivo finale del progetto è lo sviluppo di un sensore elettrochimico a DNA per l’analisi di biomarker
tumorali in micro-campioni. Per valutare l’approccio pensato abbiamo usato una sonda a DNA con
meccanismo clamp-switch per lo sviluppo di un sensore elettrochimico a DNA signal-on. Il sensore clampswitch è costituito di un filamento di DNA modificato a un’estremità con un marcatore elettrochimico e
all’altra con un tiolo, per consentire il legame con la superficie dell’elettrodo d’oro. La sonda è costituita da
un primo elemento di riconoscimento, una porzione polipirimidinica di 15 basi che riconosce il target
complementare attraverso l’appaiamento delle basi di tipo Watson-Crick. Il secondo elemento di
riconoscimento, una sequenza polirimidinica, può ripiegarsi per formare una struttura a tripla elica (triplex
DNA) attraverso l’appaiamento delle basi di tipo Hoogsten. La formazione del triplex DNA porta il
marcatore elettrochimico in prossimità della superficie elettrodica e così si osserva un aumento del segnale di
corrente misurato. Considerando che questo tipo di meccanismo è basato sulla possibilità della sonda di
ripiegarsi e formare una struttura triplex, il suo segnale è fortemente dipendente dalla densità della sonda.
Infatti, ad alte densità di sonda la formazione del triplex è talmente sfavorita che si osserva soltanto un
decremento del segnale (consistente con la formazione esclusiva di DNA a doppia elica). Il sensore a DNA
consente il rilevamento di target con alta affinità (nanomolare). Come atteso, l’affinità del sensore decresce
al diminuire della lunghezza del target. Target maggiori di 12 basi mostrano però un’affinità simile. Questo
dipende dal fatto che con target lunghi si raggiunge il ligand-depletion regime, in cui la KD osservata non
riflette più la KD reale. Sono state anche effettuate curve di associazione a diversi pH, come atteso per
questo tipo di sonda, l’affinità del sensore dipende dal pH, in maniera specifica a pH basici la formazione del
triplex è fortemente sfavorita e si osserva solo la formazione di DNA a doppia elica. Abbiamo, infine, voluto
testare la specificità del sensore, con due target di 10 basi, uno perfettamente complementare e uno con una
mutazione di singola base. La differenza di affinità osservata con questi due target definisce una finestra di
specificità di circa 3 ordini di grandezza.
Obbiettivi per l’anno successivo
- scelta dei target;
- progettazione, sviluppo e ottimizzazione delle sonde;
- caratterizzazione delle perfomance analitiche degli switch molecolari;
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
119
- studio delle proprietà meccanochimiche delle biomolecole legate alla superficie e della loro influenza sul
comportamento dei sensori elettrochimici;
- confronto dei risultati ottenuti con i sensori a DNA con quelli ottenuti con le metodologie attualmente
disponibili (per esempio ELISA, Western-blot).
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite
- Febbraio 2013 – NMR, Prof. O. D. Cicero, corso scuola di dottorato Università di Roma Tor Vergata
- July 2013 - Prof. M Tomellini, corso scuola di dottorato Università di Roma Tor Vergata
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
- PhD Summer School - Trieste, 4 - 6 settembre, 2013.
- Simposio “Engineering Life 2013: Bio-molecular principles for novel methods and materials” - Dresda, 17
- 18, 2013.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
- Laboratorio di chimica analitica qualitativa (tutor)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
120
FRANCESCA CAMMISULI
Titolo della tesi: Effetti dei nanomateriali sulle barriere biologiche fetali e post-natali e valutazione della
tossicità epigenica
Supervisore: PASCOLO Lorella
Attività di ricerca
Oltre ai meriti e alle notevoli opportunità offerte dalla ricerca per le nanotecnlogie, c’è un maggiore bisogno
di studi volti a capire il possibile effetto dannoso della generale esposizione ai nanomateriali. La
nanotossicologia cerca di fornire la necessaria valutazione di sicurezza dei nanomateriali.
Il mio lavoro di dottorato si propone di essere parte del progetto mostrando i possibili effetti tossici e
cambiamenti epigenetici indotti dai nanomateriali a livello di barriere biologiche, in particolare della
placenta e polmone; il lavoro verrà svolto usando avanzate microscopie (FT-IR e Raman) e analisi
molecolari del Dna (messa a punto di kit appropriati) su tessuti e modelli cellulari.
Durante il primo anno di dottorato, lo studio più importante della mia ricerca è stato l’uso di avanzate
microscopie basate sulla radiazione di sincrotrone per rilevare possibilmente simili meccanismi di tossicità in
cellule di mesotelio (MeT5A) esposte a nanotubi di carbonio (Pristine-SWNTs e Short-SWNTs, 500nm) ed a
fibre di crocidolite. La microscopia a raggi-X che usa la radiazione di sincrotrone (immagini in assorbimento
e contrasto di fase), la fluorescenza a raggi-X e la microscopia a scansione elettronica (SEM) si sono rivelate
tecniche utili e hanno consentito il monitoraggio dei cambiamenti chimici e morfologici nelle cellule.
I risultati ottenuti con la combinazione di queste tecniche microscopiche hanno dimostrato la presenza di
meccanismi simili di tossicità nelle cellule in seguito all’esposizione alle tre diverse nanofibre: tutte le
nanofibre provocano un’alterata concentrazione degli elettroliti all’interno della cellula (Ca e K) a causa
della diversa permeabilità della membrana plasmatica; tutte le cellule trattate mostrano un alterato
metabolismo del ferro rispetto ai controlli: il ferro è aumentato soprattutto nelle cellule trattate con
crocidolite, ma un aumento significativo è stato osservato anche nelle cellule esposte ai nanotubi di carbonio.
Le analisi al SEM confermano che la tossicità da esposizione a nanotubi di carbonio è legata soprattutto a un
danno di membrana.
Obbiettivi per l’anno successivo
1. Valutazione della tossicità dei nanomateriali in altri modelli cellulari di barriere biologiche (BeWo, linea
cellulare di corio carcinoma umano) per testare se condividono lo stesso meccanismo di tossicità osservato
nelle cellule di mesotelio (MeT5A).
2. Proseguire con l’applicazione della spettroscopia XANES (X-ray absorption near edge structure) per
studiare lo stato chimico del ferro (Fe) presente nei tessuti contenenti fibre di amianto o altri nano-inquinanti.
3. Testare la fattibilità della spettroscopia Raman e FT-IR per studiare danni o modifiche epigenetiche
(aggiunta di gruppi metili) sul Dna; messa a punto di appropriati kit per valutare l’alterazione
dell’espressione genica in seguito alla metilazione del Dna. Se queste tecniche si dimostreranno valide,
verranno applicate sia su modelli cellulari che su tessuti.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
121
1. Abstract e presentazione del poster: “Alterated iron metabolism in MeT5A mesothelial cells
following carbon nanotubes and crocidolite asbestos exposure”. Nanotechnology Summer School
2013, Trieste, 4-6 Settembre 2013.
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero
1. Esperimento: “XANES full field imaging to investigate iron chemical state in asbestos containing
lung tissues”. Beam time presso il Sincrotrone Europeo (ESRF) Grenoble, 1-7 Ottobre 2013.
Ore di lezione seguite
1. Introduzione alla Spettroscopia Organica, Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali / Corso
di laurea in Chimica (I liv.), Prof. Fulvia Felluga. Obiettivi formativi: conoscenze di base nell'uso
delle tecniche spettroscopiche nella identificazione di composti organici. Marzo/Aprile 2013.
2. Corso di dottorato su "Molecular self-assembling and nanostructures”, Università di Trieste. Dr.
Loredana Casalis, Prof. Alberto Morgante, Prof. Lucia Pasquato. 10-23 Settembre, 2013.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
1. Incontro annuale della Scuola di Nanotecnologie, Università di Trieste, 9-11 Gennaio 2013.
2. Interdisciplinary PhD Spring School. Università di Udine, 7-8 Marzo 2013.
3. Corso formativo: “Banche dati EBSCO. Banche dati di ricerca nel segmento Accademico e
Medicale” (IRCBG_00468), Docente Ing. Fabio Di Bello. IRCCS Burlo Garofolo, Trieste, 10 Aprile
2013.
4. Seminario: “Chimica e luce di sincrotrone”. Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche,
Università di Trieste, 11-12 Aprile 2013.
5. Corso formativo : “Lavorare in sicurezza: la gestione del rischio biologico” (IRCBG_00258),
Docente Sparago Franca. IRCCS Burlo Garofolo, Trieste, 20 Maggio 2013.
6. Nanotechnology Summer School, Università di Trieste, 4-6 Settembre 2013.
7. Incontro “Aria pulita! Ora tocca a te!”. Seminario: “Relazioni degli studi sull’inquinamento
atmosferico e i rischi per la salute”. Ario Ruprecht, Pierluigi Barbieri, Marjian Nabergoj, Adriano
Cattaneo, Mariano Cherubini. Trieste, 20 Settembre 2013.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
122
CANDIDATO PIETRO CAPALDO
Titolo della tesi: “Sviluppo di immuno-sensori capacitivi per la diagnosi precoce di marcatori tumorali
circolanti”
Supervisore: Dr.ssa Loredana Casalis
Tutori: Dr. Luca Ianeselli
Attività di ricerca
Il mio progetto di dottorato si instaura in quel campo noto come “medicina personale” il quale necessita dello
sviluppo di biosensori sempre più accurati ma al contempo sempre più piccoli e poco costosi ma pur sempre
facili da usare per il paziente. Lo scopo principale del progetto di ricerca è, quindi, quello di sviluppare un
design di successo per un sistema point-of-care, implementando un metodo vincente per la rapida dection, in
piccoli volumi, di biomarker correlati a malattie tumorali e basato su misure di impedenza elettrica in una
cella elettrochimica di nostra progettazione. Il lavoro si è concentrato su misure di ibridazione del DNA
all’interfaccia elettrodo/elettrolita tramite l’uso di elettrodi d’oro microfabricati mediante tecniche di
litografia ottica. Si è sviluppato un protocollo, riguardante sia la parte fabricativa sia quella legata ai processi
di ibridazione, che fosse il più ottimale possibile e che portasse a biosensori il più standard possibile.
Il principale risultato ottenuto è stato quindi lo sviluppo di un biosensore che ci permette di effettuare misure
di capacità legate alla funzionalizzazione dell’elettrodo d’oro, mediante un Monostrato Auto-Assemblato
(SAM) di DNA tiolato. Siamo riusciti a misurare capacità di ssDNA costanti su un lungo periodo (>10h) e a
seguire la cinetica di ibridazione del DNA complementare su un ampio range di concentrazioni, da 100 pM a
1 µM, ottenendo buoni risultati.Sono stati effettuati anche studi di calibrazione del biosensore ottenendo un
limite di rivelabilità dell’ordine del pM in termini di concentrazione del DNA complemetare. Infine, il
sensore, è stato recentemente sottoposto a trattamenti termici finalizzati, con buoni risultati, alla
deibridizzazione, fenomeno questo, non ancora ampiamento compreso e importante per lo studio della
stabilità della doppia elica.
Obbiettivi per l’anno successivo
Innanzitutto si cercherà di migliorare la fabbricazione dei biosensori in modo da avere un maggior numero di
dispositivi funzionanti.
Poi si cercherà di ottenere i seguenti risultati:
1) Migliorare la capacità di risposta del biosensore cercando di rivelare l’ibridazione del DNA sulla
superficie per concentrazioni sempre minori del DNA complementare in soluzione (obbiettivo fM).
2) Progettare e costruire un dispositivo che sia in grado di effettuare l’analisi in parallelo di più processi
di ibridazione ed applicarlo allo studio di sequenze di DNA diverse.
3) Uso della tecnice del DDI (DNA-directed immobilization) per il bioriconoscimento su array di
proteine
Altre pubblicazioni
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
123
P. Capaldo, A. Gregorio, “Piccoli generatori eolici (<10 kWh) ad induzione elettrostatica per l’ambiente
urbano (il caso di Trieste)”. In fase di pubblicazione presso la rivista dell’Agenzia Nazionale per le nuove
tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA)
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
•
12-13-17/09/2013 “Introduzione-concetto del self-assembling; struttura di alcanotioli su superfici
(Au, Ag); dinamica di crescita dei SAM in vuoto e in liquido e transizioni di fase; Accenno a
qualche tecnica di analisi; Applicazioni in campo biologico”. Docente: Loredana Casalis. Tot. 6 ore.
•
16-17-18/09/2013 “Determinazione di strutture di SAM di alcantioli su superfici di Au. Tecniche
strutturali (Grazing Incidence X-Ray Diffraction, Photoelectron Diffraction). Film autoassemblati di
aminoacidi su superfici metalliche. Determinazione delle stato chimico e del tipo di legame con
tecniche spettroscopiche di fotoemissione ed assorbimento di raggi X. Fondamenti della formazione
di SAMs di molecole aromatiche su superfici di metalli.” Docente: Alberto Morgante. Tot. 6 ore.
•
19-20-23/09/2013
“Nanoparticelle ibride
organico-inorganico.
Metodologie di sintesi
di
nanoparticelle protette da un monostrato organico. Tecniche di caratterizzazione. Packing del
monostrato. Modifica/funzionalizzazione del monostrato. Metodologie per la caratterizzazione di
monostrati misti su superficie curva. Progettazione di sistemi complessi per applicazioni in campo
biomedico.” Docente: Lucia Pasquato Tot. 6 ore.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
Interdisciplinary PhD Spring School, Udine, 7-8 Marzo 2013
•
Primo Simposio Dottorato del FVG, Grado, 7-9 Ottobre 2013
•
Corsi Seminari di Base e Avanzati all’interno del Progetto Re-Seed, finanziato dall’Università di
Udine, dalla SISSA e da Friuli Innovazione. Segue elenco:
o
Opportunità Imprenditoriali, elaborazione del Business Model e redazione del Business
Plan. Docente: Dott. Lauto, Udine 28/06/2013 e 04/07/2013. Tot. 8 ore
o
Analisi di mercato, ambiente competitivo e strategie di marketing. Docente: Prof..ssa
Tabacco, Udine 28/06/2013 e 04/07/2013. Tot. 8 ore
o
Gestione ed amministrazione aziendale. Docente: Dott. Floreani, Udine 1107/2013. Tot. 8
ore
o
Struttura finanziaria, assetto proprietario, forma giuridica e adempimenti per l’avvio di una
start up. Docente: Dott. Ssa Pizzolato, Udine 18/07/2013. Tot. 8 ore
o
Tutela della proprietà intellettuale e del software. Docente: Dott.ssa Lorenzi, Udine
25/07/2013. Tot. 8 ore
o
"IPR – Global issues on energy – approfondimento”. Docente: Avv. Alberto BELLAN, Trieste
c/o SISSA 26/10/2013. Tot. 4 ore.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
124
•
Partecipazione al concorso START-CUP FVG 2013 con il progetto s-WinGeI (small Wind
Generator at Electrostatic Induction) e raggiungimento della finale regionale di Udine del
27/09/2013.
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Supporto didattico all’interno del progetto “Studiare Fisica a Trieste” 2-6/09/2013, progetto diretto a studenti
degli ultimi anni delle scuole superiori italiane e finanziato dal Consorzio per la Fisica e progetto Lauree
Scientifiche dell’Università degli Studi di Trieste:
•
con una lezione dal titolo: “Figura di Interferenza prodotta da una OPPMPL su uno schermo: il caso
della singola e della doppia fenditura”. Trieste, Dip. Di Fisica.
•
Ideatore di “Pomeriggio di Esperimenti in Libertà”, serie di semplici e divertenti esperimenti di
chimica e fisica che spiegasse il background scientifico nella vita di tutti i giorni (fluido non
newtoniano, la fontana di Erone, Effetto Bernouilli, Batteria con Limone, Leve, Urti elstici, ecc.)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
125
CANDIDATE LUCIA CORAL
Title of the thesis: Detection of tumor cell surface biomarkers in microsamples
Supervisor: Prof. Giacinto Scoles
Tutors (if any): Dr. Matteo Castronovo
Research Activity
To develop highly stable, water-soluble probes based on DNA self-assembly for the sensitive detection of
cell-surface biomarkers with fluorescence-based methods, we plan to functionalize a DNA nanostructure
with tens to hundred fluorophores and, at the same time, with a few antibodies against the protein of interest.
In this year, we explored the resistance of relatively simple and known DNA nanostructures, to enzymatic
degradation, with the aim of gaining information to help rationally design the aforementioned probes. In
particular, we analyzed the effect of 14 different restriction enzymes on triangular and rectangular DNA
nanostructures, both obtained by the hybridization of long circular ssDNA (M13mp18) with a specific
pattern of short ssDNA sequences. The resulting fragments of the folded M13 scaffold were visualized with
polyacrylamide gel electrophoresis. The results show that, in the folded DNA structure, a few enzymes are
able to act on a few of their corresponding restriction sites. To site-specifically quantify the action of such
enzymes, we setup an assay based on PCR, in which a non-cleaved site leads to the amplification of the
restriction site containing sequence. Our preliminary results show that this assay does not discriminate the
action of an enzyme with respect to the background if its efficiency is lower than 50%. In turn, we are
designing another PCR-based assay to have a site-specific PCR product be amplified upon the presence of
copies of the cleaved site. Also, we used the open-access caDNAno2 software to design 5 different versions
of a DNA nanostructure shaped as a parallelepiped (sized 24×40×7 nm), by varying the amount of inter helix
connections (crossovers). We estimated the structural deformations (due to thermal fluctuations) of the
designed structures with the open-access CanDo software. The results show that (i) the rigidity of the DNA
nanostructure increases as a function of the amount of inherent crossovers, and (ii) we can fine-tune
structural rigidity.
Objectives for the following year
- Computational design, based on PCR investigations, of DNA nanostructure that resists enzyme digestion;
- Linkage of these nanostructures to probes (e.g. DNA aptamer, or monoclonal antibody) that are specific to
the pre-selected, cell surface biomarkers;
- Calibration of this novel quantitative approach with simplified samples such as decreasing volumes of
standard solutions containing the target protein or cultured tumour cell lysates, for comparison with ELISA
assay, Western Blot assay and FACS;
-
Development of some simple protocols for staples amplification to reduce the cost of synthesis of
these DNA nano-assemblies.
Publications on scientific journals (printed or in press)
“Effects of Nanoscale Confinement on the Functionality of Nucleic Acids: Implications for Nanomedicine”;
Castronovo M, Stopar A, Coral L, Redhu SK, Vidonis M, Kumar V, Ben FD, Grassi M, Nicholson AW;
Current Medicinal Chemistry, 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
126
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
/
Books /Chapters and sections of books
/
Other publications
/
Participation to conferences (as speaker)
/
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
/
Classes followed (date, course, professor, type of course)
/
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
-
Annual meeting of nanotechnology , Trieste,
-
Spring school , Udine,
-
Phd Summer School on Nanotechnology,
-
Engineering life 2013, Dresden
-
PhD symoposium,
9-11.01.2013
7-8.03.2013
Trieste,
4-6.09.2013
, 17-18.09.2013
Grado , 9.10.2013
Support educational activity and teaching
/
Individual study (main articles)
:
-
Castro et al. Nature, 2011
-
Dietz et al. Science, 2009
-
Douglas et al. Nature, 2009
-
Douglas et al. NAR, 2010
-
Douglas et al. Science, 2011
-
Jungmann et al. Nanoletters, 2010
-
Ke et al. Chem.Science, 2012
-
Ke et al. JACS, 2009
-
Ke et al. Science, 2008
-
Lin et al. Nat.Chemistry, 2012
-
Mei et al. Nano letters, 2011
-
Nangreave et al. Biophysical Journal, 2009
-
Pinheiro et al. ACS Nano, 2012
-
DNA nanotechnology, B.Samorì, 2011
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
127
CANDIDATO ILENIA D’AGOSTINO
Titolo della tesi: Matrici polimeriche per l’incapsulazione e il rilascio di nutrienti tipici della dieta
Mediterranea
Supervisore: Dott.ssa Gamini Amelia
Tutori (eventuali): /
Attività di ricerca
L’attuale consapevolezza dello stretto legame tra dieta e salute ha portato ad un crescente interesse verso la
sintesi di nuovi sistemi di rilascio per principi attivi di origine naturale con cui arricchire cibi in modo da
contrastare carenze nutrizionali che possono presentarsi in casi di stress o di salute particolari (vecchiaia,
allergie, intolleranze)
L’interesse principale del mio lavoro è rivolto soprattutto alla ricerca di nano-sistemi per il rilascio di
principi attivi, sia lipofilici che idrofilici, tipici componenti della dieta mediterranea. Come modello di
rilascio di principi attivi idrofobici si sono scelti i liposomi con l’obiettivo di studiare come la carica ionica,
un agente crioprotettore o un coating polimerico possano aumentarne la stabilità e l’efficienza di
incapsulazione. Per il coating, basato su attrazioni elettrostatiche tra i componenti lipidici e polimerici, sono
stati scelti l’alginato ed il chitosano, polimeri di origine naturale ampiamente impiegati in campo alimentare,
oltre che farmaceutico e biomedico, per le loro ben note caratteristiche di biocompatibilità e non tossicità. Il
principio attivo studiato in prima analisi è il Resveratrolo che ha dimostrato una buona efficienza di
incapsulazione: ca. 70% prima dell’estrusione mentre si rileva apparentemente una perdita di principio attivo
in seguito alla formazione di ULV tramite estrusione. Come modello di rilascio di principi attivi idrofilici si
è scelto di sintetizzare NANO- particelle polimeriche di Alginato e Chitosano in forma pura e in miscela tra
loro. Il principio attivo di tipo idrofilico studiato in via preliminare è stata la la vitamina B6.
Risultati:
Secondo i dati ottenuti dal Nano- tracking Analysis le dimensioni delle particelle di solo alginato sono
comprese tra 200 e 600 nm mentre quelle di chitosano sono comprese nell’intervallo tra 200-700 nm. I due
sistemi mostrano una diversa efficienza di incapsulare la vitamina B6: in particolare l’Alginato mostra
un’efficienza di incapsulazione della vitamina B6 del 94 % rispetto al 45% del Chitosano. Il sistema misto
dei due polimeri sembra avere una distribuzione delle dimensioni più stretta degli altri due (200 -500 nm)
sebbene non sia stata ancora valutata la capacità di incapsulare vitamina B6. Nel prossimo futuro sarà di
fondamentale importanza l’ottimizzazione della reazione di sintesi investigando l’influenza delle condizioni
di pH, della concentrazione polimerica e del tipo di mezzo solvente.
Obbiettivi per l’anno successivo:
Ottimizzazione della reazione di cross-linking e studio di altre metodologie di preparazione dei sistemi
(emulsioni, sospensioni).
Studio dell’interazione tra principio attivo e polimero.
Studi morfologici del sistema di rilascio tramite SEM, TEM AFM
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
128
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni:
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
03/03/2013 48 h Chimica delle sostanze organiche naturali (Forzato) Corso di laurea in Chimica
30/09/2013 30h Chimica Macromolecolare (Rizzo) Corso di laurea in Chimica
12/09/2013 18 h Auto-assemblamento molecolare e nanostrutture (Pasquato, Casalis, Morgante)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Spring school of Nanotechnology
Summer school of Nanotechnology
NanoMedicine School
Phd Symposium
Luce di Sincrotrone
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
129
CANDIDATO MATTEO DE BIASI
Titolo della tesi: Studio di materiali dentari nanostrutturati e convenzionali nella loro applicazione
Supervisore: Prof. Daniele Angerame
Attività di ricerca
Il primo passo della mia attività di ricerca ha previsto un’indagine bibliografica sistematica sui principali
database scientifici dell’ambito medico (Medline, Scopus, Scielo, Lilacs, Cochrane Library) riguardante le
resine composite nanostrutturate. L’introduzione recente di questa classe di materiali impedisce di delinearne
chiaramente benefici e limiti, è stato quindi impostato uno studio sulle caratteristiche di superficie e la
microdurezza di diverse resine composite nanoibride, determinanti basilari per la performance clinica.
Utilizzando come controlli compositi microibridi poiché universali e di comprovata efficacia, è stata valutata
l’influenza di quattro protocolli di lucidatura sulla rugosità superficiale e sulla microdurezza dei materiali
proposti da tre tra i maggiori produttori di materiali dentari (3M, Dentsply, Kerr). Dopo le procedure di
rifinitura del restauro e lucidatura tutti i valori medi di rugosità lineare (Ra) sono sempre rimasti al di sotto
del valore soglia accettato in letteratura per un’efficace inibizione dell’adesione batterica (0,20 µ m), a
testimonianza della buona lucidabilità di tutti i compositi testati. I valori medi di rugosità dei materiali
lucidati hanno un andamento similare tra materiali appartenenti a classi e produttori diversi. Al contrario, la
microdurezza risulta costantemente e significativamente maggiore nei compositi microibridi rispetto ai
nanoibridi a parità di produttore. All’interno della stessa classe si rilevano differenze significative tra
produttori diversi con un trend di durezza decrescente da 3M, a Dentsply e Kerr. La lucidatura,
indipendentemente dal protocollo, aumenta significativamente la durezza superficiale rispetto ai controlli
non lucidati. È stata inoltre eseguita una valutazione qualitativa al microscopio elettronico a scansione di
campioni rappresentativi. La superficie dei materiali di entrambe le classi appare priva di difetti evidenti, con
alcuni solchi sporadici derivanti dalla rifinitura che la lucidatura non è stata in grado d’eliminare.
Obiettivi per l’anno successivo
Gli obiettivi per il secondo anno prevedono lo studio in vitro e in vivo della degradazione superficiale di
resine composite nanostrutturate, intesa come alterazione della rugosità di superficie misurata con la tecnica
delle repliche positive in resina epossidica.
Inoltre, sarà impostata la ricerca bibliografica per una revisione sistematica (e auspicabilmente una metaanalisi) delle performance cliniche dei materiali compositi nanoriempiti/nanoibridi usati per i restauri dentali
di tipo diretto.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
•
Angerame D, Sossi D, De Biasi M, Tommasin E, Castaldo A, Marigo L, Castagnola R, Somma F.
Trattamenti endodontici semplificati di lesioni periapicali: valutazione de risultato clinico con
Digital Subtraction Radiography. G It Endo 2013;27:50-3
•
Chiuch A, De Biasi M, Sossi D, Pecci R, Bedini R, Somma F, Angerame D. Nuovi e vecchi concetti
in Endodonzia: il sistema Reciproc. G It Endo 2013;27:63-6
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F, Castaldo A. Periapical
healing after simplified endodontic treatments: A digital subtraction radiography study. G It Endo
2013;27:74-9
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
130
•
Angerame D, De Biasi M, Chiuch A, Sossi D, Pecci R, Bedini R, Somma F, Castaldo A. Quality of
canal obturation assessed by microcomputed tomography: Influence of filling technique and post
placement in canals shaped with Reciproc. G It Endo 2013;27:80-5
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
•
De Biasi M, Perilli A, Sossi D, Castaldo A, Angerame D. Microinfiltrazione in restauri
iuxtagengivali di II classe di premolari mascellari: sistema adesivo a tre passaggi versus sistema a un
passaggio. Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche “Evidenza
scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013
•
Sossi D, De Biasi M, Marigo L, Castagnola R, Somma F, Angerame D. Microdurezza di quattro
compositi flowable dopo lucidatura con pasta all’ossido di alluminio a un passaggio: effetti
dell’invecchiamento
a
un
anno.
Congresso
Nazionale
dei
Docenti
di
Discipline
Odontostomatologiche “Evidenza scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20
aprile, 2013
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Sealing ability of two
adhesive systems in Class II cavities. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental
European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the
Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 236
•
Angerame D, Sossi D, De Biasi M, Cattaruzza M, Castaldo A. Surface roughness of a microhybrid
composite polished with abrasive pastes. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental
European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the
Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 414
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Franzò A, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Smear layer and
debris remaining after instrumentation with Mtwo and Alpha Kite rotary files: a scanning electron
microscopy study. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):29
•
Angerame D, Sorrentino R, De Biasi M, Zanetel G, Sossi D, Cattaruzza M, Zarone F. Fracture
resistance of bonded fibre post with different shape and taper: conventional versus conservative
approach. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):33
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Microdurezza in superficie e
in profondità di MTA esposto ad ambiente acido. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE
“Endodonzia: problemi e soluzioni”, Turin, November 7th – 9th, 2013, p. 34
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Sorrentino R, Zarone F. Adattare il canale al perno o viceversa?
Resistenza a frattura di perni in fibra cementati. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE
“Endodonzia: problemi e soluzioni” Turin, November 7th – 9th, 2013 p. 57-8
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Nessuno
Altre pubblicazioni
Nessuna
Partecipazione a congressi (come relatore)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
131
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Sealing ability of two
adhesive systems in Class II cavities. Oral communication at the 46th Meeting of the Continental
European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the
Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013
•
Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Sorrentino R, Zarone F. Adattare il canale al perno o viceversa?
Resistenza a frattura di perni in fibra cementati. 33° Congresso Nazionale SIE “Endodonzia:
problemi e soluzioni”, Comunicazioni premi SIE, 7-9 novembre 2013
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Nessuna
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Selezionato per il progetto Re-seed con l’idea imprenditoriale Un nuovo cemento odontoiatrico con il Dott.
Andrea Frassetto, ho seguito più di 40 ore di seminari su nozioni di base per l’avvio di start-up innovative.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
2013
•
Annual Meeting of the School of Nanotechnology, Trieste, 9-11 gennaio
•
Corso “Metodologia della ricerca e preparazione di un lavoro scientifico in ortodonzia: corso
intensivo teorico-pratico”, Firenze, 28 e 29 gennaio
•
17° Congresso Nazionale della Società Italiana di Odontoiatria Conservatrice “Lo stato dell’arte in
odontoiatria restaurativa – Soluzioni protesiche e conservative”, Roma, 15 e 16 febbraio
Corso “La letteratura in ambito di ricerca scientifica: come leggerla, interpretarla,
•
selezionarla e proporla”, Due Carrare (PD), 2 Marzo
•
PhD Interdisciplinary School, Udine, 7 e 8 marzo
•
XII Congresso Commissione Nazionale dei Corsi di Laurea in Igiene Dentale “Igienisti dentali e
team-working”, Siena, 7 e 8 giugno
•
2nd International Symposium of Piezosurgery “State of the Art in Daily Practice”, Firenze, 13-15
giugno
•
1st FVG PHD Symposium “Nanotechnology - Biomedicine – Bioinformatics”, Grado (GO), 7-9
ottobre
•
Workshop on emerging materials, Trieste, 11 ottobre
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
•
Tutor degli studenti dei corsi di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria e Igiene Dentale in ambito
preclinico e clinico presso l’U.C.O. di Odontostomatologia dell’Ospedale Maggiore di Trieste,
incarico formalizzato fino a ottobre 2013 con contratto annuale co.co.co.
•
Azione coadiuvante nelle lezioni del Prof. Daniele Angerame di Odontoiatria Ricostruttiva
nell’ambito del C.d.L. in Igiene Dentale, di Odontoiatria Conservatrice ed Endodonzia nell’ambito
del C.d.L. in Odontoiatria e Protesi Dentaria
•
Nel 2013 titolare di contratto di didattica integrativa nell’ambito dell’insegnamento di Odontoiatria
Conservativa e Endodonzia, modulo di Sistemi di strumentazione rotante in endodonzia.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
132
CANDIDATO: FABIO DEL BEN
Titolo della tesi: Metodo per il rilevamento di Cellule Tumorali Circolanti vive ed intatte, senza l’utilizzo di
anticorpi
Supervisore: Giacinto Scoles
Attività di ricerca
Le metastasi tumorali sono responsabili del 90% delle morti per cancro. Il rilevamento delle Cellule
Tumorali Circolanti (CTCs) presenti nel torrente circolatorio e dirette verso potenziali siti metastatici per la
valutazione del trattamento e l’influenza dell’outcome del paziente e’ ovvia. CTCs sono state identificate nel
cancro della vescica, stomaco, prostata, polmone, mammella e colon. L’unico sistema approvato dall’FDA
per il rilevamente di CTCs e’ il Veridex’ CellSearch, in grado di rilevare cellule tumorali di fenotipo
epiteliale con l’utilizzo di specifici anticorpi. Recenti evidenze dimostrano che le cellule tumorali di nonepiteliali, non rilevate dal CellSearch, sono di importanza critica nella progressione di malignita’.
Abbiamo sviluppato un metodo di rilevamento CTCs basato su caratteristiche metaboliche al posto che
specificita’ anticorpale, fornendo cosi’ il potenziale per il rilevamento di cellule tumorali di fenotipo
epiteliale e mesenchimale. Le cellule tumorali inducono cambiamenti nel microambiente loro circostante: in
condizioni aerobiche la maggior parte dei cancri mostrano un aumentato grado di glicolisi con produzione di
lattato nel citosol, noto come effetto Warburg. Questo comporta l’estrusione di protoni e l’acidificazione del
mezzo extracellulare. Il microambiente circostante singole cellule e’ stato caratterizzato separando le cellule
in micro-gocce del volume di pico-litri utilizzando emulsioni acqua-in-olio create con mezzi microfluidici.
Le CTCs sono state rilevate misurando i cambiamenti nel microambiente utilizzando coloranti pH-sensibili o
saggi enzimatici per la concentrazione di lattato. Questo metodo e’ economico e fornisce un modo per
contare ed isolare le CTCs senza alcun marcatore mantenendo le cellule vive ed intatte, disponibili ad
ulteriori studi.
Obbiettivi per l’anno successivo
Progettiamo di costruire il prototipo dello strumento diagnostico stabilendone sensitivita’, specificita’ e
robustezza e di analizzare campioni di sangue da pazienti ammalati di cancro (in collaborazione con
l’A.O.U. S.Maria degli Angeli di Udine, il C.R.O. di Aviano, l’I.O.M. di Padova e l’Ospedale San Filippo
Neri di Roma) per stabilire il significato clinico e prognostico dei nostri dati.
Publications on scientific journals (printed or in press)
M. Castronovo, A. Stopar, L. Coral, S. K. Redhu, M. Vidonis, V. Kumar, F. D. Ben, M. Grassi, and A. W.
Nicholson, 'Effects of Nanoscale Confinement on the Functionality of Nucleic Acids: Implications for
Nanomedicine', Curr Med Chem, 20 (2013), 3539-57.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Abstract in CLINAM 2013
Abstract in International Symposium on Minimal Residual Cancer 2013
Participation to conferences (as speaker)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
133
Aviano, CRO, 29 Mar 2013, 1st AIRC retreat – “A metabolism-based approach for circulating tumor cells
detection”.
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
22-29 May 2013, Nijmegen, Netherlands, W.Huck lab, Microfluidics and Microdroplet production
18-31 Aug 2013, Nijmegen, Netherlands, W.Huck lab, Prototype design and further experiments
Classes followed (date, course, professor, type of course)
Duino, 17 Jan 2013, prof. Giacinto Scoles, Introductory class on intermolecular forces
Trieste, 21 Jan 2013, prof. Giacinto Scoles, Lecture on intermolecular forces
Udine, 27 Mar 2013, prof. Giacinto Scoles, Lecture on nanografting
Padova, 4-6 Nov 2013, LabView Core 1
Milano, 14-15 Nov 2013, LabView Core 2
Milano, 25-27 Nov 2013, LabView FPGA
Padova, 2-3 Dec, LabView Real-Time
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
Udine, 7-8 Jan 2013 – Workshop on neurodegenerative diseases
Udine, 8 Jan 2013, QPQ students’ meeting
Trieste, 9-11 Jan 2013 – Annual meeting of Graduate School of Nanotechnology
Linz (Austria), 15-18 Feb 2013 – XV Annual Winter Workshop, Advances in Single-Molecule Research for
Biology and Nanoscience (12-14 Feb 2013 – Hands on Winter school)
Trieste, 8 Apr 2013, PneumoTrieste lecture on “Intravenous oxigen administration using lipid-based oxygen
gas-filled microparticles”
Udine, 11 Apr 2013 – QPQ Interinstitutional groups: PILLARS / CTCs
Udine, 17 Apr 2013 – QPQ Interinstitutional groups: Nanosensors & Nanobio
Udine, 23 Apr 2013 – QPQ Interinstitutional Groups: Nanobio (G. TELL)
Udine, 3 May 2013 – Giuliana Tromba Bio Medical imaging with synchrotron radiation at Elettra
Udine, 6 May 2013 – “Altered BDNF biosynthesis in patients with cognitive dysfunctions”. E.Tongiorgi
Udine, 9 May 2013 – Non-covalent interactions in gas phase. Soft applications of mass spectrometry. R.
Grandori
Bruxelles, 14 May 2013 – European Brain Research - Successes and Next Challenges
Udine, 16 May 2013 – The future of Anatomic Pathology. M. Chilosi
Udine, 16 May 2013 – Hannes Johnson “Adaptive Kinetic Monte Carlo method for Long Time Simulations
and Global Optimization for complex systems”
Udine, 3 Jun 2013 – Bembi meeting between Nanolab and Center for Rare diseases
Udine, 06 Jun 2013 – Biobanks seminar. G. Stanta
Udine, 10 Jun 2013 – Ricci “Using Nature’s “tricks” to tune and edit the useful dynamic range of
biomolecular receptors”
Trento, 19-22 Jun 2013 – Metabolism and tumorigenesis
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
134
Basel (Switzerland), 23-26 Jun 2013 – CLINAM 2013
Udine, 3 Sep 2013 – Beatrice Castellani A novel and versatile approach for the synthesis of 2’-OEGylated
nucleosides as useful building blocks for the preparation of II generation oligonucleotides, promising
therapeutic agents.
Trieste, 10-11 Sep 2013, Nanomedicine school
Udine, 17 Sep 2013 – Diane Eichert Combination of Synchrotron Spectro- and Microscopic based
techniques: impact in life science research.
Paris (France), 24-27 Sep 2013 – International Symposium on Minimal Residual Cancer 2013
Grado, 7-9 Oct 2013, 1st PhD FVG Symposium
Trieste, Oct 2013, Seminar for celebration of Maurizio Prato 60th years
Trieste, 14-18 Oct 2013 – ICTP Nanobiomed 2013
Trainings:
Udine, 20-22 Mar 2013: AFM training with Asylum technician
Review articles read:
Bioelectrical signaling:
Levin, M. and C. G. Stevenson (2012). "Regulation of cell behavior and tissue patterning by bioelectrical
signals: challenges and opportunities for biomedical engineering." Annu Rev Biomed Eng 14: 295-323.
Hierlemann, a. (2011). “Growing cells atop microelectronic chips: interfacing electrogenic cells in vitro with
CMOS-based microelectrode arrays.” Proc of the IEEE 99(2): 252-284.
Carbon Nanotubes:
Kostarelos, K. (2008). "The long and short of carbon nanotube toxicity." Nat Biotechnol 26(7): 774-776.
Nunes, A., et al. (2012). "Application of carbon nanotubes in neurology: clinical perspectives and
toxicological risks." Arch Toxicol 86(7): 1009-1020.
Cancer metabolism:
Warburg, O. (1956). "On the origin of cancer cells." Science 123(3191): 309-314.
Carracedo, A., et al. (2013). "Cancer metabolism: fatty acid oxidation in the limelight." Nat Rev Cancer.
Cai, H. & Peng, F. 2-NBDG Fluorescence Imaging of Hypermetabolic Circulating Tumor Cells in Mouse
Xenograft model of Breast Cancer. Journal of fluorescence 23, 213-220 (2013).
Hsu, P.P. & Sabatini, D.M. Cancer cell metabolism: Warburg and beyond. Cell 134, 703-707 (2008).
O'Neil, R.G., Wu, L. & Mullani, N. Uptake of a fluorescent deoxyglucose analog (2-NBDG) in tumor cells.
Molecular imaging and biology : MIB : the official publication of the Academy of Molecular
Imaging 7, 388-392 (2005).
Yamada, K., et al. Measurement of glucose uptake and intracellular calcium concentration in single, living
pancreatic beta-cells. The Journal of biological chemistry 275, 22278-22283 (2000).
Webb, B.A., Chimenti, M., Jacobson, M.P. & Barber, D.L. Dysregulated pH: a perfect storm for cancer
progression. Nature reviews. Cancer 11, 671-677 (2011).
Cairns, R.A., Harris, I.S. & Mak, T.W. Regulation of cancer cell metabolism. Nature reviews. Cancer 11,
85-95 (2011).
Wise, D.R. & Thompson, C.B. Glutamine addiction: a new therapeutic target in cancer. Trends in
biochemical sciences 35, 427-433 (2010).
Carracedo, A., Cantley, L.C. & Pandolfi, P.P. Cancer metabolism: fatty acid oxidation in the limelight.
Nature reviews. Cancer (2013).
Hirschhaeuser, F., Sattler, U.G. & Mueller-Klieser, W. Lactate: a metabolic key player in cancer. Cancer
research 71, 6921-6925 (2011).
Huber, V., et al. Proton dynamics in cancer. Journal of translational medicine 8, 57 (2010).
He, W., et al. Quantitation of circulating tumor cells in blood samples from ovarian and prostate cancer
patients using tumor-specific fluorescent ligands. International journal of cancer. Journal
international du cancer 123, 1968-1973 (2008).
Kroemer, G. & Pouyssegur, J. Tumor cell metabolism: cancer's Achilles' heel. Cancer cell 13, 472-482
(2008).
Neuroscience:
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
135
Alivisatos, A. P., et al. (2013). "Nanotools for neuroscience and brain activity mapping." ACS Nano 7(3):
1850-1866.
Fox, M. D. and M. E. Raichle (2007). "Spontaneous fluctuations in brain activity observed with functional
magnetic resonance imaging." Nat Rev Neurosci 8(9): 700-711.
Mei, Y. and F. Zhang (2012). "Molecular tools and approaches for optogenetics." Biol Psychiatry 71(12):
1033-1038.
Support educational activity and teaching
Classes to biotechnology undergraduate students.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
136
LUCA OMICIUOLO
Titolo della tesi: Study of the growth processes and of the physical and chemical properties of
graphene-based low dimensional systems
Supervisore: Prof. Alessandro Baraldi
Co-supervisore: Dr. Silvano Lizzit
Attività di ricerca
Il progetto principale del quale mi sono occupato durante questo primo anno di Dottorato di Ricerca è stato
lo sviluppo di una tecnica originale per ottenere un'interfaccia grafene-allumina di alta qualità. La possibilità,
infatti, di ottenere grafene (GR) di alta qualità supportato da strati di ossido offre svariate possibili ricadute in
campo tecnologico (per esempio nello sviluppo di transistor di nuova generazione basati sulle interfacce GRossido). Tuttavia, ad oggi, le tecniche utilizzate a tal scopo, ossia le crescita epitassiale di GR su metalli di
transizione (in particolare Cu) e il successivo trasferimento su substrati isolanti, portano all'inevitabile
produzione di difetti nello strato di GR (come vacanze, bordi di grani, domini multipli e contaminanti), che
ne modificano le proprietà di trasporto elettronico. L'approccio da noi seguito è consistito nell'utilizzare,
come supporto di crescita, la superficie Ni3 Al(111), che è stata successivamente ossidata a formare uno strato
superficiale di ossido di alluminio. Un singolo strato di GR è stato inizialmente cresciuto sulla superficie
metallica attraverso la decomposizione catalitica di etilene ad alta temperatura (950 K). Una volta cresciuto il
GR, siamo riusciti ad intercalare ossigeno molecolare attraverso i difetti del reticolo ed ad ossidare
selettivamente gli atomi di Al del substrato, così da ottenere uno strato disordinato di allumina all'interfaccia
GR-metallo. Per riordinare lo strato di ossido, abbiamo dunque scaldato il campione ad alta temperatura (850
K), riuscendo così ad ottenere uno strato finale di allumina ben ordinato e dello spessore di circa 6 Å.
Durante l'intero processo, meno del 10 % degli atomi di carbonio sono stati rimossi in seguito all'interazione
con l'ossigeno ad alta temperatura, a dimostrazione di come, questa nuova metodologia, preservi la qualità
del reticolo di GR. Il sistema è stato caratterizzato attraverso diverse tecniche sperimentali di spettroscopia e
diffrazione (XPS, ARPES e LEED) e attraverso calcoli teorici (DFT), questi ultimi eseguiti dal gruppo del
Prof. Dario Alfè del University College of London, con il quale vi è in atto una produttiva collaborazione.
A partire dal mese di settembre sono stato inoltre coinvolto in altre attività di ricerca portate avanti dal nostro
gruppo di ricerca. Da un lato mi sono occupato della caratterizzazione dei processi di adsorbimento e di
dissociazione di coronene su Ir(111), che conducono da bassi ricoprimenti fino alla formazione, ad alta
temperatura, di grafene. L'interesse verso questa molecola nasce dal fatto che, data la sua particolare
struttura, si presenta come un buon candidato per la crescita di grafene su substrati passivi alla dissociazioni
di idrocarburi e per i quali, di conseguenza, non si possano utilizzare le tecniche più comuni, che fanno uso
di idrocarburi più semplici. Dall'altro mi sono invece concentrato sulle interfacce GR/Si/Ir e GR/Si/Ru,
ottenute tramite intercalazione di Silicio al di sotto dello strato di grafene, con la prospettiva di ottenere
eterostrutture composte da strati di grafene e silicene.
Oltre a questo ho contribuito all'avanzamento dei lavori di costruzione di una sorgente di cluster selezionati
in massa, attualmente in sviluppo presso il nostro laboratorio. In particolare sono stato coinvolto nel set-up e
nel commissioning della valvola pulsata piezo-elettrica del primo stadio, nell'assemblaggio del sistema di
guida a ottupolo del secondo stadio e nel design e costruzione del sistema di supporto del deflettore
elettrostatico per la selezione degli ioni nel terzo stadio.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
137
Obbiettivi per l’anno successivo
Le attività programmate per il prossimo anno si dividono principalmente in due categorie. Da una lato mi
occuperò della crescita e caratterizzazione di grafene su altri supporti bimetallici, al fine di ottenere grafene
direttamente supportato su diversi tipi di ossido o su superfici con forte anisotropia. In particolare mi
concentrerò sulle leghe bimetalliche contenenti Al, Ti, Fe e Zr, dato il largo utilizzo dei rispettivi ossidi in
campo tecnologico. Dall'altro mi occuperò dello studio delle proprietà chimico-fisiche di cluster di metalli
nobili supportati da grafene, con particolare attenzione alla possibilità di ottenere cluster di ossidi. In
quest'ambito, parte della mia attività sarà dedicata anche al completamento e alla messa in funzione della
sorgente di cluster selezionati in massa attualmente in costruzione presso il nostro laboratorio. Il
completamento di questa sorgente ci permetterà infatti di studiare la correlazione tra la geometria dei cluster
stessi e le loro proprietà, in un ottica generale di una possibile funzionalizzazione del grafene.
Oltre a questo sarò coinvolto in molte attività di ricerca portate avanti dal nostro laboratorio riguardanti
sistemi a bassa dimensionalità basati su grafene. Infine, prevedo di passare un periodo all'estero di 4 mesi
presso il gruppo di ricerca coordinato dal Prof. Philip Hofman presso l'Università di Aarhus in Danimarca, il
cui laboratorio è specializzato in misure di struttura elettronica in banda di valenza.
Pubblicazioni su riviste scientifiche
L. Omiciuolo, E. Hernandez, E. Miniussi, F. Orlando, P. Lacovig, R. Larciprete, S. Lizzit, M. Bianchi, S.
Ulstrup, P. Hofmann, D. Alfè and A. Baraldi, Chemical vapour deposition on bimetallic alloys: a route for
the synthesis of high-quality graphene-alumina interfaces (in preparazione)
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
Le 80 ore previste di lezione sono state sostituite, in accordo con il mio supervisore, con la lettura di articoli
scientifici e review (vedere certificazione allegata).
Le 60 ore di laboratorio previste sono state eseguite in parte presso il Laboratorio di Scienza delle Superfici
ed in parte presso la linea di luce SuperESCA ad Elettra (vedere certificazione allegata).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
138
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Seminari ad Elettra-Sincrotrone Trieste:
o
Interfaces in ferroelectric-based structures – L. Pinitilie, INFIM, Bucharest (Romania) – 15
febbraio 2013 (1 h)
o
Non-Repetitive Magnetization Dynamics in Ultra Thin magnetic Films – C.H. Back, Department
of Physics, University of Regensburg (Germany) - 6 marzo 2013 (1 h)
o
Dynamics of electronic structure probed with an X-ray free-electron laser – M. Dell'Angela,
University of Hamburg (Germany) – 4 aprile 2013 (1 h)
o
The role of TiO2 defects in plasmonic/semiconductors interaction – A. Naldoni, Institue of
Molecular Science and Technologies-CNR, Milano – 30 aprile 2013 (1 h)
o
High frequency power MOSFET's gate driver – T. Ciesla, Silesian University of Technology
(Poland) – 13 maggio 2013 (1 h)
o
Silicene: a novel 2D material – A. Resta, Aix-Marseille Université (France) – 20 maggio 2013 (1
h)
o
Electronic and structural properties of graphene/metal interfaces – L. Bignardi, Zernike Insitute
for Advanced Materials, University of Groningen (Netherlands) – 7 giugno 2013 (1 h)
o
Electronic structure investigations of strongly correlated compound systems – S. Suga, Institute
of Scientific and Industrial research, Osaka University (Japan) and Max-Plank Insitute, Halle
(Germany) – 18 settembre 2013 (1 h)
o
Complementary computational and experimental approach for the investigation of structural
and electronic properties of organic molecules and graphene – F. Bisti, Department of Physical
and Chemical Sciences, University of L'Aquila – 10 ottobre 2013 (1 h)
Altri Seminari:
o
The Free Electron laser: a coherent source from the XUV to the X-rays – L. Giannessi, Elettra
and ENEA – Trieste (University), 23 aprile 2013 (1 h)
Scuole:
o
o
Interdisciplinary PhD Spring School – Udine, 7/8 marzo 2013 (16 h)
3rd joint Phd Summer School on Nanotechnology – Trieste (SISSA), 4-6 settembre 2013 (15 h)
+ PRESENTAZIONE POSTER
Congressi:
o
Graduate School of Nanotechnology annual meeting – Trieste (University), 9-11 gennaio 2013
(24 h)
o
Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica (SIF) – Trieste (SISSA), 23-27 settembre
2013 (32 h) + partecipazione attiva all'organizzazione del congresso
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
139
LAERTE LUIGI PATERA
Titolo della tesi: An in-situ and in-operando study of graphene growth and properties on metal surfaces
Supervisore: Dott.sa Cristina Africh
Tutori (eventuali):
Attività di ricerca
Nel corso del primo anno ho studiato la crescita del grafene su nichel tramite la deposizione da vapori
chimici (CVD). Il lavoro è stato svolto su un sistema modello, la superficie (111) di un singolo cristallo di
nichel in condizioni di ultra alto vuoto (UHV) (pressioni di idrocarburo nell’ordine di 10-7 mbar), con
l’obiettivo di ottenere un controllo sulla qualità cristallografica del grafene attraverso la scelta dei parametri
di crescita. A questo scopo ho esaminato la correlazione tra parametri di crescita (temperatura, pressione di
idrocarburo, quantità di carbonio dissolto nel campione), meccanismi di crescita e qualità del grafene
prodotto (densità e strutture dei difetti e dimensione dei domini), utilizzando principalmente un microscopio
a scansione ad effetto tunnel a temperatura variabile (VT-STM), che permette di seguire le dinamiche che
avvengono sulla superficie del campione con risoluzione atomica anche ad alte temperature e durante
l’esposizione a gas reattivi. In questo modo sono state individuate precise preparazioni che permettono di
ottenere differenti morfologie di grafene su Ni(111).
Ho inoltre effettuato una caratterizzazione delle proprietà elettroniche delle superfici così ottenute, attraverso
tecniche spettroscopiche quali spettroscopie di fotoemissione da raggi X (XPS) e da sorgente ultravioletta
(UPS) e spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES).
Uno studio delle proprietà chimiche delle differenti morfologie di grafene cresciuto per CVD e dei difetti
indotti in maniera controllata sulla superficie è attualmente in corso.
Obiettivi per l’anno successivo
L’obiettivo per il prossimo anno è quello di provare ad estendere le competenze acquisite su monocristalli a
superfici policristalline, comunemente utilizzate per la produzione di grafene su scala industriale. Intendo
inoltre approfondire la tematica dei difetti nel grafene, soprattutto per quanto riguarda la loro struttura e le
proprietà chimiche.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Patera, L. L.; Africh, C.; Weatherup, R. S.; Blume, R.; Bhardwaj, S.; Castellarin-Cudia, C.; KnopGericke, A.; Schloegl, R.; Comelli, G.; Hofmann, S.; Cepek, C. In Situ Observations of the Atomistic
Mechanisms of Ni Catalyzed Low Temperature Graphene Growth. ACS Nano 2013, 7, 7901–7912.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
Patera, L. L.; Africh, C.; Bianchini F.; Peressi, M.; Comelli, G. Atomic scale identification of coexisting
graphene structures on Ni(111). Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. 2013
Capitoli/sezioni di libri/volumiAltre pubblicazioniPartecipazione a congressi (come relatore)
Patera, L. L.; Africh, C.; Bianchini F.; Peressi, M.; Comelli, G. Atomic scale identification of coexisting
graphene structures on Ni(111). Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
140
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di
laurea)Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
Durante il primo anno ho seguito un corso riguardante il software LabView (24 ore), parte integrante del
corso di Elettronica tenuto dal Dr. Giuseppe Cautero per il corso di laurea magistrale in Ingegneria
Elettronica, che permette di acquisire competenze avanzate per l’acquisizione, visualizzazione, salvataggio
ed elaborazione di dati e per il controllo di strumentazione,.
Ho partecipato alle seguenti conferenze:
•
European workshop of Epitaxial Graphene, tenuta ad Aussois (F) dal 27 al 31 gennaio 2013
•
3rd Joint PhD Summer School on Nanotechnology, presso SISSA dal 4 al 6 settembre 2013
•
Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, presso SISSA dal 23 al 27 settembre 2013
Ho partecipato a seminari, organizzati ad Elettra, al laboratorio TASC e presso l’università, riguardanti
tematiche prossime al mio ambito di ricerca, tra cui:
•
Electronic structure investigations of strongly correlated compound systems (S. Suga)
•
Characterization of electronic and structural properties of graphene/copper and graphene/ nickel
interfaces (L. Bignardi)
•
Silicene: a novel 2D material (A. Resta)
•
Spatially Resolved X-Ray PhotoElectron Spectroscopy Investigation@ESCAmicroscopy – Solutions
Toward Near Ambient Pressure XPS Microscopy (M. Amati)
•
Dynamics of electronic structure probed with an X-ray free-electron laser (M. Dell’Angela)
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
141
ELENA PELLIZZONI
Titolo della tesi: Interactomics in tumor cells studied with a nanotechnology approach
Supervisore: Giuseppe Toffoli
Tutori: Federico Berti, Flavio Rizzolio
Attività di ricerca
L’obbiettivo di questa tesi consiste nella sintesi e caratterizzazione di recettori specifici per i farmaci
antitumorali: sunitinib, tassolo, SN38 ed irinotecano, suo pro-farmaco. Tali recettori saranno utilizzati per la
progettazione e sviluppo di nano-biosensori in grado di monitorare la concentrazione del farmaco a livello
plasmatico permettendo, così lo sviluppo di terapie personalizzate allo scopo di facilitare la cura del cancro.
In particolare sono stati considerati due approcci differenti: la produzione di anticorpi per lo sviluppo di kit
ELISA ed altri sistemi basati su tecnologie immunochimiche e la sintesi di polimeri ad impronta molecolare
(MIP) come recettori artificiali.
Lo sviluppo di anticorpi specifici e dei kit ELISA richiede preventivamente la modificazione dei farmaci
mediante uno spaziatore avente un terminale amminico o carbossilico, necessario per la coniugazione a
proteine come la BSA o la KHL che verranno impiegate per l’immunizzazione, o ad enzimi come HRP che
agiranno da marcatori.
A tale scopo si è deciso di utilizzare la cadaverina per amidare l’SN38 in corrispondenza del gruppo
carbossilico generato dall’apertura dell’anello lattonico ed ottenere un gruppo amminico libero.
HO
HO
N
O
N
O
H 2N
OH O
N
H
OH
N
O
N
O
O
O
Pyridine
80°C, 70h
OH HN
O
HN
O
Anche il sunitinib è stato modificato mediante amidazione con la cadaverina, tuttavia in questo caso si è
deciso di sintetizzare l’intero farmaco a partire dall’etil 3-osso-butanoato ed il tert-butil-3-ossobutanoato, e di
legare la boc-cadaverina nel penultimo passaggio, prima della reazione di Knoevenagel con il 5-fluoro-2ossoindolo, ottenuto dalla 5-fluoro-isatina.
Il secondo approccio consiste, invece, nella sintesi dei MIP. Si tratta di nano-particelle polimeriche a base di
acrilamide aventi una matrice altamente reticolata con siti di legame complementari per forma, gruppi
funzionali e dimensioni alla molecola templato che nel nostro caso è il farmaco.
Questi polimeri, infatti, sono stati sintetizzati sciogliendo il farmaco e dei monomeri funzionali (15%)
(triptofano, tirosina, cumarina e 4-vinil-piridina), preventivamente acriloilati in corrispondenza del gruppo
ammino-terminale o del gruppo ossidrilico, in DMSO. Tali monomeri si legano al farmaco mediante
interazioni deboli, quali: legame idrogeno, interazioni di Van der Waals e ππ-staking. La successiva aggiunta
di acrilamide (15%), del reticolante N,N’-etilenebisacrilamide (70%) e dell’iniziatore radicalico AIBN, ha
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
142
permesso la reazione di polimerizzazione mediante riscaldamento a 70°C per 4 giorni. Le nanoparticelle
ottenute sono state dializzate in metanolo ed in acqua per rimuovere il templato ed infine liofilizzate
O
CH OH
O
3
O
O
NaNO
O
O
2
O
HCl
O
H
N
O
O
O
DMF
POCl3
O
O
H
N
H
KOH
O
O
O
H
Zn
O
F
H
N
H
N
O
HOBt
EDC
Et3 N
NH
N
H
CH 3CN
Pyrrolidine
O
O
H 2N
N
H
O
H
NH
EtOH
O
H
N
O
OH
O
O
O
N
H
N
H
O
N
H
F
O
N
H
I polimeri sono stati caratterizzati mediante spettroscopia NMR, mentre mediante il Nanosight è stata
osservata la tendenza delle nanoparticelle, di dimensioni di circa 10nm, a formare aggregati di circa 200nm.
La capacità di catturare le molecole di farmaco da parte dei MIP per il sunitinib, è stata verificata sciogliendo
il polimero (1mg/mL) in una soluzione acquosa di sunitinib 50µM e prelevando dopo tempi diversi, 200µL
del surnatante che è stato analizzato mediante HPLC per determinare la concentrazione del farmaco rimasto
in soluzione. Dopo 12 ore i polimeri con triptofano, tirosina o 4-vinil-piridina hanno raggiunto la saturazione
catturando circa il 40% o 50% di sunitinib, mentre quello con la cumarina l’80% delle molecole.
Tali risultati sono comunque positivi, considerando che la concentrazione farmacologicamente attiva nei
pazienti varia da 50nM a 100nM, valori molto più bassi di quelli utilizzati per questa prova.
Obbiettivi per l’anno successivo
I farmaci modificati saranno deprotetti dal Boc e coniugati alla BSA per l’immunizzazione di topi o conigli,
necessaria per la produzione di anticorpi. Questi ultimi saranno purificati ed utilizzati per lo sviluppo di
nuovi kit ELISA.
Si valuterà la specificità e la selettività dei polimeri sintetizzati per il tassolo, il sunitinib e l’SN38.
Attività formativa
Ore di lezione seguite
•
Introduzione alla sintesi organica (Prof. Federico Berti, 32 ore, Marzo-Aprile 2013)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
143
•
Chimica delle sostanze organiche naturali (Prof. Cristina Forzato e Patrizia Nitti, 48 ore, MarzoAprile 2013)
•
Metals in medicine (Prof Enzo Alessio, 10 ore, Giugno 2013)
•
Molecular self-assembling and nanostructures (Loredana Casalis, Alberto Morgante, Lucia Pasquato,
18 ore, 12-23 Settembre 2013)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
Interdisciplinary Phd Spring School (Udine, 7-8 Marzo 2013)
•
DNA as supramolecular scaffold for porphyrin and metal complex assemblies. (Prof. Eugen Stultz, 5
Aprile 2013)
•
Combattere i tumori con la ricerca e i programmi di screening- le nuove frontiere dell’innovazione
con le nanotecnologie (Trieste, 23 Maggio 2013)
•
First FVG Phd Symposium (Grado, 7 -9 Ottobre 2013)
•
Theoretical coffee: caffeine, sugar and molecular recognition. (Prof. John Brady, Trieste 11 Ottobre
2013)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
144
CANDIDATO: DAVIDE PORRELLI
Titolo della tesi: “Biomateriali nanocomposite basati su polisaccaridi e nanostrutture del carbonio per
applicazioni biomediche”
Supervisore: Prof. Sergio Paoletti
Tutori : Dr. Massimiliano Borgogna, Dr. Ivan Donati
Attività di ricerca
Lo scopo del progetto di ricerca è di progettare biomateriali innovative basati sull’utilizzo di biopolimeri
(alginato acido ialuronico, chitosano e suoi derivati) e nanostrutture del carbonio (CNS) per applicazioni
biomediche nei campi dell’ingegneria tissutale dell’osso e neuronale.
Ingegneria tissutale dell’osso.
Sono stati preparati e caratterizzati, biomteriali nanocompositi basati su alginato e nanotubi di carbonio
“multi-walled” funzionalizzati (f-CNT). Sono stati ottenuti idrogeli e strutture porose con una morfologia e
una struttura omogenee, e con una buona dispersione dei f-CNT nella matrice polimerica. Studi di
compressione meccanica e misure reologiche condotte sugli idrogeli e sulle soluzioni di f-CNT in alginato,
mostrano l’influenza dei f-CNT sul comportamento meccanico. Lo studio del tempo di rilassamento
dell’acqua è stato impiegato come tecnica innovativa per studiare le interazioni tra i f-CNT e la matrice
polimerica.
Poiché i saggi di citotossicità impiegati routinariamente sono influenzati dalla presenza di CNT, è stato
affrontato l'utilizzo di tecniche che non influenzate da parte dei CNT. È stato quindi usato un protocollo
modificato del saggio LDH, proposto da Ali-Boucetta (Small 2011), che si conferma essere un metodo
affidabile per valutare la vitalità cellulare in presenza dei f-CNT. Complessivamente, tutti i f-CNT testati non
mostrano tossicità cellulare a breve termine.
Ingegneria tissutale neuronale. Per valutare gli effetti biologici colture organotipiche di midollo spinale, di
un derivato lattosilato del chitosano (chitlac), sono stati preparati dei vetrini rivestiti da uno strato di questo
polimero. A causa della bassa bagnabilità della superficie vetrosa, è stato necessario un trattamento con la
soluzione piranha per ottenere uno strato polimerico uniforme.
Le misure di angolo di contato confermano la presenza del rivestimento polimerico. L’imaging con
microscopia confocale a scansione laser mostra la formazione di uno strato polimerico idratato uniforme con
uno spessore medio di 8µm in condizione umida. L’imaging con microscopia a forza atomica rivela che lo
spessore dello strato secco è 122 ± 17 nm. Esperimenti preliminari di elettrofisiologia condotti su colture
organotipiche mostrano che questi substrati sono biocompatibili e non tossici. Inoltre è stata registrata
un’attività elettrica neuronale sincronizzata su due fettine organotipiche seminate sullo stesso vetrino.
Ulteriori esperimenti sono necessari per validare statisticamente questa evidenza sperimentale.
Obbiettivi per l’anno successivo
Ingegneria tissutale dell’osso:
•
Studio della deposizione di idrossiapatite e di matrice extracellulare negli da parte di cellule
osteoblasti-simili negli scaffold contenenti CNS scaffold
•
Studio della differenziazione e del fenotipo degli osteoblasti seminati negli scaffold
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
145
•
Studio delle interazioni tra l’alginato e i CNT grazie alla spettroscopia Raman alla spettroscopia 1HNMR 23Na-NMR
Ingegneria tissutale neuronale:
•
Ulteriore caratterizzazione del rivestimento di chitlac con microscpia a forza atomica e microscopia
elettronica a scansione, per meglio valutare lo spessore e la stabilità dello strato polimerico
•
Analisi degli effetti biologici del chitlac su colture organotipiche di midollo spinale
•
Implementazione del rivestimento di chitlac con acido ialuronico, al fine di ottenere un substrato
multistrato
•
Implementazione del rivestimento polimerico con nanotubi di carbonio funzionalizzati
•
Preparazione di scaffold nanocompositi contenti una matrice polimerica e f-CNT.
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
•
A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer
surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A.,
Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and
Paoletti S.; EuroNanoforum, 18-20 Giugno 2013, Dublino
•
“Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M.,
Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; NanoMedicine
School, 10-11 Settembre 2013, Trieste (Italia)
•
“Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M.,
Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; 1st PhD
Symposium, 7-9 Ottobre 2013, Grado (Italia)
Partecipazione a congressi (come relatore)
•
19-20 Settembre 2013: III DSV Day (Trieste), “Biomateriali nanocompositi basati su polisaccaridi e
nanostrutture del carbonio per applicazioni biomediche”
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
•
Marzo-Giugno 2013: “Introduzione alla spettroscopia organica”, Prof. Fulvia Felluga, laurea
triennale in Chimica (32h)
•
Ottobre-Dicembre 2013, “Struttura e proprietà dei sistemi complessi”, Prof. Romano Lapasin, laurea
magistrale in Ingegneria Chimica / dei Materiali. (50h lezioni frontali + 16h attività di laboratorio)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
9-11 Gennaio 2013, Meeting annuale PhD School in Nanotechnology. (15h)
•
7-8 Marzo 2013, “Interdisciplinary Spring School” Udine (20h)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
146
•
11-12 Aprile 2013, “Chimica e luce di sincrotrone” (6h)
•
23 Maggio 2013, “Combattere i tumori con la ricerca e i programmi di screening. Le nuove frontiere
dell’innovazione con le nanotecnologie” (4h)
•
9 Settembre 2013, “The BROAD Way of Drug Discovery” (2h)
•
10-11 Settembre 2013, NanoMedicine School” (16h)
•
10-20 Settembre 2013, III DSV Day (12h)
•
7-9 Ottobre 2013, “1st PhD Symposium” (16h)
•
11 Ottobre 2013, “Workshop on Emerging Materials (8h)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
147
ISMAEL ROMERO OCAÑA
Title of the thesis: “Solar Fuels”
Supervisor: Porf. Paolo Fornasiero
Tutors (if any): Dr. Tiziano Montini ; Dr. Juan José Delgado
Research Activity
My research plan has the aim of solving real problem existing in the implementation of Photocatalysis
for sustainable energy production. The main goal of this research project is to design new plasmonic
TiO2-based photocatalysts for harvesting visible light, which covers 43% of the sunlight. In this sense, it
is well-known that noble metal nanoparticles (Au, Ag, Pt, etc.) can strongly absorb visible light due to
their unique Surface Plasmon Resonance (SPR) properties.
Until now, my research activity is divided in different parts as detailed below. I have learned synthesis
methods for TiO2 nanostructures. More specifically Hydrothermal Method & Solvothermal method,
which it is a method that is widely used for the production of small particles. Many groups have used
the hydrothermal method to prepare TiO2 nanoparticles due to is an inexpensive technique, easy to use
and quickly and atalytic evaluation of the samples. specifically, EtOH photoreforming. In this way ,subnanometric characterization of selected photocatalysts by mean of Advanced Electron Microscopy
Techniques. I have learned to use different electron microscope Techniques: Use of a JEOL-1200,
JEOL-2100 and JEOL-2010 with different characterization techniques as HREM, STEM-HAADF,
XEDS, EELS. Different TEM sample preparation methods . One example of my advances of my
research is the synthesis, characterization and catalytic evaluation of a TiO2 structures doped with Pt. It
is interesting to see that if we play with the principal parameters involved in the synthesis of the
titanium structures(by hydrothermal methods), we are able to obtain different catalytic activity in the H2
production of a bio-alcohol by photoreforming. The discovery and development of less expensive methods
of production of hydrogen is relevant to the establishment of H2 economy
Objectives for the following year
My futures plan includes the follows points in order to progress with my research project.
- Synthesis of morphologically controlled TiO2 nanoparticles, paying attention to the faceting engineering. I
will take advance of my knowledge in the synthesis of nanostructured catalysts by hydrothermal &
solvothermal methods to successfully achieve this task. Synthesis of morphologically controlled Ag, Au and
Ag-Au nanoparticles with enhanced SPR (Surface Plasmon Resonance).
-Catalytic evaluation of the samples for the three main reaction described in the literature (water splitting,
bio-alcohols photoreforming and CO2 photoreduction).
- To make progress in the knowledge of the Electron Microscope Technique at the University of Cadiz. This
part is of special interest for the sub-nanometric characterization of the nanostructures
- Learning of new materials characterization techniques such as optical absorption, electron paramagnetic
resonance, Raman, etc. Continuously training by means assisted to seminars, summers schools, conferences
and continuous literature review of the last papers.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
148
Educational Activity
Periods abroad (date and place)
During my first year I have made a long-term stay abroad, from July /2013 to December/2013
(six months) at the University of Cadiz (Spain). During my stay abroad under the supervision
of Prof. J.J. Delgado
Classes followed (date, course, professor, type of course)
-During the 8-12 of July I had the opportunity to attend a training European Summer School, 13th
TEM-UCA, which involved both technical and theoretical training on Transmission Electron
Microscopy of Nanomaterials
In the framework of different seminars I have attended to:
Safety training in fumes cupboards by Waldner ®: In this interesting seminar I have learned:
-Know the design, functions and limitations of a fume cupboard
-Know how and why they use the fume
-Know if a display is working properly and what to do if it is not
Flow Controllers by Bronkhorst®
- Handle of the flow controllers which are present in the majority of equipment in a usual chemical
laboratory.
Seminar of X-Ray and Power Cell at UCA.
This seminar was given by Prof. José Antonio Perez Omil ( University of Cadiz)
- Fundamentals of X-ray technique.
- Application of the X-Ray technique for identifying nanomaterials.
- Using od the Power Cell software for data processing.
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
“In-situ electron microscopy” Thomas W. Hansen Technical University of Denmark
“HREELS and Applications on Nanomaterials” Alex Gloter CNRS-Université Paris Sud, France
“Electron Crystallography and Precession” Paul A. Midgley University of Cambridge, UK
“Aberration Corrected Electron Microscopy” Florent Houdellier CEMES-CNRS, Toulouse, France
“Advanced Electron Microscopy of Functional Materials” José González Calbet Universidad Complutense
de Madrid
“Image Simulation and Modelling of Nanoparticles” José A. Perez-Omil Universidad de Cádiz
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
149
CANDIDATO NOME COGNOME : PASQUALE SACCO
Titolo della tesi: “Nuovi biomateriali per terapie innovative nel trattamento delle ferite difficili”
Supervisore: Prof. Sergio Paoletti
Tutori (eventuali): Dr.ssa Eleonora Marsich, Dr. Massimiliano Borgogna
Attività di ricerca
L’obiettivo principale dell’attività di ricerca portata avanti durante il primo anno è stato lo sviluppo di
biomateriali nanoingegnerizzati da impiegare nel trattamento delle ferite difficili e la valutazione delle loro
proprietà chimico-fisiche e biologiche. Si è investigato sull’uso di due polisaccaridi e dei loro derivati nei
confronti delle ferite difficili da rimarginare. Il primo polimero è un derivato dell’acido ialuronico (HABut)
studiato in collaborazione con SIGEA S.r.l. Sono state testate le proprietà infiammatorie di HA e del suo
derivato ingegnerizzato (HABut) valutando il rilascio di citochine pro/antinfiammatorie da parte di monociti
U937. È stato studiato il comportamento (spreading e attivazione del burst respiratorio) di neutrofili a
differenti concentrazioni e gradi di sostituzione del polimero. È stata inoltre valutata l’influenza dei polimeri
sopra citati nei confronti della proliferazione di cellule primarie adulte Human Epidermal Keratinocytes
(HEKa) attraverso il saggio alamarBlue. Il secondo polimero preso in considerazione è stato il chitosano, un
polisaccaride già utilizzato in dispositivi biomedici per la sua abilità a formare matrici 3D e per le sue
proprietà antibatteriche. Inoltre, come descritto precedentemente dal gruppo di ricerca ospitante, un derivato
del chitosano (chitlac) può essere utilizzato per la preparazione e stabilizzazione di sistemi a base di
nanoparticelle di argento. Durante questo primo anno di ricerca è stato sviluppato un metodo per la
produzione di matrici 3D a base di chitosano nativo e tripolifosfato (TPP). La matrice è stata ottenuta
attraverso la tecnica di dialisi. Brevemente, una soluzione viscosa di chitosano è stata dializzata contro una
soluzione di TPP sotto agitazione controllata. Dopo 24h, la soluzione viscosa si trasforma in un gel per
mezzo di una gelificazione ionica. In seguito, dal gel è stata ottenuta una membrana attraverso un processo di
congelamento e liofilizzazione sequenziale. Utilizzando questo procedimento sono state preparate molte
membrane a differente concentrazione di polimero e TPP. È stata inoltre studiata l’influenza del sale di
supporto sodio cloruro sulla cinetica di gelificazione. La morfologia e la struttura delle membrane è stata
valutata attraverso microscopia SEM. L’interazione tra il chitosano ed il TPP è stata studiata tramite la
tecnica FTIR. Sono state effettuate prove di compressione uniassiale e reologia per valutare le proprietà
meccaniche dei gel.
31
P NMR è stata utilizzata per stimare la quantità di TPP che si è legata al chitosano
durante la dialisi. Uno studio in vitro su fibroblasti murini (NIH/3T3) è stato proposto per valutare la
citotossicità dei biomateriali. Nel dettaglio, si è investigato sulla proliferazione delle cellule (saggio Cell
Counting Kit-8) e sulla citotossicità del biomateriale (saggio LDH). Preliminarmente, è stata valutata la
formazione di nanoparticelle di argento partendo da una soluzione di chitosano, ioni di argento ed un agente
riducente.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
150
Obiettivi per l’anno successivo
1. Ottimizzazione della tecnica per la preparazione delle matrici a base di chitosano.
2. Impostazione di un metodo per il caricamento di nanoparticelle di argento all’interno delle matrici di
chitosano. In particolare, verrà valutata la formazione diretta di una sospensione colloidale di
nanoparticelle in soluzioni di chitosano e/o in suoi derivati (per esempio chitlac) in modo da preparare
matrici contenenti una omogenea dispersione delle nanoparticelle all’interno delle matrici. Verranno
studiate le loro proprietà antibatteriche e la loro citocompatibilità.
3. Preparazione di sistemi a base di chitosano in combinazione con altri polimeri bioattivi, in particolare
acido ialuronico a HABut.
4. Sviluppo e studio di un innovativo derivato di HA (per esempio HA legato all’acido lipoico definito
lipohyal) dotato di proprietà antibatteriche in seguito al coordinamento di ioni di argento.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
“Effects of liposomes and liposome-encapsulated silybin on Hepatitis C virus infection: an in vitro study”;
M. Ripoli, R. Angelico, P. Sacco, A. Mangia. Articolo sottomesso a Journal of Virology
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
1- “Chemical coupling of butyric acid an hyaluronan: an innovative epigenetic agent”; M. Bosco, A. Sechi,
R. Gianni, M. Fabbian, F. Picotti, L. Stucchi, E. Marsich, P. Sacco and S. Paoletti; 3rd EPNOE International
Polysaccharides Conference, 21-24 Ottobre 2013, Nizza (Francia)
2- “Novel biomaterials in Tissue Engineering”; P. Sacco, E. Marsich, I. Donati, M. Borgogna, A. Travan and
S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 Ottobre 2013, Grado (GO), Italia
3- “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical
treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L.,
Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.;
EuroNanoforum 2013, 18-20 Giugno, Dublino, Irlanda
4- “Chemical coupling of butyric acid an hyaluronan: an innovative epigenetic agent”; M. Bosco, A. Sechi,
R. Gianni, M. Fabbian, L. Stucchi, E. Marsich, P. Sacco and S. Paoletti; HA 2013 Conference, 2-7 Giugno
2013, Oklahoma City (Oklahoma), USA
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
“DVS Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
151
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
1- Ottobre-Dicembre 2013, “Struttura e proprietà dei sistemi complessi”, Prof. Romano Lapasin, Corso di
laurea magistrale in ingegneria dei materiali/chimica, (50h lezioni frontali + 16h laboratorio)
2- Marzo-Maggio 2013, “Biomateriali ed ingegneria tissutale”, Dr. Gianluca Turco & Dr. Andrea Travan,
Corso di laurea magistrale in biotecnologie mediche, (32h lezioni frontali + 24h laboratorio)
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
1- “FVG PhD Symposium”, Grado (GO), 7-9 Ottobre 2013
2- “DSV Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013
3- “NanoMedicine School”, Trieste (TS), 10-11 Settembre 2013
4- "The BROAD Way of Drug Discovery", Trieste (TS), 9 Settembre 2013
5- “NanoGagliato Conference”, Gagliato (CZ), 25–30 Luglio 2013
6- “I programmi di screening: le nuove frontiere dell’innovazione con le nanotecnologie”, Trieste (TS), 23
Maggio 2013
7- “Biomolecules, biopolymers & biohydrogels”, Milano (MI), 21 Maggio 2013
8- “Interdisciplinary PhD Spring School”, Udine (UD), 7-8 Marzo 2013
9- “Annual meeting of the School of Nanotechnology”, Trieste (TS), 9-11 Gennaio 2013
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
Attività didattica attiva in “Piccola accademia di Gagliato delle Nanoscienze”, Gagliato (CZ), 25–30 Luglio
2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
152
CANDIDATO NOME COGNOME : FRANCESCA SCOGNAMIGLIO
Titolo della tesi: “Biomateriali adesivi nano-ingegnerizzati per applicazioni biomediche”
Supervisore: Prof. Sergio PAOLETTI
Tutori (eventuali): Dr. Andrea TRAVAN, Dr. Ivan DONATI
Attività di ricerca
L’attività di ricerca relativa al mio progetto di dottorato rientra all’interno del progetto europeo
“AnastomoSEAL”, il quale mira allo sviluppo di un materiale biopolimerico, prodotto sottoforma di
membrana adesiva (patch), per la prevenzione della deiscenza anastomotica, successivamente alle operazioni
di resezione chirurgica nel cancro colo-rettale. Le principali attività di ricerca svolte durante il primo anno di
dottorato sono state incentrate sulla caratterizzazione meccanica, chimica e biologica del biomateriale.
Impiegando un processo di liofilizzazione sono state prodotte patch con diverse formulazioni; l’analisi delle
proprietà meccaniche delle patch ottenute è stata effettuata mediante test a trazione uniassiale, ispirati alla
normativa ASTM.
Per la sterilizzazione della patch sono state impiegate differenti tecniche di sterilizzazione terminale (CO2
supercritica, raggi gamma, H2O2 gas plasma) e l’analisi delle proprietà meccaniche effettuate sulle patch
sterilizzate ha permesso di evidenziare l’impatto di ogni metodo sulla stabilità del biomateriale. Gli studi di
degradazione della patch hanno evidenziato che il processo di dissoluzione si verifica entro 13 giorni, in
HBSS (Hank’s Balanced Salt Solution) e che la composizione del biomateriale ne influenza la stabilità. Per
valutare l’effetto biologico della patch, sono stati effettuati dei test in vitro su colture cellulari di fibroblasti
(test di citotossicità e saggi del wound healing). Questi test dimostrano che la patch non induce risposte
citotossiche e che stimola il processo di chiusura della ferita. Nella seconda parte dell’attività di ricerca, è
stata valutata le capacità della patch di aderire al tessuto intestinale. Gli studi di adesività sono stati effettuati
su espianti ex vivo, prendendo come riferimento la normativa ASTM. Le proprietà adesive della patch
possono essere incrementate attraverso il trattamento con perossido di idrogeno. Il perossido di idrogeno
induce la formazione di gruppi reattivi (gruppi aldeidici) sullo strato esterno della patch; tali gruppi possono
stabilire legami covalenti con altri gruppi chimici esposti sulla superficie del tessuto, inducendo un aumento
dell’adesività.
Obiettivi per l’anno successivo
Gli obiettivi per l’anno successivo sono i seguenti:
-
Ottimizzazione dei parametri impiegati per la sterilizzazione del materiale e analisi dell’effetto delle
procedure di sterilizzazione (es. CO2 supercritica) sulla patch;
-
Messa appunto dei test in vitro per valutare le proprietà meccaniche e chimico-fisiche della patch, al
fine di predire il comportamento della patch in vivo;
-
Selezione del sistema adesivo da impiegare per i test in vivo;
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
153
-
Test in vivo su modelli animali, impiegando la patch e il sistema adesivo selezionato;
-
Analisi istologiche ed immunoistochimiche su campioni tissutali, al fine di valutare la risposta
biologica e la presenza di reazioni avverse indotte dall’impiego della patch e del sistema adesivo
selezionato.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
“Adhesive and Sealant Interfaces for General Surgery Applications: a state-of-the art Review and Future
Challanges”; Scognamiglio F., Travan A., Rustighi I., Tarchi P., Palmisano S., Donati I., Borgogna M.,
Marsich E., Paoletti S. (in preparazione)
“Novel adhesive systems for biomedical applications” Scognamiglio F., Travan A., Rustighi I., Donati I.,
Borgogna M., Marsich E., Paoletti S. (in preparazione)
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
1- “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical
treatment: the AnastomoSEAL project”. Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L.,
Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N., Paoletti S.; Euronanoforum,
18/06 – 20/06/13, Dublino (Irlanda).
2- “Novel adhesive strategies for biomedical applications”; Scognamiglio F, Travan A., Donati I.,
Campagnol D., Borgogna M., Marsich E. and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 October 2013, Grado (GO),
Italia.
Capitoli/sezioni di libri/volumi
Altre pubblicazioni
Partecipazione a congressi (come relatore)
“DVS Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
-
Ottobre 2013 - Gennaio 2014 “Biomateriali ed ingegneria tissutale” (48h di lezione), Dr. Gianluca
Turco e Dr. Andrea, Corso di Laurea Magistrale in Genomica Funzionale.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
154
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
1 - “Consortium Meeting for the EU project Anastomoseal” Maastricht (NE) 3-5 Novembre 2013
2- “FVG PhD Symposium”, Grado (GO), 7-9 Ottobre 2013
3- “DSV Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013
4- “NanoMedicine School”, Trieste (TS), 10-11 Settembre 2013
5- “Biomolecules, biopolymers & biohydrogels”, Milano (MI), 21 Maggio 2013
6- “Interdisciplinary PhD Spring School”, Udine (UD), 7-8 Marzo 2013
7- “Annual meeting of the School of Nanotechnology”, Trieste (TS), 9-11 Gennaio 2013
8- “Consortium Meeting for the EU project Anastomoseal” Maastricht (NL) 3-5 Novembre 2013
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
- Tutor in attività didattiche rivolte a studenti di scuole medie inferiori e superiori; Life Learning Center
(LLC) – UNITS – Settembre 2012 – Novembre 2013;
- Correlatrice di tesi magistrale; titolo della tesi “Membrane bioattive a base polisaccaridica:
caratterizzazione chimico-fisica e biologica”, Davide Campagnol, studente del Corso di Laurea Magistrale in
Biotecnologie Mediche (curriculum Nanobiotecnologie), AA 2012/2013.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
155
CANDIDATO CRISTIAN SVETINA
Titolo della tesi: Photon beam studies and characterization for EUV/Soft X-ray coherent imaging of nanostructures using coherent FEL radiation
Supervisore: Dr. Marco Zangrando
Tutori (eventuali):
Attività di ricerca
FERMI è l'unico laser ad elettroni liberi (Free Electron Laser, FEL) che può generare in modo continuo
radiazione nell'intervallo 4-100 nm di lunghezza d'onda. La luce emessa è totalmente coerente, vicina al
limite di Fourier e con polarizzazione variabile (lineare, circolare, ellittica). Date le sue uniche proprietà,
FERMI è il candidato ideale per effettuare esperimenti di diffrazione di nano strutture, dicroismo dei
materiali, assorbimento ed emissione di atomi, molecole e cluster in fase gassosa e di transizioni di fase.
Delle tre linee di luce (beamlines) attualmente installate due utilizzano un sistema di focalizzazione
composto da due specchi attivi piano-ellittici nella configurazione Kirkpatrick-Baez (KB), la cui forma viene
controllata per mezzo di attuatori meccanici. L'ottimizzazione del sistema KB e la diagnostica del fascio di
luce focalizzato è fondamentale per fornire agli utenti uno strumento (FEL) in grado di soddisfare le richieste
sperimentali. Durante il primo anno ho eseguito la metrologia dei KB in termini di misura della rugosità
(AFM, ed interferometro) e forma degli specchi (LTP). Ho inoltre determinato la matrice di risposta
all'azione degli attuatori calcolando le funzioni caratteristiche del sistema ottico. Successivamente ho
simulato le prestazioni degli specchi utilizzando il ray-tracing e l'ottica fisica prevedendo gli spot attesi nelle
camere sperimentali per le varie lunghezze d'onda emesse dal FEL e le fluenze attese. Dopo l'installazione
degli specchi il fascio di luce è stato trasportato nelle camere sperimentali dove si è svolta l'attività di
ottimizzazione della forma dei KB. E' stata portata a termine una campagna preliminare di misure in cui si
sono utilizzate varie tecniche per ridurre la dimensione dello spot e le aberrazioni. Tra queste si sono rivelate
utili soprattutto l'osservazione diretta della luce per mezzo di schermi (fosforo o YAG), l'ablazione del silicio
e del PMMA e la misura diretta del fronte d'onda extra-fuoco per mezzo di un sensore Hartmann (wavefront
sensor). Al momento la dimensione dello spot focalizzato è attorno a 10 µm larghezza a metà altezza
(FWHM) mentre il limite di diffrazione del sistema ottico è di 5 µm FWHM.
Obbiettivi per l’anno successivo
Nel secondo anno cercheremo di ottimizzare i KB, in termini di supporto meccanico, attuatori e forma degli
specchi, in modo da avvicinarci ulteriormente al limite di diffrazione. Prevediamo inoltre di continuare ad
utilizzare le tecniche di diagnostica del fascio focalizzato estendendole alla metrologia in-situ degli specchi
avvalendoci della luce emessa dal FEL.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
[1]
L. Raimondi, C. Svetina, N. Mahne, D. Cocco, A. Abrami, M. De Marco, C. Fava, S.
Gerusina, R. Gobessi, F. Capotondi, E. Pedersoli, M. Kiskinova, P. Zeitoun, G. Dovillaire, G.
Lambert, W.Boutu, H. Merdji, A. I. Gonzalez, D.Gauthier, M. Zangrando
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
156
“Microfocusing of the FERMI@Elettra FEL beam with a K-B active optics system: spot size
predictions by application of the WISE code”
Nucl. Instrum. and Meth A, 710,131-138 (2013)
[2]
F. Capotondi, E. Pedersoli, N. Mahne, R. H. Menk, G. Passos, L. Raimondi, C. Svetina, G.
Sandrin, M. Zangrando, M. Kiskinova, S. Bajt, M. Barthelmess, H. Fleckenstein, H. N.
Chapman, J. Schulz, J. Bach, R. Frömter, S. Schleitzer, L. Müller, C. Gutt, and G. Grübel,
“Coherent imaging using seeded free-electron laser pulses with variable polarization: First
results and research opportunities”
Rev. Sci. Instrum. 84 (5), 051301 (2013) - Invited Article
[3]
F. Bencivenga, L. Raimondi, C. Svetina and C. Masciovecchio
“Four wave mixing using coherent FEL radiation”,
SPIE Optics+Optoelectronics, Prague – Proceedings SPIE 8778 (2013)
[4]
B. Mahieu, E. Allaria, D. Castronovo, M.B. Danailov, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di
Mitri, W.M. Fawley, E. Ferrari, L. Froehlich, D. Gauthier, L. Giannessi, N. Mahne, G. Penco,
L. Raimondi, S. Spampinati, C. Spezzani, C. Svetina, M. Trovò and M. Zabgrando
“Two-colour generation in a chirped seeded free-electron laser: A close look”
Optics Express, V 21, Issue 19 (2013)
[5]
D. Spiga, L. Raimondi, C. Svetina, M. Zangrando
“X-ray beam-shaping via deformable mirrors: analytical computation of the required mirror
profile”
Nucl. Instrum. and Meth A 710, 125-130 (2013).
[6]
C. Svetina, N. Mahne, L. Raimondi, L. Rumiz, M. Zangrando, E. Allaria, F. Bencivenga,
C. Callegari, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Cinquegrana; P. Craievich, I. Cudin
M.DalForno, M. B. Danailov, G. D'Auria, R. De Monte, G. De Ninno, A. Demidovich, S. Di
Mitri, B. Diviacco, A. Fabris, R. Fabris, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich,
P.
Furlan Radivo, G. Gaio, L. Giannessi, M. Kiskinova, M. Lonza, B. Mahieu, C.
Masciovecchio, I. P. Nikolov, F. Parmigiani, E. Pedersoli, G. Penco, M. Predonzani, E.
Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M.
Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando
“Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR
FEL facility”
SPIE Optics+Photonics – Proceedings SPIE 8849 (2013) – Invited article
[7]
E. Allaria, D. Castronovo, P. Cinquegrana, P. Craievich, M. Dal Forno, M.B. Danailov, G.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
157
D’Auria, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, B. Diviacco, W. M. Fawley, M. Ferianis,
E. Ferrari, L. Froehlich, G. Gaio, D. Gauthier, L. Giannessi, R. Ivanov, B. Mahieu, N.
Mahne, I. Nikolov, F. Parmigiani, G. Penco, L. Raimondi, C. Scafuri, P. Sigalotti, S.
Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, C. Svetina, M. Trovò, M. Veronese, D. Zangrando
and M. Zangrando
“Two-stage seeded soft-X-ray free-electron laser”
Nature Photonics 7, 913-918 (2013)
[8]
E. Allaria, F. Bencivenga, R. Borges, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Charalambous, P.
Cinquegrana, M.B. Danailov, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, B. Diviacco, D.
Fausti, W. M. Fawley, E. Ferrari, L. Froehlich, D. Gauthier, L. Gessini, L. Giannessi, R.
Ivanov, M. Kiskinova, G. Kurdi, B. Mahieu, N. Mahne, I. Nikolov, C. Masciovecchio, E.
Pedersoli, G. Penco, L. Raimondi, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, C.
Svetina, M. Trovò and M. Zangrando
“Two-colour pump–probe experiments with a twin-pulse-seed extreme ultraviolet freeelectron laser”
Nature Communications 4, 2476 (2013)
[9]
F. Bencivenga, S. Baroni, C. Carbone, M. Chergui, M.B. Danailov, G. De Ninno,
M. Kiskinova, L. Raimondi, C. Svetina, C. Masciovecchio
“Nanoscale dynamics by short-wavelength four wave mixing experiments”
New Journal of Physics, 464235 (2013)
[10]
L. Raimondi, C. Svetina, N. Mahne, D. Cocco, F. Capotondi, E. Pedersoli, M. Kiskinova,
B. Keitel, G. Brenner, Elke C. Plönjes-Palm, T. Mey, K. Mann and M. Zangrando
“KB bendable system optimization at FERMI@Elettra FEL: impact of different spatial wavelengths
on spot size”
SPIE Optics+Photonics, Proceedings SPIE 8848 (2013)
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
[1]
C. Svetina, N. Mahne, L. Raimondi, L. Rumiz, M. Zangrando, E. Allaria, F. Bencivenga,
C. Callegari, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Cinquegrana; P. Craievich, I. Cudin
M.DalForno, M. B. Danailov, G. D'Auria, R. De Monte, G. De Ninno, A. Demidovich, S. Di
Mitri, B. Diviacco, A. Fabris, R. Fabris, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich,
P.
Furlan Radivo, G. Gaio, L. Giannessi, M. Kiskinova, M. Lonza, B. Mahieu, C.
Masciovecchio, I. P. Nikolov, F. Parmigiani, E. Pedersoli, G. Penco, M. Predonzani, E.
Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M.
Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
158
“Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR
FEL facility”
SPIE Optics+Photonics, Proceedings SPIE 8849 (2013) – INVITED PAPER
Capitoli/sezioni di libri/volumi
no
Altre pubblicazioni
no
Partecipazione a congressi (come relatore)
SPIE: the International society for optics and photonics, Optics+Photonics, San Deigo (2013) –
“Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR
FEL
facility” - INVITED TALK
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
31 luglio- 23 agosto 2013, Lawrence Berkeley National Laboratory LBNL, Berkeley California USA
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
–
Seminari ad Elettra e LBNL
–
Studio libro “Gratings, mirrors and slits”, W. B. Peatman
–
Studio libro “Aberration theory”, V. N. Mahajan
–
Studio di svariati articoli referati
–
>100 ore di laboratorio metrologia
–
>200 ore sulle beamlines
–
Referaggio per la rivista Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
–
Physics with new advanced coherent radiation sources 7-10.10.2013, Hamburg, Germany (Fall
School) Poster: “The photon analysis delivery and reduction system at FERMI@Elettra”
–
SPIE Optics and Photonics, 25-29.08.2013, San Diego, California
–
MEADOW workshop, 28-30.10.2013, Trieste, Italy
–
Frequentata la School of Nanotechnology, gennaio 2013
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
–
Effettuate varie visite guidate alla facility FERMI
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
159
VELARI SIMONE
Titolo della tesi: “Modellizzazione delle proprietà a livello atomico di semplici biomolecole all’interfaccia
con superfici: dal ruolo del solvente a piccoli peptidi con struttura secondaria.”
Supervisore: prof. Alessandro De Vita
Tutori (eventuali): /
Attività di ricerca
La deposizione di biomolecole su superfici viene comunemente portata a termine con una serie di tecniche
che comprendono una soluzione della sostanza desiderata. La prima parte del mio progetto di Dottorato parte
dalla considerazione che, in queste condizioni, le interazioni del solvente stesso con la superficie devono
essere comprese ed approfondite. Recenti studi al microscopio elettronico a scansione ad effetto tunnel
(STM), condotti nei laboratori del IOM-CNR TASC, hanno infatti evidenziato come, ad esempio, il
dimetilsolfossido (DMSO) formi una serie di strutture complesse e ben definite se adsorbito su Au (111). In
particolare, a basse temperature di deposizione è stato evidenziato un monostrato auto-assemblato, mentre a
temperature più alte sono stati identificati diversi complessi formati da almeno tre molecole ciascuno.
Osservando le immagini STM, le molecole di DMSO sembrano interagire curiosamente attraverso i loro
atomi di ossigeno. Ciò però è chiaramente non plausibile. Per spiegare questa apparente incongruenza e per
trovare dei modelli di adsorbimento corretti per il DMSO su Au (111) sono stati effettuati dei calcoli da
principi primi basati sulla Teoria del Funzionale di Densità (DFT). Innanzitutto sono stati ottimizzati dei
modelli per le principali strutture identificate e, per spiegarne la stabilità, è stata proposta la presenza di uno
o più adatomi di oro, invisibili all’STM grazie ad un comportamento cationico. Questi adatomi coordinano
tre o quattro molecole di DMSO interagendo con gli atomi di ossigeno, mentre di solito gli atomi di zolfo si
legano alla superficie. Per ogni modello sono state simulate delle immagini STM che risultano in completo
accordo con quelle sperimentali, confermando come l’adatomo, benché presente, non sia visibile nelle
immagini. Successivamente l’esistenza dell’adatomo di oro è stata inequivocabilmente dimostrata
confrontando la stabilità energetica delle strutture con o senza l’adatomo stesso. Infine il particolare
comportamento cationico dell’adatomo è stato confermato grazie al calcolo del trasferimento di carica del
sistema, che mostra chiaramente un impoverimento degli orbitali elettronici dell’adatomo di oro.
Obiettivi per l’anno successivo
•
Partendo dai risultati già ottenuti, verrà creato un modello per le strutture che non sono ancora state
correttamente interpretate. Inoltre verrà cercato e caratterizzato con tecniche DFT un modello
consistente per il monostrato ordinato di DMSO.
•
La successiva parte del progetto di Dottorato include la caratterizzazione all’interfaccia con una
superficie dell’interazione ammino-carbossilica, che è presente in una vasta classe di biomolecole. In
particolare, il riconoscimento reciproco tra semplici molecole funzionalizzate con gruppi amminici e
carbossilici verrà studiata con due differenti approcci. Il primo consiste nell’analizzare una struttura
auto-assemblata di molecole su oro che puntano una terminazione amminica in direzione ortogonale al
piano della superficie (es. 1-naftilmetilammina), a cui verranno successivamente legate verticalmente
delle molecole con un gruppo funzionale carbossilico. Il secondo approccio prevede invece lo studio
all’interfaccia con una superficie di oro dell’interazione ammino-carbossilica nel piano, usando semplici
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
160
molecole planari aventi sia il gruppo amminico, sia quello carbossilico (es. acido amminobenzoico). In
questo caso si pensa di usare l’interazione tra i gruppi funzionali come forza motrice dell’autoassemblaggio. Calcoli ab-inizio, basati sulla DFT, verranno eseguiti per supportare l’interpretazione dei
dati sperimentali ottenuti con il microscopio STM a bassa temperatura presso i laboratori del IOM-CNR
TASC e con la spettroscopia a raggi X presso il laboratorio a luce di sincrotrone di ELETTRA.
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)
•
21-28 Gennaio 2013 – PhD Course on “Intermolecular forces and potentials” – Prof. G.Scoles.
•
12 -24 Settembre 2013 – PhD Course on "Molecular Self-Assembling and Nanostructures" – L. Casalis,
A. Morgante, L. Pasquato.
•
40 ore di attività di laboratorio presso il laboratorio STM del IOM-CNR TASC sotto la supervisione del
Dr. C. Dri.
Attività concordate col supervisore:
•
Studio del calcolo parallelo finalizzato all’uso di super-computer ad architettura parallela.
•
Studio di codici di calcolo per strutture elettroniche e modellizzazione atomica, basati sulla teoria del
funzionale di densità (DFT) e sull’espansione in onde piane.
•
Studio di strumenti di elaborazione dati e di post-processing.
•
Studio avanzato del linguaggio di programmazioni Python a fini didattici e di ricerca.
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
•
9-11 Febbraio 2013 – “Annual Nanotech Conference” - UniTS
•
18-21 Febbraio 2013 - "ADGLASS Winter School on Advanced Molecular Dynamics
Simulations" - ICTP
•
7-9 Ottobre 2013 – “1st Friuli Venezia Giulia PhD Symposium” – Grado
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
•
2 seminari sul legame chimico e sulla meccanica statistica per il corso “Scienza dei Materiali” del prof.
De Vita.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
161
Graduate Student: MUHAMMAD SULAIMAN YOUSAFZAI
Title of the thesis: “Mechanotransduction Signalling in Tumoral and Metastatic Cells”.
Supervisor: DAN COJOC
Tutor: Prof. GIACINTO SCOLES
Research Activity
Mechanotransduction deals with application of small mechanical stress to cells and study how
these stimulations are converted into biochemical signals by the cells. A major challenge in
mechanotransduction is defining precisely how mechanical forces become biochemical signals;
experimental findings to date suggest that cells in stressed state use many pathways, although a
specific pathway may be dominant in a given circumstance. Understanding how
mechanotransduction works for cancer cells with different metastatic aggressiveness is our first
goal. The regime where cell answers the external mechanical forces is in the range of pN’s.
Therefore, we use Optical Tweezers setup to apply calibrated small forces (pN) with high
spatial and temporal resolution, image and resolve the pathways and effects activated by the
mechanical stress.
In first step, we installed a modular OT (975nm) setup with force spectroscopy module and laser
beam steering. Calibration of the trap stiffness using different methods (power spectrum density,
equipartition theorem, Stokes method) was achieved in the range of (0.01- 0.2pN/nm) for
varying strengths using different sizes (0.8, 1.5, 3, 4.5µm) of silica beads.
We also tried to implement periodically modulated double-well potential to observe barrier
crossing rates for dielectric beads. Trap Stiffness for chaotically modulated traps was also
implemented and its optimization is still progress.
Objectives for the following year (if applicable)
• Cell transfection and live cell fluorescence imaging.
• Focal adhesion point creation using trapped beads with different stiffness strengths.
• Oscillation of the bead between two potentials and in chaotic potential will be also tested.
• First live cell imaging of actin and vinculin accumulation under the mechanical stress at the
FA point and protocol definition to be applied for different cell lines.
Educational Activity
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
• Sir Michael Berry talk on “The Singularities of light: intensity, phase, polarization” July 8,
2013 at ICTP.
• Summer school “From 2D Biology to engineered 3D medical solutions” on August 24 th-31st,
2013, University of Nova Gorica, Vipava, Slovenia. Hands on Presentation on Optical
Tweezers and poster presentation.
• 3rd Joint PhD Summer School on Nanotechnology at SISSA on September 4-6, 2013.
• 1st FVG PhD Symposium at Grado on October 7-9, 2013; poster presentation
• “2nd Conference on Nanotechnology for Biological and Biomedical Applications (NanoBio-Med) at ICTP on October 14-18, 2013, Hands on Presentation on Optical Tweezers and
poster.
• Weekly seminars from Optical Manipulation OM-Lab.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
162
Trainings
•
•
Detailed lessons from Dr. Dan Cojoc about Geometrical and Fourier optics.
Theoretical review and experimental training on optical systems and particularly on
optical microscopy techniques: bright field, fluorescence, phase contrast, differential
interference contrast.
Books:
• “Optical Trapping and Manipulation of Neutral Particles Using Lasers: A Reprint Volume
With Commentaries” by Auther Ashkin.
• “Elements of photonics Volume 1: in free space and special media” by Keigo Iizuka.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
163
N.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
Ph.D. student
ABDOLLAHZADEH Iman
ANGELONI Valeria
BORIN Daniele
CAPOLLA Sara
CECCHINI Paolo
GANBOLD Tamiraa
DIOLOSA‘ Marina
ELISEI Elena
FORNASARO Stefano
COCEANO Giovanna
IONESCU Andrei Cristian
LOVAT Giacomo
MARSON Domenico
NKOUA NGAVOUKA Maryse Dadina
OTTAVIANI Giulia
PANIGHEL Mirco
PIANTANIDA Luca
AMODIO Alessia
SCOTTI Nicola
STOPAR Alex
VIRGILIO Francesca
SANTESE Francesca
TAVAGNACCO Letizia
RADIVO Andrea
DAL COL Valentina
CAMMISULI Francesca
CAPALDO Pietro
CORAL Lucia
D’AGOSTINO Ilenia
DE BIASI Matteo
TARUSHA Lorena
ZANNIER Valentina
VENTURELLI Leonardo
WANG Lianqin
VEGA Marienette
PITTIA Paola
DEL BEN Fabio
PALMA Giuseppina
CORVAGLIA Stefania
HUSSAIN Sajid
MINIUSSI Elisa
MITRI Elisa
CASSESE Damiano
VAIDYA Shital
ROMEO Michele
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
N.
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
Ph.D. student
ABDALLA MOHAMMED KHALID
Amna
OMICIUOLO Luca
PATERA Laerte Luigi
PELLIZZONI Elena
PORRELLI Davide
FRASSETTO Andrea
ROMERO Ocana Ismael
SACCO Pasquale
SCOGNAMIGLIO Francesca
SVETINA Cristian
VELARI Simone
YOUSAFZAI Muhammed Sulaiman
164
Applications of Nanotechnology
Micro, Nano
and Opto
electronics (A)
Advanced
Materials &
biomaterials (B)
1.1. Nanofabrication bottom
up
1.2. Nanofabrication top
down
1.3. Nanoparticles fabrication
and characterization
1.4. Self assembly
16,32,38,40,41,
43
6, 40,43
11,20,31,38,41,
46, 47,50,53,54
27
1.5. Development of MEMS
and NEMS
1.6. Development of new
nanofabrication
techniques / instruments
1.7. Templated
growth/deposition
2.1. Single molecules
detection
2.2. Living cells
characterization
3
Nano characterization
Nano fabrication
Methods and Techniques
3,16,40,41
7,17,31,35,41,4
7,49,50,51,53
17,18,20,28,41,
46
Pharmaceutics
drug
development
and drug
delivery (C)
14
Medicine & Life
Sciences (D)
Agro Food (E)
20,17,31,42,50,
53,54
Energy &
Environment (F)
16,24,32,38,
24,
14
4,9,31,35,49,50,
53
18,20,27,28,39
29,36
34,52
29
3,27,43
6,38
38,47,49
16,40
41
3
2,46
57
11,31,50,53,54
2.3. Characterization
techniques/ instruments
3,38,57
11,18,19,20,28,
31,35,38,55
2.4. Imaging & diagnostics
3,40,57
2,8,11,46,55
14
42
8
5,43,49
36
2,3,17,20,28
23
1,4,9,10,11,15,1
8,26,31,33,37,4
2,50,53,54,57
1,3,9,11,17,18,1
9,27,30,31,33,3
5,37,39,43
2,3,4,5,8,10,11,
15,17,18,20,21,
28,37,42,57
38
9,29
34,38
Nano
modelingtheory and
simulation
2.5. Toxicity
2.6. Investigations of
dynamical processes
2.7. Novel characterization
techniques
2.8. Nano characterization of
materials
2.9. Low-dimensional systems
2.10.
Electronic and
geometric structure of
solid surfaces
3.1. Multiscale molecular
modeling
3.2. Ab initio molecular
modeling
3.3. Development of new
theory / methods
11,31,50,53,54
9,42,
57
41,55
42,
11,15,26,31,50,
53,54
9,17,26,27,57
38,44,57
8,
18,20,26,37,39,
43,57
8,31,50,53,54
16,32,40,41,44
16,41
20,27,28,38,44,
55
8,31,35,41,46,5
0,53,54
27,41,44,47
4147,48
30
18,22
12,45,56
45,56
45
45
12,32,40,41
38
29,37
20
13,25
25
12,34
34
34
23,
12,56
27
Number refers to the Ph.D. students. In Red the main them (one per student).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
34
166
5.
Esame Finale 2013
Studenti ammessi all’esame finale, tutti del 25esimo ciclo, titolo della tesi e reviewers esterni.
Ph.D.
student
AMBROSINI
Stefano
Supervisor
Title
SSD
RUBINI Silvia
Growth and characterization
of nanostructures.
FIS/01
BIDOGGIA
Silvia
PASQUATO
Lucia
Mixed-monolayers protected
gold nanoparticles for
applications in medicine
CHIM/06
CHEN Yan
Xin
FORNASIERO
Paolo
Nanostructured Titanium
Dioxide Based Materials for
Electrocatalysis and
Phototelectrocatalysis
CHIM/03
GANAU
Mario
SCOLES
Giacinto
FIS/03
GIORGIS
Valentina
ROMANATO
Filippo
LUCAFO'
Marianna
SAVA Gianni
MARSICH
Lucia
SERGO Valter
Nanotechnology applications
in quantitative neuroscience:
proteomic analysis of
malignant gliomas
Design, fabrication and
characterization of
metamaterials inspired
plasmonic structures for
sensing application
Study of carbon
nanostructures as carriers
for drugs for cancer
chemotherapy.
Design and synthesis of
functionalized metal
nanoparticles for bioanalysis with SurfaceEnhanced Raman Scattering
(SERS)
PERONIO
Angelo
COMELLI
Giovanni
A closer look at
FIS/03
heterogeneous catalysis:
reaction intermediates at the
single-molecule level
SAMMITO
Davide
ROMANATO
Filippo
Integration of plasmonic
gratings into optoelectronic
devices.
FIS/03
BIO/14
ING-IND/22
FIS/03
Reviewers
Prof. Helge Weman,
Norwegian University of
Science and Technology,
Norway
Prof. Anna Fontcuberta I
Morral, EPFL
Prof. Gregory Durand,
Université d’Avignon
Prof. Fabrizio Mancin,
Univeristà di Padova
Prof. Giovanni Zangari,
University of Virginia,
USA
Prof. dr. Hansjörg
Grützmacher, ETH
Dr. Milan Skrap,
Università di Udine
Prof. Francesco Stellacci,
EPFL
Prof. Filiberto Bilotti,
Università Roma Tre
Dr. Jakub Dostalek,
Austrian Instituteof
Technology
Christian Gaiddon, CNRS INSERM
Prof. Paul J. Dyson, EPFL
Prof. dr.Peter
Hildebrandt, MaxVolmer-Laboratorium für
Biophysikalische Chemie,
Berlin, Germany
Prof. Freek Ariese
University Amsterdam,
The Netherlands
Prof. Gian Paolo Brivio,
Università di MilanoBicocca
Prof. Saw Wai Hla
Argonne National
Laboratory, USA
Dr. Theodoros
Dimopoulos, Austrian
Institute of Technology
ZANUSSO
Chiara
TOFFOLI
Giuseppe
Nanotechnologies and
oncology: pharmacogenetics
and pharmacogenomics to
optimize the antitumor
therapies
BIO/14
Dr. Emiliano Descrovi,
Politecnico di Torino
Prof. Enrico Mini,
Università di Firenze
Prof. Emilio Clementi,
Ospedale Luigi Sacco,
Milano
I giudizi dei reviewers esterni sono riportati come Allegato a questa Relazione.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
168
6.
Giudizi della commissione d’esame finale aprile 2013
La commissione composta dai Professori Alessandro Baraldi, Università di Trieste (membro interno), Matjaz
Valant, Università di Nova Gorica (Slovenia) e Marie-Louise Saboungi, CNRS Centre de Recherche sur la
Matière Divisée, Olreans (Francia), hanno sentito i candidati e stilato i seguenti giudizi:
Ambrosini Stefano
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studiare la crescita di nanofili e
nanostrutture.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito al candidato il titolo di
Dottore di Ricerca e, avendo verificato la sussistenza dei requisiti previsti, anche la certificazione aggiuntiva
Doctor Europaeus
Bidoggia Silvia
La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di sviluppare materieli basati su
monostrati autoassemblati nano particelle di oro.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Chen Yan Xin
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di sviluppare materieli
nanostrutturati basati su ossido di titanio per elettrocatalisi e foto elettrocatalisi.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Ganau Mario
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di sviluppare applicazioni per le
neurosceinze quantitative nel campo delle analisi di glicomi maligni.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
169
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Giorgis Valentina
La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di progettare, fabbicare e
caraterizzare strutture di metamateraili plasmonici per appicazioni a sensori.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Lucafò Marianna
La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studiare nanostrutture come
vettori di farmaci per la chemio terapia.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Marsich Lucia
La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di progettare e sviluppare
nanoparticelle di metallo funzionalizzato per bio analisi attraverso SERS.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito al candidato il titolo di
Dottore di Ricerca e, avendo verificato la sussistenza dei requisiti previsti, anche la certificazione aggiuntiva
Doctor Europaeus
Peronio Angelo
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studiare intermedi di reazione in
catalisi eterogenea a livello molecaolre.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Sammito Davide
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
170
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo sviluppare materiali basati
sull’effetto plasmonico per dispositivi opto elettronici.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Zanusso Chiara
La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studaire farmacocinetica e
farmaco genomica per l’ottimizzazione di terapie antitumorali.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con
molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente
alle domande della Commissione.
Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di
Ricerca.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
171
7.
Progetti dottorandi 29esimo ciclo
Sono inclusi in questa parte del documento i progetti di ricerca e di didattica dei seguenti dottorandi del
29esimo ciclo: ABHARI Farideh, ADEDEJI Abimbola Feyisara, AMBROSETTI Elena, BAYDA Samer, CEFARIN
Nicola, DALLA MARTA Silvia, DE MARTINO Eleonora, DOMÍNGUEZ Rivera Marcos, FENG Zhijing, GRAZIOLI
Cesare, JABEEN Naila Jabeen, JUZGADO Fernandez Arturo, MATRUGLIO Alessia, PIANIGIANI Michele, PIPAN
Giulio, SIBILIA Mirta, TACHE Cristian Alexandru, VIALE Luca, ZANUT Alessandra.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
172
FARIDEH ABHARI
Email: [email protected]
Title of the thesis: Fabrication of microfluidic devices for single cell biology studies by two
photonphotopolymerization
Laboratory:CNR - IOM Istituto Officina dei Materiali
Supervisor: Dr. Massimo Tormen
Tutors (if any): Prof. Dan Cojoc
RESEARCH ACTIVITY FORESEEN
State of the art and motivation
• Two-photon absorption polymerization: Principles and applications
Photopolymerization is one of the most important types of photochemical reactions that have been
used in microfabrication. This is because some resins, based on polymer, oligomer, or monomers
undergo significant cross-linking upon UV irradiation, which can be exploited by selective
dissolution of the unexposed material in suitable solvents, resulting in well controlled microstructures after development(Maruo et al., 1997).
Typically, the process is used in photolithography to produce two-dimensional micro-structures.
However, a nanofabrication principle has emerged in recent years based on two-photon absorption.
This allows the fabrication of 3D nanostructures(Serbin et al., 2004). The most synthetic way to
explain the reason of this fact is to say that two-photon photopolymerization rate is quadratic in the
light intensity. Therefore, by using focused light from fs-lasers, the interaction volume of the light
with the resin isa sub-micron scale ellipsoidal voxel centered in the focal spot. This essentially
prevents cross-linking of the resin at a different depth in a bulk resin, which allows to form threedimensional structures by scanning the focused laser in 3D. This technology has been used for
different types of devices, from optical components, to microfluidic devices as well as
microelectromechanical systems (MEMS)(Zhong et al., 2006).
• Recent advances in microfluidic techniques for single cell biophysical characterization
The cell, the basic functional unit of living organisms, maintains and senses the physiological
environment within the organism both chemically and physically. The unique biochemical and
biophysical properties enable a cell to fulfill its specific functions and adapt to its surrounding
environment. Physiological changes within the cells are accompanied by chemical and physical
modifications and reorganization.(Chen and Choo, 2008) Biochemical properties of pathological
cells have been under intensive study and many biochemical markers have been developed to
identify target cells out of a heterogeneous population. The biophysical properties of cells also play
important roles in various biological processes and are involved in the regulation of gene
expression, differentiation, migration, and metabolic activities. Compared to conventional
techniques, the advantages of small sample volume, integration capability, biocompatibility and fast
response make microfluidic technologies attractive for studying cells. Recent decades have
witnessed significant advances of microfluidic technologies for biochemical characterization of
cells. Microfluidics is extending its way into the characterization of single-cell biophysical
properties(Walker et al., 2004).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
173
Fs laser direct writing can easily create complex 3D microfluidic structures with unrestricted
configurations and without the use of bonding procedures. Furthermore, this technique provides
great opportunities for monolithic integration of other functionalities, such as optical and photonic
functions, into microfluidic structures. In the pursuit of modern microfluidic chips with
multifunction integration, micronanofabrication techniques play an increasingly important role. It is
still challenging to achieve complex microfluidic chips with multifunction
integration. Therefore, novel micronanofabrication approaches that could be used to achieve this
end are highly desired. As a powerful 3D processing tool, femtosecond laser fabrication shows great
potential to endow general microfluidic chips with multifunctional units(Griffith and Swartz, 2006).
Objectives for the three years
The aim of the activity is to implement a technique for the fabrication of three-dimensional
microstructures. The target is to employ 3D microstructuring capabilities for the formation of i)
scaffolds for biological tissues and cells,
ii) microfluidic systems with 3D networks,
iii) freely movable micro-objects more complex than just beads, that will eventually be manipulated
by optical tweezers and used as carriers or tethers of biological entities (lyposomes, cells).
Objectives for the first year
The first part of the project has a strongly focused on technology to develop the optical setup and to
write the software for controlling a piezo-driver. Two-photon photopolymerization will be
performed using a sapphire laser oscillator, with 100 femtoseconds pulsewidth, 80 MHz repetition
rate and central wavelength tuned to around 780 nm. High spatial resolution (voxels of sub-500 nm
lateral and vertical size) can be achieved in the near threhold region at low laser power ( < 60 mW
as measured in front of the laser source) and shorter exposure time (<30 ms). Minimizing the laser
power is important to achieve low aspect ratio voxels.
A XYZ piezo-driven stage used in order to scan a volume in a suitable polymer resin with a
focalized spot from the fs laser and microscope. The conditions for optimal lithographic
performance will be achieved by proper choice of writing speed, voxel size, power, sensitivity of
the resin, and other process parameters.
The development of the setup and the strategies for writing 3D microstructures and the optimization
of the lithographic performances of the equipment is the aim of the first half of the project.
Research project
After optimizing the lithographic technology, the project will address the fabrication of threedimensional structures with interest in the single-cell biology. In particular 3D lithography will be
used to form structures that may be used as scaffold for cells. Three-dimensional microstructuresin
polymeric materials may be functionalized in order to provide biocompatible surfaces for the
adhesion and growth of cells. The possibility to control the shape of structures, local radius of
curvatures will be used to fine-tune the properties of the surface in order to enhance the affinity of
cells and to favor the positioning of individual cells in specific sites.
A different possibility is to use the 3D lithographic technology to produce 3D microfluidic chip,
where different liquids could be brought independently. There is a strong interest in producing
chemical gradients to mimic natural stimuli which occur in biological processes such as cell
migration, differentiation, or development. Microporous structures are a common theme in
biomedical devices, microfluidics, geology and other fields of study. The extra-dimension will
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
174
allow crossing of liquid channels not possible in two-dimensional devices. Moreover, 3D scaffolds
could be “connected” to a highly branched structure of capillaries.
Finally, there is interest to realize special 3D micro-objects that may be released (for instance by
breaking a thin mechanical bridge with the substrate by ultrasonic agitation), that could be
manipulated by optical tweezers, and that could be used to perform some type of action on cells,
such as exerting a mechanical action on the cell or to bring in proximity of cells other elements
(vesicles as drug carriers). The use of two-photon photopolymerization will be investigated for the
realization of such class of objects.
Educational Activity foreseen
-
Begin by learning how to work within the LabVIEW environment and learn the core
components that can help me program in LabVIEW.
Study about optical manipulation and laser setup for two photon lithography.
Write simple program to move the stage and fabricate simple 2D structure.
Development of the setup and the strategies for writing 3D microstructures and the
optimization of the lithographic performances.
Attend to Nanotechnology courses from September.
Short Winter school on Nano and Biotechnology 27-28 January 2014
Bibliography
CHEN, L. & CHOO, J. 2008. Recent advances in surface‐enhanced Raman scattering detection technology
for microfluidic chips. Electrophoresis, 29, 1815-1828.
GRIFFITH, L. G. & SWARTZ, M. A. 2006. Capturing complex 3D tissue physiology in vitro. Nature
Reviews Molecular Cell Biology, 7, 211-224.
MARUO, S., NAKAMURA, O. & KAWATA, S. 1997. Three-dimensional microfabrication with twophoton-absorbed photopolymerization. Optics letters, 22, 132-134.
SERBIN, J., OVSIANIKOV, A. & CHICHKOV, B. 2004. Fabrication of woodpile structures by two-photon
polymerization and investigation of their optical properties. Optics Express, 12, 5221-5228.
WALKER, G. M., ZERINGUE, H. C. & BEEBE, D. J. 2004. Microenvironment design considerations for
cellular scale studies. Lab on a Chip, 4, 91-97.
ZHONG, L. S., HU, J. S., LIANG, H. P., CAO, A. M., SONG, W. G. & WAN, L. J. 2006. Self‐Assembled
3D flowerlike iron oxide nanostructures and their application in water treatment. Advanced
Materials, 18, 2426-2431.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
175
Name:
Adedeji, Abimbola Feyisara
Title:
Application of Atomic Force microscopy to Nanobiology
Supervisor:
Prof. Giacinto Scoles
Tutor:
Dr. Matteo Castronovo
RESEARCH ACTIVITY FORESEEN
Nanobiology is a discipline that bridges physics and biology [1]. It opens up an environment to
fully understand the fundamental physics that orchestrate the complex biological process and
interaction within macromolecules, cells and organisms [1]. At this junction, I find it valuable that
physics-inclined techniques unravel the underlying mechanisms that guide the biological processes
and further yield information to aid design of therapeutic agents (for treatment of disease like
cancer, heart disease, diabetics and so on ), and the development of diagnostics tools. I would like
to pursue this approach in my PhD studies.
Atomic force microscope is one of the nanotechnology tools that have reshaped research in biology
over the past one and a half decades [2]. Its application to biological systems ranges from imaging
[2-3], nano-manipulation of biomolecules on surface without distorting the native conformation and
bioactivity of the biomolecules [4], mechanical properties of cells [5], interaction between ligand
and receptors, monitoring of protein dynamics, force modulated mechanobiology [6] and so on. One
of the aforementioned applications of AFM; patterning of biomolecules on surfaces, is the focal
point of this project.
In the past years, arrays of biomolecule patterns (on the scale of 100nm) have been achieved
through microfabrication techniques such as photolithography [7], electron and ion beam
lithography [8], multicomponent organic thin film [9], microfluidic networks [10], and microcontact
printing [11]. But the main challenges associated with these techniques are accurate positioning of
biomolecules (within small pattern < 100nm), preservation of the native conformation and
configuration of the biomolecules on a surface, and bioactivity of the target through the multistep
microfabrication process [3].
AFM can be reversely utilized to modify a surface with feature in the nanometer range, thus using
the scanning probe as a lithographic tool. Among AFM-based nanolithography approaches is
nanografting. The latter involves the use of AFM tip under a relatively high force to cause a
displacement and an exchange of molecules, displacing the self-assembled monolayer from the
surface and replacing with the biomolecules of interest in solution [3-4].
Past works have shown that well ordered patterns of proteins are achievable via nanografting,
without functional perturbation of proteins within such patterns [3]. Atomic force microscope has
led to a number of tools to generate nanoscale protein patterns, characterize them, and monitor their
biological activities with other biomolecules or proteins, and produce quantitative result that are
useful to the research in the fields as diverse as pharmaceutics and biosensing [3]. This has been
developed in my supervisor’s group, and has been greatly applied in the last few years.
Nanografting, in particular, has been used to pattern alkanethiols on gold surface [4], to immobilize
short thiol-terminated DNA molecules [12], to build three dimensional surface-bound biological
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
176
assemblies [13], to study mechanical behavior of organic thin films [14], to detect DNA
hybridization within surface-bound nanostructures [15], and to pattern de novo S-824 proteins
confined within a surrounding self-assembled monolayer of alkane thiols [16]. The resulting
patterns have features like ordered and closed-packed nanopatterns, in which conformation and
function of biomolecules can be controlled. We believe using this technique to study the binding
affinity, kinetics mechanism and dissociation constant associated with peptides-proteins bond is a
step in the right direction.
Several methods have been employed over the last ten years to study protein-protein interaction,
this includes affinity based chromatography, co-immunoprecipitation for screening of proteinprotein interaction, florescence correlation spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopic
analysis ,surface plasmon resonance and other spectroscopic characterization techniques [18], most
of which are solution-based and thus challenged by the need of multiplexed analysis.
Few years ago, Laio and his co-workers computationally designed optimized artificial receptors,
short peptides that have the ability to bind strongly and selectively to their targeted organic
molecules such as a drug or metabolite, with high affinity [19]. This was achieved through an
algorithms based on combination of molecular dynamics, semi-flexible docking using autodock
vina and replica exchange Monte Carlo simulations, that allow simultaneous sequence sampling and
structure space [19]. Their results were confirmed experimentally through NMR spectroscopy [19]
and florescence emission assays [20].
The aforementioned techniques could not measure the dissociation constant associated with weakly
bound peptide-protein pairs and multiplexing is also a challenge. These are the challenges that this
project seeks to solve.
The peptide and protein model for this study are decapeptide and maltose binding protein
respectively. The choice of decapeptides or any other short binders is informed by their potential to
be a good alternative for antibodies in drug design [20].
Aims and Objectives
We seek to use the exceptional tool nanografting to study the binding event between decapeptides
and maltose binding proteins, quantify the dissociation constant associated with the decapeptidemaltose binding proteins through AFM friction measurements and study the influence of the analyte
(decapeptide and some other short peptides) concentration on the binding event and dissociation
constant.
The anticipated results will be useful in protein-based biosensors and design of short peptides for
highly selective and specific drug design.
The aims and objectives of this project are itemized as follows;
a)
Investigation of binding event between peptides and proteins, using AFM nanopatterning
tool called nanografting
b)
Quantifying the binding energy and dissociation constants associated with weakly bond
peptides-maltose binding proteins (MBP) binding event
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
177
c)
Multiplexing of sensing surface with different proteins and measuring binding affinities
associated with each of the nano-pattern proteins.
Fig.1 Schematics representation of steps involved in Nanografting (4)
Gantt chart: Work flow of the Research
References
[1]
www.eur.nl/bachelor/opleidingen/nanobiology/
[2]
Technology feature Nanotechnology: Could it be a small world after all, Nature, Vol 452,
2008
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Surfaces, Journal of American Chemical Society (JACS) , pg 640-646 , 2008
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Song Xu et al: Fabrication of Nanometer Scale Patterns within Self-Assembled Monolayers
by Nanografting , Langmuir, pg 7244-7251 , 1999
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Roger Kamm, Jan Lammerding, Mohammad Mofrad: Cellular Mechanics, Springer
handbook of nanotechnology, 2010
[6]
Denis Wirtz et al: The physics of cancer: the role of physical interactions and mechanical
forces in metastasis, Nature review, vol. 11, pp 512-522, 2011
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[9]
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[10] Patel, N.; Sanders, G. H. W.; Shakesheff, K. M.; Cannizzaro, S. M.; Davies, M. C.; Langer,
R.; Roberts, C. J.; Tendler, S. J. B.; Williams, P. M., Langmuir, vol 15, pg 7252-7257, 1999
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[12] Matteo Castronovo et al: Two-Dimensional Enzyme Diffusion in Laterally Confined DNA
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[14] Price, W. J.; Kuo, P, K.; Lee. T. R.; Colorado, R., Jr.; Ying, Z. C.; Liu, G.-Y. Langmuir vol
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Computational Peptide Screening, PLOS Computational Biology, 2013
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Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
178
[19] R. P. H. Enriquez, et al.: Designing Short Peptides with High Affinity for Organic
Molecules: A Combined Docking, Molecular Dynamics, And Monte Carlo Approach, Journal of
Chemical Theory and Computation, vol 8, pg1121−1128, 2012.
[20] Anna Russo et al., in view.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
179
CANDIDATE: ELENA AMBROSETTI
Email: [email protected]
Phone number: 3495098745
Title of the thesis: “Novel binders as new tool for the development of Nanoarray for cancer biomarkers
detection”
Laboratory: Nanoinnovation Lab – Elettra Sincrotrone Trieste S.C.p.A.
Supervisor: Dr. Loredana Casalis
Tutor: Dr. Marco Lazzarino
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Cancer is a leading cause of death worldwide: 14.1 million new cancer cases, 8.2 million cancer deaths and
32.6 million people living with cancer (within 5 years of diagnosis) in 2012 have been recorded; deaths from
cancer are projected to continue rising, with an estimated 13.1 million worldwide deaths in 2030 (Globalcan
2012).
While primary prevention aims to reduce the incidence of cancer by tackling its major determinants of
cancer, such as smoking, nutrition and physical activity, secondary prevention aims to reduce mortality by
early detection of cancer through population screening. Regular and systematic examinations can detect the
disease early, when it is more responsive to less aggressive treatments. Followed by appropriate treatment,
these examinations can significantly reduce cancer mortality and improve the quality of life of cancer
patients (Stegh, 2013).
Tumors are composed of highly proliferating, migratory, invasive, and therapy-evading cells. These
characteristics are conferred by an enormously complex landscape of genomic, epigenetic, and proteomic
aberrations. Recent efforts to comprehensively catalogue these reversible and irreversible modifications have
begun to identify the molecular mechanisms that contribute to cancer pathophysiology; these molecular
components serve as novel therapeutic targets, and may constitute biomarkers for early diagnosis and
prediction of therapy responses.
Therefore the detection and the quantitative analysis of these biomarkers is a promising strategy in diagnosis
and prognosis for malignant tumor and in the monitoring of the response to therapeutic treatment.
Endogenous proteins or metabolites, whose amounts or modifications are indicative of tumor state,
progression characteristics and response to therapies, are the standard tumor markers; they are present in
tumor tissues or body fluids and cover a wide variety of molecules, including transcription factors, cell
surface receptors, and secreted proteins. Although these protein biomarkers are still considered the most
suitable molecules for cancer screening and are routinely exploited in standard clinical practice, big efforts
are now directed towards the comprehension of the feasibility of new molecules as “new generation” cancer
biomarkers.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
180
This new category includes biomarkers that are released in the bloodstream from tumor tissue and which
play an important role not only in primary tumors but also in the metastasis occurrence (Mo et al, 2013;
Mathivanan et al, 2009; Pantel et al, 2013). The most relevant ones are:
•
Circulating tumor cells (CTCs): tumor cells that are capable to disseminate in the peripheral
bloodstream at an early stage of tumor progression
•
Circulating cell-free DNA (ctDNA): fragmented genomes released from dying tumor cells of the
primary tumor and/or metastasis and/or CTC
•
Circulating microRNAs: 19-23 nucleotides long non coding RNAs that have important gene
regulatory function
•
Exosomes: cell-derived vesicles present in many biological fluids that play a key role in cell
mechanism such as intercellular signaling and waste management
Nowadays there are many techniques used for the detection of these cancer biomarkers: proteins are
routinely analyzed using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), protein microarrays, or semiquantitative methods such as western-blot, and two-dimensional gel electrophoresis (2DGE) followed by
matrix-assisted laser desorption ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. Nucleic acid
biomarkers, such as ctDNA and miRNA, are usually analyzed with microarrays or RT-PCR, then for CTCs
the detection is performed with the Cell Search assay, a method based on selection for the epithelial surface
EpCAM marker.
These methods allow an identification and a quantification of the markers of interest but they suffer from
certain limitations that prohibit the exploitation of the full range of life science applications: in fact they
often require large sample volumes, work with labeled-molecules and are characterized by a multi-step and
quite laborious experimental procedure, which increases analysis cost and delays the time for obtaining
results. These problems limit these techniques from point-of-care medical diagnostic applications.
One strategy for overcoming these problems is to develop nanoarrays, that are the last evolutionary step in
the miniaturization of bioaffinity tests for proteins, nucleic acids, and receptor-ligand pairs; the development
of a multiplexing nano-immuno array for proteomic analysis in very small quantities of sample could be
potentially exploited for pathological screening of cancer biomarkers with high sensitivity.
References
-
Liu G-Y, Xu S, Nanometer-scale fabrication by simultaneous nanoshaving and molecular selfassembly, Langmuir, 13(2):127–129, 1997.
Mathivanan S, Simpson R, ExoCarta: A compendium of exosomal proteins and RNA,
Proteomics, 9:4997–5000, 2009.
Meyer C, Hahn U, Rentmeister A, Cell-Specific Aptamers as Emerging Therapeutics, Journal of
Nucleic Acids, vol. 2011, Article ID 904750, 18 pages, 2011.
Mo M, Chen L, Fu Y, Wang W, Fu S, Cell-free Circulating miRNA Biomarkers in Cancer,
Journal of Cancer, 3:432-448, 2013.
Objectives for the three years
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
181
The main goal of this proposal is to develop an highly sensitive nano-immuno array capable to perform a
parallel analysis of different cancer biomarkers in a small sample volume and with a label-free technique.
We will capitalize on Atomic Force Microscopy (AFM), a high-resolution scanning probe microscopy that
exploits the interactions between a tip and the sample surface to study its topography of sub-nanometric
scale.
The scheduled activities can be summarized in the following list:
•
Fabrication of DNA nanoarrays as a first step towards the immobilization of different binders
through a DNA-directed-immobilization (DDI) approach
•
Identification of Antibodies specific for a cancer biomarker of interest and characterization of them
in terms of binding capacity and affinity by means of different binding assays
•
Conjugation of Antibodies with oligonucleotide sequences in order to immobilize them on the
nanoarray throught DDI
•
Set-up of the nano-immuno assay with Antibody-oligonucleotide conjugates: evaluation of
qualitative and quantitative analysis of the specific antigen; optimization of the experimental
conditions (mainly binders density) in order to reach a high sensitive detection (picomolar range)
•
Identification of different molecules that can be used as new binders; in particular camelid
Nanobodies (VHH) and aptamers will be characterized
•
Testing the feasibility of these new binders on the nano-immuno assay
•
Testing the performance of a multiplexing analysis, exploiting the immobilization on the surface of
different molecules specific for different biomarkers
•
Detection of biomarkers in complex samples, first in Human Standardized Serum samples and then
in blood serum samples of tumor patients; evaluation of the differential biomarker expression in
primary versus metastatic tumors and treated versus not treated ones
•
Testing nanoarray in small sample volumes for the detection of “new generation” cancer biomarkes,
such as protein/miRNA content of CTCs and exosomes
•
Evaluation of possible implementations for integration of the AFM-based nanoarray with a Surface
Plasmon Resonance (SPR) readout, in order to have a full characterization of the binding events.
Objectives for the first year
In the first year of my project I plan to develop the set-up of the nano-immuno assay first studying and
characterizing the detection of a single cancer biomarker; in particular I will focus on Human Epidermal
Growth Factor Receptor 2 (Her2), relevant antigen found in some human cancers such as breast, lung and
gastric ones.
These are the objectives that I plan to reach:
•
Fabrication of DNA nanoarrays as a first step towards the immobilization of different binders
through a DNA-directed-immobilization (DDI) approach
•
Identification of Antibodies specific for a Her2 and characterization of them in terms of binding
affinity with different binding assays, such as ELISA and Surface Plasmon Resonance experiments
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
182
•
Conjugation of Antibodies with oligonucleotide sequences in order to perform DDI on the
nanoarray; evaluation of the impact of different functionalization degree on Antibody binding
capability
•
Set-up of the nano-immuno assay with Antibody-oligonucleotide conjugates: evaluation of
qualitative and quantitative analysis of the specific antigen; optimization of the experimental
conditions in order to reach a high sensitive detection (picomolar range)
•
Identification of different molecules that can be used as new binders; in particular camelid
Nanobodies (VHH) and aptamers will be characterized
•
Testing the feasibility of these new binders on the nano-immuno assay
•
Identification of other cancer biomarkers, which detection could be relevant for Her2 positive tumor
screening and testing the feasibility of a multiplexing analysis with the nanoarray
•
Implementation of new strategies for the immobilization of proteins in micrometer-sized areas:
immobilization of photocleavable molecules
Research project
Towards the goal of developing a multiplexing nano-immuno array with potential capability of pathological
screening of cancer biomarkers with high sensitivity in low sample volumes I will take advantage of Atomic
Force Microscopy (AFM). An Atomic Force Microscope is composed by a micro cantilever with a sharp tip
that is brought very close to the surface of the sample that has to be investigated. The deflection of the
cantilever is a function of the interaction between the tip and the surface and it is measured throught a laser
reflected from the cantilever to a detector. The interactions between the tip and the sample surface are
exploited to study its topography of sub-nanometric scale.
The fabrication of DNA nanoarrays is the first step towards the immobilization of antibodies specific to
certain proteins of interest, through an approach consisting in DNA-directed-immobilization (DDI) of DNAconjugated antibodies (Niemayer et al, 2002; Niemayer et al, 2010)
By means in particular of
Nanografting,
a
nanofabrication
method
based on AFM, I plan to
create
nanometer
scale
patterns on surfaces with
specified size and geometry
(Liu
et
al,
1997).
The
nanografting process combines the displacement of selected thiol molecules of a matrix adsorbed on a gold
surface by new thiol molecules, under high force scanning track of the AFM tip.
By Nanografting I will immobilize ssDNA sequences on flat gold surface and then exploit DDI for the
immobilization of specific DNA-antibody conjugates.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
183
Conjugation reaction will be performed with a “click chemistry”
method composed by three steps by which first of all both protein
and
DNA are functionalized with a chemical group, then these two
groups are linked obtaining the conjugate. The advantage to use
this
method is that it leads to high yield of reaction and that the final
product is extremely stable and quantifiable spectrophotometrically,
since the binding group (bis-arylhydrazone) adsorbs at a fixed λ.
Therefore different molecules able to bind selected cancer biomarkers will be conjugated to oligonucleotide
sequences in order to obtain DNA barcoded-binders; they will be immobilized on the gold surface by
hybridization with nanografted ssDNA sequences. Then the sample of interest will be incubated to test the
capability of the nanoarray to selectively recognize the biomarker of interest.
As a detection system, I will use the topographic height of the nanopatches, measured by AFM with respect
to the surrounding thiol carpet. The binding of the molecules at each steps of the experiment should
determine a change in the height, consistent with the dimension of the molecules.
To take full advantage of AFM lithography, I will study the feasibility of different binders and selected
constructs that could be exploited for the recognition of specific proteins of interest.
The most suitable molecules used to recognize protein biomarkers are antibodies, heavy (~150kDa)
glycoproteins belonging to the immunoglobulin family and produced by B-cells. Due to their capability to
bind specific peptide sites with a small hypervariable region, antibodies can identify intracellular and
extracellular proteins (Roux, 1999).
First I will develop the nanoarray set-up with this well characterized antigen-antibody system; once
optimized this set-up I will also explore the feasibility of different molecules that can be used as new binders;
the two most relevant ones are aptamers and VHH.
Aptamers are short single-stranded oligonucleotides (typically 12–80 nucleotides long) that have been
engineered through repeated rounds of in vitro selection (SELEX) to bind to various molecular targets. The
advantages coming from these binders are that they show highly specific affinity by molecular interaction
based on the three dimensional folding pattern and as result the dissociation constants (Kd) of aptamer-target
can reach the picomolar range. In addition, aptamers exhibit the many interesting features, which set them
apart from antibodies: they are selected entirely in vitro, their synthesis has been automated, and they can
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
184
easily be chemically modified. Furthermore, they can be stored without problems, because their stability is
almost infinite. For all these reasons aptamers are a new and promising alternative to antibodies in
diagnostics (Meyer et al, 2011).
Another molecule category that will be explored is that one of VHH-nanobodies, produced engineering the
heavy-chain antibodies found in camelids. They are single-domain antibodies of about 110 amino acids,
comprising one variable domain of a heavy-chain of a common IgG. These peptides have similar affinity to
antigens as whole antibodies, but are more heat-resistant and stable. Moreover in diagnostic biosensor
applications nanobodies may improve the detection since, due to their small size, they can be coupled more
densely on biosensor surfaces and they can potentially target less accessible epitopes; their conformational
stability also leads to higher resistance to surface regeneration conditions (Van DerLinden et al, 1999).
Other techniques, such as standard ELISA and Surface Plasmon Resonance assay, will be performed as tools
for the binders profiling and for the determination of their binding properties, in order to understand those
ones more suitable for my purpose.
A feasibility study of a possible implementation of an integration of
the
AFM-based nanoarray with a Surface Plasmon Resonance (SPR)
reading will be also carried out (Chen et al, 1996), in order to have a
full
characterization of the binding events. This integration will require a
modification of the nanoarray surface, since it needs a thin layer of
glass
on the other side with respect to the gold one. In this way the
monochromatic light used in SPR can be reflected and then collected. Figure 4 Schematic diagram of
AFM/SPR
combination
The high affinity binders will contribute to develop a nanoarray that allow
to move
from a traditional tissue
biopsy towards a so called “liquid biopsy” since they can be exploited not only for highly sensitive detection
of the traditional protein markers but also for the identification of “new generation” cancer biomarkers
released in the bloodstream (Pantel et al, 2013). In particular we would be able to characterize CTCs and
exosomes, as a very promising strategy to profile the “metastatic signature” of the primary tumor and to
move towards the comprehension of the genome and proteome cell-to-cell heterogeneity for the
understanding of tumor initiation, progression, metastasis and therapeutic responses.
References
-
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Biotechnology, 20(9):395-40, 2002.
Niemeyer C M, Semisynthetic DNA-protein conjugates for biosensing and nanofabrication,
Angew Chem Int Ed Engl, 49(7):1200-1216, 2010.
Pantel K, Alix-Panabières C, Real-time liquid biopsy in cancer patients: fact or fiction?, Cancer
Res, 73(21):6384-6388, 2013.
Roux K, Immunoglobulin structure and function as revealed by electron microscopy, Int Arch
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Stegh A H, Toward personalized cancer nanomedicine - past, present, and future, Integr Biol,
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Van Der Linden R, Frenken L, De Geus B, Harmsen M, Ruuls R, Stok W, De Ron L, Wilson S,
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Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
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1999.
Chen X, Davies M, Roberts C, Shakesheff K, Tendler S, Williams P, Dynamic Surface Events
Measured by Simultaneous Probe Microscopy and Surface Plasmon Detection, Analytical
Chemistry, 68:1451-1455, 1996.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
186
Samer BAYDA
1. Project Title: “Synthesis of fluorescent carbon nanoparticles (CNPs) and their
applications in drug delivery in CRC and NSCLC cancer models”
Supervisor: Giuseppe Toffoli
Tutor: Flavio Rizzolio
2. State of the Art
Personalized medicine is a major goal in cancer therapy, aiming to increase drug efficacy and
reduce toxicity. In this framework, a target therapy with monoclonal antibodies and small
molecules has been developed, with an example being the targeting of the Epidermal Growth
Factor Receptor (EGFR). EGFR is a tyrosine kinase receptor that stimulates cell proliferation
and survival and becomes deregulated in a wide range of solid tumors including colon and
lung. Its role as a target of antineoplastic agents has also been investigated and anti-EGFR
drugs are used in the clinical setting to treat cancers such as colorectal (CRC) and Non SmallCell Lung Cancer (NSCLC) [1], [2].
Cetuximab (ErbituxTM) is a human- murine chimeric monoclonal antibody (mAb) directed
against the extracellular domain of the EGFR with a known therapeutic value in CRC [3] when
administered in combination with cytotoxic chemotherapeutic agents. However, this
approach scarcely reduces undesired chemotherapy-associated side effects.
One strategy to overcome side effects and increase efficacy is delivering chemotherapeutic
drugs in close proximity to the tumor. Drug Delivery Systems (DDSs) already approved by the
FDA (Food and Drug Administration) are mainly built on liposomes (Doxil®) or albumin
(Abraxane®).
During recent years, several nanotechnology (nanoparticle, nanorod, nanotube) based DDSs
have been developed and tested. Among the developed systems, gold nanoparticles based
DDSs have been investigated extensively
[4].
The strong Au-S interactions make it very
convenient to conjugate various sulphur containing molecules and (or) thio-modified
biomolecules (protein, peptide, nucleic acids) to the surface of Au nanoparticles. However, the
major problem with AuNPs based DDSs is the toxicity since these particles are made-up of
heavy metal which could severely limits their applications in vivo and in clinics [5]. Moreover,
gold nanoparticles are known to quench the fluorescence of fluorophore due to the
radiationless energy transfer to the nanoparticles which makes it further difficult to track
them inside cellular environment.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
187
The development of new innovative nanoparticle based DDS which is both biocompatible and fluorescent could be a potential technological alternative. Recently developed,
a new class of carbon nanomaterials termed fluorescent carbon nanoparticles (CNPs) could
serve this purpose. CNPs possess non-blinking fluorescence emission, water solubility, high
cell permeability, excellent biocompatibility and multiphoton absorption
[6].
These CNPs are
made up of only carbon with inherent fluorescence properties so their toxicity should be
minimal and based on their synthesis, the particles may contain different functional groups on
their surface viz, -NH2, -COOH, -OH which imparts them excellent water solubility. Drug and
targeting agents could be easily tether to the carbon nanoparticles through covalent
conjugation through these functional groups.
3. Project Objectives
The main goal of this project is to experimentally realize the development of novel highly
biocompatible and fluorescent drug delivery system and their utilization for site-specific
carriers of various therapeutic agents with possible application also as imaging system. In the
long range, this approach will allow specific drug delivery with minimal side effect and
toxicity in cancer patients.
The specific aims of this proposal are:
(1) The synthesis and optimization of new CNPs targeting the EGFR that can be loaded with
more than one chemotherapeutic drug and further specific chemicals.
(2) The analysis of the cytotoxic effects of these novel DDSs using in vitro and in vivo
experimental models of CRC and NSCLC for the purpose of generating novel in vivo
therapeutic models for the development of next-generation personalized therapy.
The long-term goal of the project is the development of NPs for future phase 0/I studies in
cancer patients.
To achieve these two aims, the experiments will be designed to fully answer the previous
questions.
4. Project description
4.1 Activities
To achieve these two aims, the experiments will be designed as following:
1. CNPs possess distinct optical, and chemical properties and can be coated with molecular
groups carrying out specific functions. Because of this novel feature, we can: (i) prepare
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
188
DDSs with excitable optical properties compatible with living cells; (ii) fully expose all
necessary functional groups to the surrounding solution; (iii) easily modify with suitable
exogenous chemicals.
2. The molecular target will be the EGFR, one of the most important treatment targets in CRC
and NSCLC. As a proof of principle, I will select cytotoxic drugs that are currently used in
clinical trials, in particular irinotecan and oxaliplatin in CRC and docetaxel in NSCLC. This is
the first time that these systems will be prepared and tested as DDSs. I will test the DDSs on
CRC and NSCLC cancer cell lines and mouse models as proof of concept for individualized
therapy.
4.2 Methodologies
Synthesis and functionalization of CNPS
4.2.1 The synthesis of carbon nanoparticles will be carried out or from carbonization of
carbon source like carbohydrate, sucrose, fructose with wither nitric acid, sulphuric acid
or phosphoric acid at high temperatures (Scheme 1)[7]. Alternatively, shoot collected from
candle or cotton will be oxidised by nitric acid followed by washing and drying
[8] .
By
judiciously selecting the experimental conditions I will be able to produce CNPs with
fluorescence in the deep-red region suitable for in vivo applications.
HO
O
Additives
HNO3 , HCl or NaOH
O
n
HO
OH
Hydrothermal
Oxidation
Carbohydrate
(Glucose/sucrose/starch)
Emission: visible band
n=1
Emission: visible and NIR band
n>1
Carbon Nanoparticles (CNPs)
Scheme 1. Fabrication of CNPs capable of visible and NIR emission by acid/alkali
hydrothermal oxidation (carbohydrate represent glucose, sucrose and starch)
4.2.2. The synthesized particles will be characterised by UV-visible, fluorescence, FTIR, 1H
and 13CNMR, HPLC. The size shape and morphologies of the CNPs will be analysed by DLS,
AFM, FESEM and TEM.
4.2.3. For therapy, these particles will be covalently conjugated with anticancer drugs to
the surface of CNPs (Scheme 2). The synthesized particles will be treated with thionyl
chloride or 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide to activate prior to the
reaction with drug. The conjugation of drug with CNPs will be confirmed by NMR, FTIR
and DLS.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
189
Peptide with Drug
(MTX, Doxo..)
Scheme 2. CNP functionalized for drug delivery
4.2.4To target CNPs specifically to the tumor, it will be functionalized with specific
antibody (EGFR) by covalent conjugation of amino group of the antibody with the –COOH
of CNPs resulting into the formation of amide bond (Scheme 3). Inside the cells, these
functionalized CNPs will be imaged by fluorescence and confocal microscope.
O
COOH
C
N
H
H2N
CNP
Ab
CNP with Ab
Scheme 3. Antibody functionalized CNP
Biological activity
4.2.5. To check the CNP-DDSs efficacy in cancer therapy, we will test them in two CRC cell
lines (LIM1215 and SW403) and two NSCLC cetuximab sensitive cell lines (H292 and H322).
For a negative control, EGFR will be silenced in the same cells. The goal is to determine the
cell viability, immunogenicity and cellular uptake, Cell viability. The cytotoxic effect of MPCDDSs will be assessed by MTT and LDH assays, TUNEL or Annexin V (apoptosis) and
propidium iodide (necrosis) in FACS analysis. Pro-inflammatory effect. I will test CNPs effects
on human Monocytes, PMNs, Macrophages and Dendritic cells (DCs). We will evaluate
cytokines/chemokines gene expression and extracellular secretion and activation of CD80,
CD86 and ICAM-1 markers. Cellular uptake. Specific (cancer cells) and aspecific (macrophages
and monocytes) free- or endocytosis-mediated uptake of CNP-DDSs will be quantified by
using fluorescent CNPs with specific endocytotic markers and pathway drug inhibitors
(clathrin/caveolae or dynamin-2 pathways) using time-lapse confocal fluorescence
microscopy. The significance of the results will be evaluated by Student’s t-test or ANOVA as
appropriate.
4.2.6. In vivo analysis. 1, 5, 10, 50 mg/kg of CNP-DDs will be injected in 8 mice/dose. In the
tumor growth inhibition experiment, a group of 8 mice will be analyzed for each
experimental point. A total of 4 cell lines will be inoculated in the mice and treated as in the
in vitro experiment. For pharmacokinetics, biodistribution and clearance studies with 4
different time points (1, 6, 24 and 48 hours) will be analyzed.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
190
4.3 Expected results
We expect that this project will establish the superiority of multifunctionalized CNPs through
in vitro and in vivo studies in conjunction to established DDS strategies. CNPs should provide
virtually no general toxicity and long circulation times, properties that we will exploit with
more complex CNPs to seek out and destroy cancer cells.
I will demonstrate the efficacy of this approach using different DDSs on several CRC and
NSCLC cancer cell line models. If the experiments are successful and significant reduction in
size or elimination of tumors is observed, this will indicate that our CNPs can potentially be
translated to human cancer patients.
5. Working program
1. In the first 12 months, a synthetic protocol for the synthesis of fluorescent CNPs with
controlled size, shape and optical properties will be developed and the resulting CNPs will
be characterized by spectroscopic and microscopic techniques.
2. In the next 12 to 18 months, the synthesized fluorescent CNPs will be conjugated with the
anticancer drugs and targeting agent by employing covalent conjugation chemistry. The
conjugation of the drug with CNPs will be confirmed by 1H and 13CNMR and FTIR.
3. During the 18 -24 months of the project the testing of the produced DDSs will be carried
out in vitro on different cancer cell lines.
4. During the 24 -30 months of the project I will test DDSs in vivo on xenograft mouse models.
5. In the next 30-36 months all the data and results will be compiled and submitted to high
impact journals for publications.
An overview of the work plan is given in the chart 1
Months
Synthesis
6
of
Fluoroscent
CNPs
12
18
24
30
36
and
optimization of experimental contitions
Characterization of CNPs with
13CNMR,
FTIR,
UV-visible, Fluorescence, XPS, AFM and TEM
Functionalization of CNPs with suitable
drugs and targeting agent
Testing of functionalized CNPs in vitro
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
191
Testing of functionalized CNPs in vivo
Publications
References:
[1] P. J. Roberts et al., J Clin Oncol 2011, 28, 4769
[2] W. C. Dempke et al., Lung Cancer 2011, 67, 257
[3] B. Hildebrandt et al., Recent Results Cancer Res 2007, 176, 135
[4] E. C. Dreaden, A. M. Alkilany, X. Huang, C. J. Murphy, M. A. El-Sayed, Chem. Soc. Rev, 2012, 41, 2740–2779
[5] C. S. Yah, Biomedical Research 2013, 24, 400.
[6] (a)Y.-P. Sun , B. Zhou , Y. Lin , W. Wang , K. S. Fernando , P. Pathak , M. J. Meziani , B. A. Harruff , X. Wang ,
H. Wang , J. Am. Chem. Soc. 2006 , 128 , 7756 .(b) S. N. Baker, G. A. Baker, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49,
6726.
[7] S. K. Bhunia, A. Saha, A. R. Maity, S. C. Ray, N. R. Jana, Sci. Rep. 2013. DOI: 10.1038/srep01473.
[8] H. Liu, T. Ye, C. Mao, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6473.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
192
NICOLA CEFARIN
Email: [email protected]
Title of the thesis: New protocols to process advanced materials for the renewable energy
Laboratory: CNR-IOM, Tasc Laboratory
Supervisor: Massimo Tormen
Tutors (if any):
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Conventional silicon solar cells in the last 40 years were enhanced in efficiency and their production cost
was reduced. Despite this positive trend, other photovoltaic technologies and devices are growing up with the
purpose to obtain lower-cost and higher-efficiency solar cells.1 As well as the organic photovoltaic devices
also the hybrid organic-inorganic Perovskites solar cells have attracted the researcher’s attention.
This material is composed by methylammonium halide (organic component) and lead (II) halide (inorganic
compound). At the molecular scale the perovskite is present as a single-phase composite, with the crystal
structure that is the same of calcium titanate, ABX3, where A indicates the organic component, B the metal
element and X the halide part. The organo metal halide perovskites usually exist as pure halide materials or
as mixed halide and this depends by the reagents used for the synthesis. The inorganic component forms an
extended framework bound by strong covalent or ionic (or both) interactions to provide high carrier mobility.
The organic component facilitates the self-assembly of these materials, enabling the composites to be
deposited by a relatively simple method.2
In particular, due to their properties, the Perovskites were used as light absorber material and the so based
solar cells reached in few years efficiencies near to the 14%. On the basis of the recent achievements, a
power conversion efficiency as high as 20% is expected based on optimized perovskite solid-state solar
cells.3
The final efficiency of the solar cells is highly related to the device fabrication and to the deposition of the
perovskite films as well as the choice of the other working electrode materials and their assembling.
The perovskite works as light harvesting layer so its film needs to reach an optimal thickness that permits
highly efficient generation of the electron-hole couples. Furthermore the optimal depth of perovskite film
prevents the recombination of electrons with the holes before their separation and collection to the opposite
electrodes.4 The depth of the film is only one of the many parameters which are important to optimize to
obtain high power conversion efficiency. The solar cells, in addition to the before mentioned perovskite layer
are composed by other layers or films that play different roles like for example the titanium oxide, which
works as holes blocking layer.5
The aim of this PhD project is to fabricate perovskite based solar cell devices, increasing the understanding
of the aspects of materials sciences and physics implied as a way to enhance their power conversion
efficiency. For the second part of the research it could be necessary to use nanostructured (nanopillars,
nanoporous layers, and so on) layers to obtain optimal working device architectures.
1.
Snaith, H. J. Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells. J. Phys.
Chem. Lett. 4, 2623–2630 (2013).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
193
2.
Dou, S. Y., Yan, L. T., Liu, Y. C., Du, G. & Zhou, P. Preparation and performance of organic–inorganic halide
perovskites. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 24, 4862–4867 (2013).
3.
Park, N. Organometal Perovskite Light Absorbers Toward a 20 % E ffi ciency Low-Cost Solid-State
Mesoscopic Solar Cell. (2013).
4.
Etgar, L. et al. Mesoscopic CH 3 NH 3 PbI 3 /TiO 2 Heterojunction Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134, 17396–
17399 (2012).
5.
Cho, S. et al. Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%. Nat.
Photonics 3, 297–303 (2009).
Objectives for the three years
At the end of this three years PhD project the main goal that would be reached is the fabrication of working
solar cells based on perovskite as harvest material. This purpose is surrounded by other secondary aims that
are useful to obtain a photovoltaic device with a high power conversion efficiency. Here are reported some
aspects of the research project that could be touched during the work:
•
Obtain micro- and nano-structured materials
•
Physical properties measurements of the perovskite material:
o
Charge carrier mobility
o
Absorption (IR-UV-Vis)
o
Electronic levels (XPS-UPS)
o
Crystal structures (XRD)
•
Micro- and nano-architectures of perovskite based photovoltaic cells
•
Characterization of solar cells devices:
•
o
Dark and sun simulation (J-V curves)
o
External quantum efficiency
o
Studies about degradation and stability of perovskite and other materials
Optimization of solar cells devices
Objectives for the first year
In the first year we will focus our attention on the perovskite materials. Since the final goal is to obtain a
perovskite based solar cell with hopefully good conversion efficiency this material will be studied to
understand its properties and its behaviors. The work may be summarized in the following list:
•
Perovskite’s properties learning
•
Study of other electrode material necessary for the solar cells devices
•
Perovskites’ synthesis
•
Film deposition techniques
o
Spin coating
o
Evaporation
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
194
o
Sputtering
•
Morphological control of the perovskite crystals
•
Photovoltaic cells fabrication
Research project
For the first part of the PhD project, perovskites and the working electrode materials properties will be
studied to understand their behavior and to program in a good way the assembling and fabrication processes.
The perovskites synthesis will be performed and the final compounds characterized with several techniques
(XRD, IR, UV-Vis). Then the solar cells assembling will start with deposition of the various working layers
(spin coating, spattering, evaporation) to obtain a functioning device. From this starting point the work will
be focused on the manufacturing of nanostructures (RIE patterning, ICP etching) for the optimization of final
efficiency. In the end, the initial and the optimized solar cells devices will be tested with a dark-sun
simulator that permits to evaluate the power conversion efficiency of the cells.
Educational Activity foreseen
•
Short Winter School on Nano-and Biotechnology, 27-28 January 2014;
•
Study of books and reviews on the imprinting and lithographic processes and solar cells devices.
•
Attend to Nanotechnology courses from September.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
195
CESARE GRAZIOLI
Email: [email protected]
Title of the thesis: Photoionization experiments in the study of energy transfer in nanostructured materials
and their precursors
Laboratory: Elettra – Sincrotrone Trieste
Supervisor: prof. Giovanna Fronzoni
Tutor: dr. Marcello Coreno
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
The scientific goal of the project proposed hereby is important in the context of research on non-bulk-like
properties of nanoclusters, which can provide the inspiration for the development of new nanostructured
materials. This project, although oriented to basic research, responds to a fundamental need in the science of
nanostructured materials: to create collections of reliable and detailed data about the properties of their
building blocks, i.e. the molecules and the clusters.
Nanotechnology can have a profound impact on our economy and outlines innovations in areas such as the
production of new materials, nanoelectronics, medicine and health, energy, biotechnology and information
technology. On the other hand the field of nanotechnology, in addition to the thrust for the synthesis of new
systems, also provides a boost for the development of new computational and experimental methods. There
are two main types of blocks on the nanometer scale which can be used for the manufacture of devices and
applications: (a) one dimensional systems such as nanotubes, nanofibers, and nanowires, or (b) isolated
systems such as nanoparticles, nanocrystals and nanoclusters The nanoclusters are an intermediate state of
matter between atoms or molecules and solids, ranging in size from sub-nanometer scale to tens of
nanometers and are of technological interest in many areas of applied science (e.g. materials science,
catalysis, optoelectronics).
The study of the optical properties, magnetic and electronic properties of molecules and clusters is of
particular interest for the understanding of the physico-chemical properties of macroscopic systems in
condensed phase, from the point of view both of the fundamental sciences that application. At SincrotroneTrieste there are several facilities devoted to the study of nanoscience; in particular, the synchrotron beamline GAPH (Gas phase Photoemission ) at Elettra [1] and the experimental station LDM (Low Matter
Density ) for experiments with FEL (Free Electron Laser) at FERMI [2] are dedicated to the study the
electronic structure of isolated molecules or clusters in the gas phase. In fact the energy and angular
distributions of valence photoelectrons obtained with VUV radiation are particularly sensitive to the
electronic structure of the outermost molecular orbitals, which are responsible of the chemical bonds and
thus form the basis of understanding of the physical and chemical properties of atoms, molecules and
clusters. The use of soft X-rays also allows the ionization of electronic core levels, which provide
informations on the chemical shifts related to the different positioning of the atoms relative to the surface of
the cluster.
On the other hand, the theoretical study of the topics dealt with state-of-the-art spectrocopy are guaranteed
by the collaboration with the group of Theoretical Chemistry, Department of Chemistry, University of
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
196
Trieste [3]. This allows to describe the excited electronic states of the species studied with the use of
theoretical methods able to meet the necessary requirements for accuracy [4, 5].
[1] http://www.elettra.trieste.it/elettra-beamlines/gasphase.html
[2] http://www.elettra.trieste.it/lightsources/fermi/fermi-beamlines/ldm/ldmhome-page.html
[3] http://www.dsch.univ.trieste.it/~stener/
[4] G. Fronzoni, M. Coreno, M. de Simone, P. Franceschi, C. Furlani, S. Furlan, K. C. Prince, M. Stener and
P. Decleva, Phys. Chem. Chem. Phys, 5, 2758 (2003).
[5] P. Decleva, G. Fronzoni, M. Stener, M. de Simone, M. Coreno, J. C. Green, N. Hazari and O. Plekan,
Phys. Rev. Lett. 95 (2005).
Objectives for the three years
The scientific objective of the PhD project is relevant in the context of research on the transformation of light
into electrical energy or chemical (photocatalysis). In this regard, we intend to study the electronic properties
of isolated species of increasing complexity, consisting of organic molecules of aromatic nature and their
complexes with metals; the increasing complexity will include also experiments on molecules deposited on
surfaces (metallic or semiconducting). The aim is to get up to systems adduct between clusters and organic
molecules, which represent a model for the interfaces at the base of nanostructured optoelectronic devices.
We will use spectroscopic techniques based on synchrotron and laser radiation,. We will also use a pumpprobe configuration, in order to access the time evolution of the elementary processes and we will expand
our study from the measurement of the average lifetime of the excited electronic states to a more thorough
investigation of the mechanisms of energy and charge transfer within molecules and molecular aggregates.
Objectives for the first year
The activities of the first year will concentrate on the characterization with techniques of photon emission
and electron emission spectroscopies. These techniques allow to distinguish in a precise way the electronic
states involved in the processes of energy and charge transfer that make the test species suitable for
applications in photonics and in photocatalysis.
Research project
This project will begin with the study of free molecules at the Gas-Phase beamline at Elettra. Gas Phase
beamline is equipped with an instrument for photoemission experiments on gases; in parallel the project will
proceed with the preparation of an experimental chamber equipped with a VG Scienta electron analyzer 200
of the Department of Physics and Astronomy, University in the context of a long-standing collaboration with
the above-mentioned University and the group operating at Gas Phase Beamline . This instrument will allow
to reduce by an order of magnitude the acquisition time of photoelectron spectra with improved resolution
and to observe details that are well beyond the current experimental capacity at Gas Phase Beamline. The
electron spectrometer wills allow high resolution studies of molecules in the gas phase, and the study of the
interaction of these molecules (or their clusters) with other gases.
After the preparation, we will start with the characterization and performance optimization measuring small
molecules (like CO and N2). At a later stage, we will consider the research of metal complexes and organic
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
197
molecules . As scientific case for the first experiments we chose to study the ionization of the shake-up in
polyatomic molecules. The photoionization spectrum of S2p shake-up of the SF6 molecule has recently been
measured during the experiments planned in January and February 2014. The most advantageous
configuration consists in excitating with photon energies close to the shake-up thresholds because the
spectral structures undergo significant changes due to the so-called "conjugate shake-up transitions”. Thanks
to the VG Scienta 200 analyzer, this study will be performed with high resolution and transmission.
As a next step, we will studiy the shake-up ionization of the hexafluorobenzene molecule C6F6 at the C 1s
and F 1s thresholds, and then extend the study also to of 1,3,5 trifluorobenzene (1,3,5 C6H3F3) and
fluorobenzene (C6H5F). The experimental results will be combined to DFT calculations. This research will
then be extended to similar molecules, such as pyrimidine, pyrrole, and the corresponding heteroaromatic
molecules .
To continue along the path of increasing complexity, we will start with a series of measurements on
macrocycle molecules which are of great interest in the field of molecular electronics and other technological
applications. In particular, we are interested in the study of PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) and
phthalocyanines and porphyrins of transition metals. The use VG Scienta 200 analyzer will allow a study of
the valence and of the core levels region. A comparison of phthalocyanine, porphyrin and corroles
batterioclorine will be very interesting . In preparation for this series of experiments, we intended to equip
the main chamber of VG Scienta 200 for the evaporation of solid samples at relatively high temperatures (up
to 500 Celsius) . The following figures show the design drawings of a furnace for the evaporation of samples
and a liquid nitrogen tank for the cooling of a trap, and the protection of the lenses of the VG Scienta 200
analyzer.
The results of gas-phase experiments on this class of substances will be then compared to experiments in the
form of films. We plan to carry out photoemission spectroscopy at the valence band and X-ray absorption
spectroscopy (XAS) at the C1s threshold: an experiment at beamline D1011 of Max-Lab in Sweden (19 to 26
April 2014) and in an experiment beamline at Elettra ALOISA (scheduled for the second half of 2014). The
results will allow a comparison between experimental data and theoretical calculations.
Educational Activity foreseen
I would like to propose hereby an educational activity that is more oriented on chemistry and that can
provide me with a more solid theoretical basis. Having an education on solid state physicist with some
experience on surface physics and also on atom and molecular physics, I think that such an activity will be
an opportunity to expand my capabilities.
For this reason I am attending to a course on “Quantum Chemistry” by Prof. Mauro Stener ; which is a 48
hours course with a few hours of exercises at the end .
Moreover, during 2014 I would like to attend two courses by the School of Nanotechnology: the course on
Microscopy and the course on “Molecular self-assembling and nanostructures”
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
198
SILVIA DALLA MARTA
Email: [email protected]
Title of the thesis: “Development of nanostructured substrates for quantification of anticancer drugs in
biofluids with Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS).”
Laboratory: Raman laboratory, building B, University of Trieste.
Supervisor: Prof. Valter Sergo
Tutors: Dr. Alois Bonifacio
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
The treatment of patients with cancer diseases, or rather the chemotherapy, involves the administration of
anticancer drugs. Therapeutic drug monitoring, for example the quantification of anticancer drugs in
biofluids, is a fundamental requisite for the success of the treatment. It is therefore necessary to monitor
constantly the blood/plasma/serum concentration of the drugs thus adapting the chemotherapic treatment to
the patient's metabolism, which is different for each subject. Current methods to monitor the drug
concentration in blood employ sophisticated techniques that are highly sensitive and specific, but with the
disadvantage of being expensive and time consuming.
With this regard, the development of nanotechnological devices and their clinical applications in medicine
has increasingly gained value, especially in the context of targeted and personalized, patient-specific
treatment. Among the new detection systems sought to detect the concentration of anticancer drugs in
biofluids, in particular serum and plasma, Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) has recently
gained growing attention and importance1. The power of SERS relies on the unique spectral signatures
characterizing different molecules in a complex mixture, as biofluids, coupled to the enhancement of the
Raman signal employing nanostructured substrates, which amplify by several orders of magnitude the
intensity of the Raman signal. This makes this technique highly sensitive to the presence of specific
molecules present in solution in low concentration2 . Furthermore this technique requires a simple blood
sampling from the patient and a Raman spectrophotometer, and, above all, is cheap and fast to use 3 .
This research project will be structured to achieve a patient-specific, fast, cheap and very sensitive Point Of
Care (POC) tool to monitor in real time plasmatic concentrations of antitumor drugs employing the SERS
technique, using different nanostructured materials (simple to make and with a high SERS efficiency). I
propose to achieve this goal using different kind of nanoparticles (NPs), for example gold or silver NPs, that
are easy to synthetize, relatively cheap end high sensitive as SERS substrate.
References:
1. S. Schlücher Ed., Surface Enhancement Raman Spectrscopy: Analytical, Biophysical and Life
Science Applications, Wiley-VCH, Singapore (2011).
2. R. Aroca, Surface-Enhaanced Vibrational Spectroscopy, Wiley, Cornwell (2006).
3. Sharma, R.R. Frontiera, A. Henry, E. Ringe, R.P. Van Duyne, SERS: Materials, applications, and
the future, MaterialsToday, Vol. 15, No. 1-2 (2012).
Objectives for the three years
The main objective to achieve in these three years of the PhD is to develop a solid SERS substrate capable,
first of all, of separating the anticancer drugs present in biofluids from the complex matrix, which constitutes
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
199
the biofluids. Such substrates should be able to generate a significant enhancing factor for the Raman signal,
thus giving an intense and specific SERS signal of the anticancer drugs. One of the main problems is that the
anticancer drugs are bound to proteins, present in blood or plasma, through hydrophobic interactions, and is
therefore necessary to separate the target molecules from the proteins to detect a SERS spectrum not hidden
from the protein signal. Furthermore it is necessary to find a SERS active substrate, as gold or silver
nanoparticles (NPs), which is able to give a SERS signal of the target molecules intense enough to be visible
and distinguishable also at very low concentrations (e.g. nM), as the anticancer drug are in biofluids. Another
problem arises from the high hydrophobicity of these anticancer drugs: this could be tackled studying the
chemical affinity with the SERS substrate, appositely functionalized. At last, it will be possible to design a
POC device (based on such solid SERS substrate) capable to give a SERS signal of anticancer drugs present
in human plasma or blood, quantifying them.
In these three years I propose to achieve the followeing objectives:
1. Select and understand what is the best support for a solid substrate (TLC, chromatography filter
paper, glass…).
2. Select the best method to deposit the SERS nanostructured substrates on the support (deep coating,
inkjet printing, in situ synthesis…).
3. Evaluate the enhancement factor of the Raman signal of the NPs used, and eventually change the
shape, the capping or the metal of these, using nanorods, nanostars, silver NPs or gold NPs.
4. Select the best excitation wavelength for each anticancer drug analyzed in this PhD project, that
generate the higher SERS signal.
5. Separate the anticancer drugs from the proteins, using for example TLC plates and an eluent capable
to denature the proteins.
6. Design the POC tool as a nanostructured material able to separate the drugs from the complex
mixture of biofluids and give a SERS signal of the specific target molecule.
7. Make a statistical analysis of anticancer drugs SERS spectra, recorded with these solid SERS
substrates.
Objectives for the first year
In the first year of PhD I propose to reach the following objectives:
1. To find which is the SERS substrate that provides the best enhancement factor, in particular the
shape and the kind of metal of the NPs.
2. To find what is the best excitation wavelength between three different lasers (785 nm, 633 nm and
514 nm), in particular which is the laser that provides the lowest fluorescence background, that hides
the Raman signals, the best signal to noise ratio and the lowest standard deviation.
3. To find the best method to deposit the SERS substrate on the solid support.
4. To find which is the best support for the nanotechnological device, capable to separate analytes from
a complex matrix, as a solution containing drugs and proteins.
Research project
The main activities necessary to achieve the object of this PhD project, will be the synthesis and the
attachment of the SERS substrates on the solid support, the separation of the anticancer drugs from the
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
200
proteins and all the biofluids constituents as well, the design of the device, the detection of the SERS spectra
of the drugs with and, at the end, the processing of the data obtained.
1. Bibliographic research: at the beginning of this research project I will do a bibliographic research
about Raman and SERS spectroscopy, SERS substrates (e. g. NPs), about the methods to attached
the SERS substrates on solid supports (e.g. inkjet printing or deep coating) and the chemical
properties of the substrates.
2. Synthesis of SERS substrates: I will synthetize different kind of NPs in a chemical laboratory
characterizing them with a UV-Vis Lambda 20 bio spectrophotometer.
3. NPs deposition on solid supports: I will deposit the NPs on different solid supports using, for
example, a deep coating method or in situ synthesis method, or the inkjet-printing method.
4. Inkjet printing: in particular I will use this method to deposit the SERS substrate on the solid
support. The inkjet printer (a low cost commercial piezo-based Fujifilm Dimatrix INC. printer
equipped with refillable ink cartridges) “print” the NPs directly on the support4-5; so I will optimize
the ink composition and the experimental conditions as well.
5. Drugs separation through the solid substrates: I will try to unbind the anticancer drugs from the
proteins (Albumin) through TLC plates or chromatographic paper, using different eluents to denature
and so separate them from the analyte. After that I will try to separate also the anticancer drug in
exam from the biofluids constituents.
6. SERS and Raman spectroscopy: the anticancer drugs on the solid SERS substrates will be analyzed
with a Raman Reinshaw in Via spectrophotometer equipped with a microscope Leica DMLM with a
10x and 50x objective. Excitation is obtained with a 785 nm diode laser, a 633 nm He-Ne laser and a
514 Ar laser. Data will be acquired using the software Wire 3.2 (Reinshaw).
7. POC tool development: once understood how to obtain an intense SERS signal and how to separate
anticancer drugs from a complex matrix, will be possible to project and design the point of care
device, which should give a SERS spectrum of the specific anticancer drug presents in biofluids in
very low concentration, allowing to quantify the analyte.
8. Data processing: spectra processing, plotting and statistical analysis will be performed using R6, in
particular the hyperSpec package7 .
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
201
Activities
Tasks
1. Bibliographic research
1.1 Raman and SERS
spectroscopy
Duration / critical path (months)
Year 2
Year 1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
Year 3
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
1.2 SERS substrates
1.3 Ink-jet printing method and
others
1.4 Chemical properties of
substrates
2. Synthesis of SERS substrates (NPs)
2.1 Au NPs with different capping or
shapes
2.2 Ag NPs with different cappings
3. Deposit of NPs on a solid support
3.1 Manual deposition
3.2 Deep coating
3.3 Inkjet printing
4. Inkjet printing
4.1 Tool learning
4.2. Experimental conditions
optimization
4.3 Different substrates deposition
5. Drugs separation through the solid
substrate
5.1 Separation on silica plates: TLC
5.2 Separation on chromatographic
paper
5.3 Separation of drugs from the
Albumin in a PBS solution
5.4 Separation of drugs from the
components in biofluids
6. Raman spectroscopy
6.1 Tool learning
6.2. Enhancement factor evaluation
6.3 Drugs Raman analysis
6.4 SERS drugs analysis
7. POC tool development
7.1 Affinity evaluation of chemical
components and substrate
7.2. Optimization of different
geometry of substrates
8. Data processing
8.1. R and hyperSpec tool learning
8.2. Spectra analysis
Figure 1. Grantt diagram.
References:
4. Wei W. Yu and Yan M. White, Chromatographic separation and detection of target analytes from
complex samples using inkjet printed SERS substrates, Analyst, 2013, 138, 3679-3686.
5. Wei W. Yu and Ian M. White, Inkjet Printed Surface Enhanced Raman Spectroscopy Array on
Cellulose Paper, Anal. Chem. 2010, 82, 9626–9630.
6. Core Team R (2013) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for
Statistical Computing, Vienna, Austria.
7. Beleites C, Sergo V hyperSpec: a package to handle hyperspectral data sets in R.
Educational Activity foreseen
For the first year of PhD I plan to follow the curses:
•
Molecular self-assembling and nanostructures (4 CFU), Morgante, Casalis, Pasquato, Scoles.
•
Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento (1
CFU), M. Fermeglia, V. Sergo.
•
R, R studio and hyperSpec package course (5 CFU), Bonifacio.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
202
ELEONORA DE MARTINO
Email: [email protected]; [email protected]
Phone number: 3334923232
Title of the thesis: INTRACELLULAR DNA DELIVERY USING POLYMERIC NANOPARTICLES FOR
LYSOSOMAL STORAGE DISORDERS GENE THERAPY
Laboratory: Laboratori integrati di immunopatologia, I.R.C.C.S. Burlo Garofolo
Supervisor: Serena Bonin
Tutor: Giovanni Maria Severini
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Over recent years, DNA delivery research has become increasingly popular due to its potential therapeutic
and medicinal applications. However, for gene delivery trails, adequate vehicles are necessary for efficient
delivery of target genes to target cells [1]. Viral vector systems have been commonly used to deliver genes as
they allow high transfection efficiency of the target cells without harming cell viability. However, in clinical
applications, the use of viral vectors as gene delivery vehicles has several limitations: these systems are
expensive to produce, frequently cause infection-related cell damage, and can also induce adverse immune
problems [2]. To overcome these limitations, alternative non-viral vector gene delivery systems have been
developed, and improving these systems and increasing transfection efficiency has received much attention
[3].
A number of DNA carrier systems (liposomes, cell penetrating peptides, cationic polymer conjugates,
polymeric nanoparticles) have been explored for intracellular DNA delivery. These are required to cross a
series of membrane barriers in order to reach the site of interest within the cells and during this process a
significant portion of the DNA molecules can be loosed. These barriers include the DNA cellular
internalization by endocytosis; intracellular trafficking and release of DNA into the cytoplasm; cytoplasmic
translocation to nucleus or any other cellular organelle, and the nuclear/organellar uptake. Recently, focus
has been placed on nanoparticles as potential non-viral vehicles for gene delivery, including PLGA-NPs [4].
PLGA-NPs are internalized into cells through a concentration and time-dependent endocytic process [5].
Cellular internalization of NPs also depends on their particle size and has been shown to affect the gene
transfection efficiency of plasmid DNA-loaded NPs.
Once the plasmid DNA is entered in the nuclear lumen, genomic integration is mandatory to obtain in
dividing cells (including stem cells) stable expression of the gene of interest progeny. Typically, stable
genomic integration can be accomplished with retroviral or lentiviral vectors. However, both c-retroviral and
lentiviral vectors exhibit preferential integration into expressed genes [6], which increase the risk of
insertional oncogenesis and tumor development. The ideal vector should combine the favorable attributes of
these integrating viral vectors (i.e., efficiency) while eliminate or, at the least, significantly reduce the
inadvertent side-effects such as insertional oncogenesis. Transposable elements (transposons) could
potentially offer such an alternative.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
203
During the last decade, a versatile transposon toolkit (Sleeping Beauty, SB) became available to be used as
delivery vectors in vertebrates [7]. The SB transposon system consists of two components: the transposon
and the enzymatic factor that catalyzes the transposition reaction, namely the transposase. The SB transposon
is a mobile genetic element that efficiently transposes between vectors and chromosomes via a “cut and
paste” mechanism. During transposition, the transposase recognizes transposon-specific inverted terminal
repeat sequences (ITRs) located on both ends of the transposon vector and efficiently moves the contents
from the original sites and efficiently integrates them into chromosomal sites.
NPs mediated Gene Therapy for Lysosomal Storage Disorders
Lysosomal storage disorders (LSDs) have often been considered an ideal model for gene therapy studies due
to the availability of a number of animal model and for the need of only partial enzyme correction to obtain a
normal phenotype. The major drawback is that the majority of LSD present neurological deficit and this limit
the application of most of the current therapy because of the presence of the BBB, which does not allow to
viral vectors the entrance in the brain parenchyma from the blood stream [8].
To overcome this problem, the use of engineered NPs able to cross the BBB is proposed in this project.
These are obtained by covalently conjugation of an opioid peptide (g7) [9] to PLGA as polymer. The
resulting g7-PLGA NPs are able to cross the BBB, making possible a gene therapy approach with nonviral
vector also for those LSDs with neurological involvement. The ability of this NPs to cross the BBB after
intravenous injection has been demonstrated both in rat and mouse, making this NPs a new and promising
biomolecule-delivery tool applicable to a number of neurological pathologies [9, 10].
REFERENCES
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of nucleic acids, Pharm Res 25, 983-998.
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[7] Izsvak, Z., Chuah, M. K., Vandendriessche, T., and Ivics, Z. (2009) Efficient stable gene transfer into
human cells by the Sleeping Beauty transposon vectors, Methods 49, 287-297.
[8] Sands, M. S., and Haskins, M. E. (2008) CNS-directed gene therapy for lysosomal storage diseases, Acta
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[9] Tosi, G., Costantino, L., Rivasi, F., Ruozi, B., Leo, E., Vergoni, A. V., Tacchi, R., Bertolini, A., Vandelli,
M. A., and Forni, F. (2007) Targeting the central nervous system: in vivo experiments with peptidederivatized nanoparticles loaded with Loperamide and Rhodamine-123, J Control Release 122, 1-9.
[10] Tosi, G., Bondioli, L., Ruozi, B., Badiali, L., Severini, G. M., Biffi, S., De Vita, A., Bortot, B., Dolcetta,
D., Forni, F., and Vandelli, M. A. (2011) NIR-labeled nanoparticles engineered for brain targeting: in vivo
optical imaging application and fluorescent microscopy evidences, J Neural Transm 118, 145-153.
Objectives for the three years
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
204
This project aims to assess the efficacy of a novel gene therapy approach in the mouse model of Globoid cell
leukodystrophy (GLD) or Krabbe Disease, a disorder due to the deficiency of the lysosomal enzyme
Galactocerebrosidase (GALC). It will be based on PLGA nanoparticles (NPs), coated with a short
glycopeptides (g7), and loaded with a transposon plasmid including the GALC gene. After systemic
administration, these coated-NPs will be able to cross the blood brain barrier (BBB) and enter to the central
nervous systems (CNS). Once up taken by neural cells, they will release the plasmid first in the intracellular
space and then in the nucleus, leading to genomic integration of the GALC gene.
The research project plan will be divided into main tasks:
Task 1: in vitro studies.
1. Production of a transposon plasmid containing the luciferase gene and the G418 resistance gene
(LucSB plasmid);
2. In vitro studies on CHO cell line to compare the efficiency of transfection using chemical methods or
PLGA-NPs;
3. Moreover, after selection with G418 of transfected clones it will be possible to evaluate the
efficiency of transposon integration in the cellular genome by quantitative Real Time PCR;
4. Production of a transposon plasmid containing the GALC gene (GALCSB plasmid) and
encapsulation in g7-PLGA-NPs;
5. In vitro studies on GALC deficient cell obtained from the animal model for Krabbe Disease
(Twitcher mouse) to evaluate the efficiency of transfection, integration and correction of the metabolic
defect.
Task 2: in vivo studies.
The most widely used animal model of GLD is the "Twitcher" mouse. The affected mice, normal at birth,
display the first symptoms (tremor) around 21 days after birth (post-natal day, PND 21), and early death at
about PND 35/40.
The following group of animal will be used:
1.
A control group of Twitcher mice will be treated with intravenous injections (tail vein under
general anesthesia) of non-g7-coated and g7-coated GALC- NPs. This to confirm that g7-coating is
mandatory to allow the BBB crossing.
2.
A control group of more Twitcher mice will be treated with intravenous injections of empty
g7-PLGA NPs to evaluate the safety of the protocol.
3. A first group of Twitcher mice will be treated with GALC-loaded g7-NPs as early as possible (likely
at 12-18 PND) to perform the following analysis:
• In situ PCR to identify the plasmid within specific cells and different cerebral districts;
• Enzymatic test and immunohistochemistry to evaluate the Galc enzyme production;
• Histological analysis of different brain tissues to evaluate and quantify the accumulation of
substrates.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
205
4.
In case of satisfactory results - namely if the previous treatment group will demonstrate
efficacious – another group of Twitchers will be treated with GALC-loaded g7-NPs at 21 PND, once
the head twitching appears.
All treated mice of this last group will undergo the same assessment schedule:
a.
Their body weight will be assessed every other day. With PNS and CNS damage
progression, mice find increasingly difficult to reach the food and to chew;
b.
Starting at 30 PND treated mice will be thoroughly neurophysiologically evaluated once a
week (Nerve Conduction Velocity (NCV) and Motor Evoked Potentials (MEP));
c.
Gait analysis and Rotarod are as simple as informative tests investigating the motor function,
and will be considered, if encouraged by mice's clinical conditions;
d.
Blood tests will be carried out to assess if the toxicity will impair any of the filter organs
functions;
e.
In case of success, behavioural tests will be aimed to assess the memory function too, and
the radial or water maze will be performed;
f. Sacrifice. As soon as the MEPs are not any longer recordable (in untreated Twitcher mice
typically at 32-35 PND), they will be sacrificed and thoroughly evaluated biochemically and
pathologically.
5.
Assessment schedule post-mortem. Mice will be perfused and fixed and pathologically
analyzed (brain, peripheral nerves, and various organs). Explanted and frozen specimens will be used
for Psychosine dosage and biochemical analysis by Mass Spectrometry.
Objectives for the first year
1.
Production of a transposon plasmid containing the luciferase gene and the G418 resistance
gene (LucSB plasmid);
2.
In vitro studies on CHO cell line to compare the efficiency of transfection using chemical
methods or PLGA-NPs;
3.
Moreover, after selection with G418 of transfected clones it will be possible to evaluate the
efficiency of transposon integration in the cellular genome by quantitative Real Time PCR;
4.
Production of a transposon plasmid containing the GALC gene (GALCSB plasmid) and
encapsulation in g7-PLGA-NPs;
5.
In vitro studies on GALC deficient cell obtained from the animal model for Krabbe Disease
(Twitcher mouse) to evaluate the efficiency of transfection, integration and correction of the
metabolic defect.
Educational Activity foreseen
•
“Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento”;
Prof. Fermeglia, Prof. Sergo, May 2014;
•
“Microscopies for nanotechnology”; Prof. Cojoc (IOM-CNR), Prof. Kiskinova (Eleettra), Prof.
Africh (IOM-CNR), Prof. Vaccari (Elettra);
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
206
•
“Molecular self-assembling and nanostructures”; Prof. Morgante, Prof. Casalis, Prof. Pasquato, Prof.
Scoles; September 2014;
•
“Nanomedicine of Cancer Personalized Diagnostics and Therapeutics”; Prof. Scoles, Prof. Cesselli,
Prof. Gri, Prof. Africh, Prof. Vaccari;
•
“Technologies and nanotecnologies for the characterization of biomolecules and cells”; Prof.
Lazzarino, Prof.Scaini, Prof.Sbaizero, Prof. Mestroni;
•
“Nanobiotechnology”; Prof. Pasquato, Prof. Vesselli; September 2014.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
207
MARCOS DOMINGUEZ
Email: [email protected]
Title
of
the
thesis:
Structural
and
electronic
coupling
of
organic
polyand heteroaromatic molecules on inorganic surfaces of oxides and metals
Laboratory: IOM-CNR Istituto Officina dei Materiali and ALOISA-HASPES beamline at Elettra
synchrotron light source.
Supervisor: Prof. Alberto Morgante
Tutor: Dr. Luca Floreano
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Due to the demonstrated power conversion efficiency of organic photovoltaics (OPVs) over 10% [1], new
design rules to tailor interfaces for optimal exciton dissociation and charge transport are required. With the
aim of improving the charge transfer efficiency (in terms of exciton length and charge transfer time),
supramolecular assembly can be used to create ordered nanostructures with extended interfaces between
active materials [2]. Compelling the system into an artificial coupling geometry [3] is a suitable route to
improve the intermolecular electron coupling as well as to achieve directionality. In a bottom-up approach, a
suitable choice of the substrate and molecular symmetry can effectively improve the coupling within and
among vertically couple layers.
Thanks to the planarity of their π-conjugated orbitals, heterocyclic-aromatic dyes and polyaromatic
hydrocarbons maximize the overlap with the electronic cloud of metallic surfaces (improving charge
injection into electrodes) and display weak interaction with oxide dielectrics, where molecule-molecule
interaction drive the molecular assembling [4]. The large anisotropic corrugation of the TiO2 rutile (110)
surface can effectively steer the orientation of the molecular overlayers, reducing the number of orientation
degrees of freedom. This route can be pursued to trim the adsorption spectrum range for better overlap with
the solar one. As an alternative, Au(110) is an archetypal metal electrode, whose capability of steering the
molecular orientation is well known [5]. However, the stabilization of molecules in artificially oriented thin
films on TiO2 facilitates the modeling of charge transport, since the measurements are not affected by the
chemical interaction and static charge transfer observed on a metal substrate.
[1] M.A.Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop, Prog. Photovolt: Res. Appl. 2012, 20, 12.
[2] T. Schiros, S. Mannsfeld, C.-Y. Chiu, K. G. Yager, J. Ciston, A. A. Gorodetsky, M. Palma, Z. Bullard, T.
Kramer, D. Delongchamp, D. Fischer, I. Kymissis, M. F. Toney, C. Nuckolls, Adv. Funct. Mater. 2012, 22,
1167.
[3] T. Schiros, G. Kladnik, D. Prezzi, A. Ferretti, G. Olivieri, A. Cossaro, L. Floreano, A. Verdini, C.
Schenck, M. Cox, A. Gorodetsky, K. Plunkett, D. Delongchamp, C. Nuckolls, A. Morgante, D. Cvetko, I.
Kymissis, Adv. Energy Mat. 2013, 3, 894.
[4] V. Lanzilotto, C. Sanchez-Sanchez, G. Bavdek, D. Cvetko, M. F. Lopez, J. A. Martin-Gago, L. Floreano,
J. Phys. Chem. C 2011, 115, 4664.
[5] L. Floreano, A. Cossaro, R. Gotter, A. Verdini, G. Bavdek, F. Evangelista, A. Ruocco, A. Morgante, D.
Cvetko, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 10794.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
208
Objectives for the three years
At present, a rather extended library of molecular templates on TiO2(110) has been studied by my hosting
group, which includes poly and heterocyclic aromatics in their homogeneous phases from mono to multilayer
film thickness. During my PhD thesis I will start by completing the characterization of these templates (in
particular phthalocyanines and porphyrins) by means of Synchrotron radiation spectroscopy (XPS and
NEXAFS) and scanning tunneling microscopy (STM). The final goal of the thesis is the study of vertically
stacked donor/acceptor mixed films grown under controlled environment (ultra high vacuum conditions) by
molecular beam evaporation on organic templates. The first candidate to the mixed phases is C60 (acceptor)
coupled to either Metal-phthalocyanine or Metal-porphyrin, which might highlight possible shape-matching
preferential coupling [3]. As an alternative acceptor molecule we will consider end-substituted perylenes
(e.g. PTCDI and derivatives), to be coupled to planar molecules like metal-phthalocyanines. In general, we
will consider suitably functionalized species of these organic molecules in order to tailor the intermolecular
coupling geometry (e.g. 4-4 bipyridyl, tert-butyl tetraphenylporphyrin, titanyl phthalocyanine, as examples)
and possibly other transition metal oxides substrates, such as the anatase surface of TiO2 and/or SnO, ZnO.
Concerning the protocols of growth of the organic templates, bearing in mind that these hydrogen-bond
based structures are inherently fragile because of the weak intermolecular interactions, we will possibly
pursue the stabilization of the supramolecular 2D network through irreversible covalent bonding of suitably
functionalized molecules [6]. So the growth of 3D molecular films will be studied, addressing
donor/acceptor (D/A) pairs looking for the preservation of a preferred relative orientation, hence electronic
coupling, into a hierarchically stacked thin film.
[6] Sedona F., Di Marino M., Sambi M., Carofiglio T., Lubian E., Casarin M., Tondello E., ACS Nano 2010,
4, 5147.
Objectives for the first year
At this moment my hosting group have made several measurements, evaporating phthalocyanines and
porphyrins over TiO2 (110), in ultra high vacuum conditions, and then annealing, as monolayer such as
multilayer growths. For the first year we are analyzing this experiments, and complementing with new
measurements and techniques, in order to explain the change on XPS and NEXAFS N1s peak observed under
annealing. Among the open issues that must be addressed, we observed by XPS a systematic excess of the
pyrrolic Nitrogen component in the macrocycle of both phtahlocyanine and porphyrin. This phenomenon is
limited to first layer molecules and might be associated with the catalytic properties of TiO2. In addition, the
study of the metalation of free-base porphyrins and phthalocyanines has shown that molecules can
incorporate Ti atoms from the substrate at unexpectedly low temperature, which is unusual due to the
covalent nature of the substrate. In order to better address this two issues we will perform microscopic
studies (STM) for comparing as deposited molecules with both metalated and self-metalated ones.
Spectroscopic investigation (XPS and NEXAFS) of molecules with different endgroup terminations will be
spectroscopically characterized to study the dependence of both excess pyrrolic Nitrogen and self-metalation
on the height of the macrocycle over the surface. Tytanyl-phtalocyanines and other Metal-phtalocyanines
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
209
will be also studied for a direct comparison with the on-surface modified (metalated, hydrogenated) free-base
homologue. We will eventually consider the evaporation of simpler molecules (e.g. pyrydil derivatives) to
get a deeper insight to the Nytrogen interaction with the TiO2(110) surface.
Research project
Activity 1.- Study of the monolayer of acceptor and donor molecules by means of the spectroscopy, surface
diffraction and microscopy techniques.
Activity 2.- Study of the vertical stacking of D/A bilayers (electronic and structural properties).
Activity 3.- Modeling of the electron dynamics of the monolayers and vertical bilayers.
.
First year
Second year
Third year
Activity 1
Activity 2
Activity 3
Educational Activity foreseen
- Participation to Schools for PhD students in the 2nd and 3rd year, among which the HERCULES school in
Synchrotron radiation and Neutron scattering held in Grenoble (4 weeks training).
- Period abroad in the CSIC/UPV Centro de Fisica de Materiales (San Sebastian, Spain) under the
supervision of Dr. Celia Rogero for a two month staying (during the first year). I will be trained in the use of
STM data acquisition and analysis on the organic templates as indicated in the research project.
- Compatibly with my periods abroad, I will attend the next courses in the first year:
- Microscopies for Nanotehnology. Cojoc (IOM-CNR), Kiskinova (Elettra), Africh (IOMCNR), Vaccari (Elettra). (24 h).
- Molecular self-assembling and nanostructures. Casalis (Elettra), Morgante (CNR-IOM), Pasquato
(Univ. TS). (24 h).
- Corso di fisica delle superfici. A. Goldoni. (16 h).
The residual missing hours of PhD courses will be completed in the second year.
- My supervisor recommends the study of the following textbooks and articles:
- J. Stöhr, NEXAFS Spectroscopy, Springer, 1996.
- D. Biggs, J. T. Grant, Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, IM
Publications, 2003.
- A. Zangwill, Physics at surfaces, Cambridge University Press, 1988.
- U. Diebold, Surf. Sci. Rep., 2003, 48, 5
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
210
ZHIJING FENG
Email: [email protected]
Title of the thesis: Structural characterization and measurement of the conductance of single molecules and
molecular complexes at metal surfaces by low temperature scanning tunneling microscopy
Laboratory: IOM-CNR TASC
Supervisor: Dr. Carlo Dri
Co-supervisor: Prof. Giovanni Comelli
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
The development of technologies based on organic molecules is an active area of research. For Instance,
organic molecules are in many aspects more versatile than traditional semiconductors, and their integration
in electronic circuits is at the basis of new-concept electronic devices, ranging from photovoltaic cells to
OLEDs. However, several technological issues have to be faced and solved before some of these devices can
be realized and launched on the market. One common limitation of these new technologies is their low
efficiency due to the presence of defects in the structures and to the electronic transport properties at the
organo-metallic interfaces, on which the functionality of such devices generally relies. To this end, a
promising approach is the interposition of a self-assembled monolayer (SAM) between the metal substrate
and the functional molecules, where it is known that the charge transport properties of the layer are strongly
correlated to the degree of structural ordering [1]. The recognition between functional groups such as amino
and carboxyl groups has been recently explored for anchoring the molecules to the underlying layer [2]. In
this
context,
during
the three
years
PhD
project,
amino-functionalized
molecules
(e.g.
1-
Naphthylmethylamine in fig. 1a) for the metal interfacial layer will be characterized and subsequently
carboxyl-terminated molecules (e.g. 4-Aminobenzoic acid in fig. 1b) will be anchored to the SAM, and the
amino-carboxyl hetero-architectures will be studied. In particular, an in-depth characterization of the aminocarboxylic interaction at metal surfaces will be carried out.
A Low Temperature Scanning Tunneling Microscope (LT-STM) at the IOM-CNR TASC Laboratory,
combined with X-ray spectroscopy measurements at the Elettra laboratory, will be used to characterize the
amino-functionalized surface and the subsequent the amino-carboxyl hetero-architectures. Simulations based
on density functional theory, carried out within collaborations with local theoretical groups, will also support
and complement the interpretation of the experimental data.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
211
Figure 1: (a) 1-Naphthylmethylamine with a side amino group. (b) 4-Aminobenzoic acid with a carboxyl group, and also an amino
group.
[1] N. Karl, “Charge carrier transport in organic semiconductors,” Synth. Met., vol. 133–134, pp. 649–657, Mar. 2003.
[2] A. Cossaro, D. Cvetko, and L. Floreano, “Amino-carboxylic recognition on surfaces: from 2D to 2D + 1
nanoarchitectures”, Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 14, no. 38, pp. 13154–62, Oct. 2012.
Objectives for the three years
In the three years of the project, the milestones are:
•
Characterizing the structural properties upon self-assembly at the surface of interest (usually
gold) of some simple molecules exposing an amino termination out of the surface plane.
•
Characterizing the amino-carboxyl bond by depositing some planar molecules with amino
and carboxyl side groups, studying their self-assembly driven by the presence of the functional
groups and, subsequently, attempting to convert the amino-carboxyl bond into a covalent (peptidic)
bond by means of STM manipulation, UV or X-ray irradiation, or through a chemical reaction.
•
Introducing the LT-STM conductance measurements for the first time in the laboratory in
order to characterize the electronic transport properties of the molecular junctions of interest.
•
Anchoring simple molecules with carboxyl groups on the amino-functionalized surface and
attempting to image them with the LT-STM and, eventually, measuring the conductance of the
vertical hetero-junction.
Objectives for the first year
For the first year the main objectives are:
•
Characterizing the structural properties of the SAM of 1-Naphthylmethylamine (NMA) (fig. 1a) on
the (111) surface of gold.
•
Characterizing the amino-carboxyl bond by depositing some planar molecules with amino and
carboxyl side groups (4-Aminobenzoic acid and a suitably functionalized tetraphenylporphyrin are foreseen)
or some carboxyl-terminated molecules together with NMA, studying their self-assembly driven by the
presence of the functional groups and, subsequently, attempting to convert the amino-carboxyl bond into a
covalent (peptidic) bond.
•
Learning to perform LT-STM conductance measurements and subsequently measuring the
conductance of the selected single isolated molecules in the tip-molecule-surface system.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
212
Research project
As mentioned above, the LT-STM is the main tool used for these three years research project. The STM is
the ideal technique to characterize molecule-molecule and molecule-surface interactions of organic
molecules at surfaces thanks to its atomic resolution. Moreover, STM is capable of manipulating single
molecules and measuring, by scanning tunneling spectroscopy (STS), their electronic properties as well as
their vibrational modes through inelastic electron tunneling spectroscopy (IETS).
The first step of the project consists in functionalizing a metal surface, typically Au(111), with an aminoterminated SAM. The procedure consists in evaporating suitable molecules under Ultra High Vacuum
(UHV) conditions on the metal sample held at a fixed temperature. In this way a precise control of the
system properties can be obtained. To this end, as a starting point, 1-Naphthylmethylamine (NMA) (fig. 1a)
will be tested as a possible amino-functionalized molecule, and eventually other molecules will be also
studied to find the best choice for our task. The structural and electronic properties of the monolayers will be
characterized, also with the support of theoretical simulations carried out within collaborations with local
theoretical groups.
In a second step, the amino-carboxyl interaction will be characterized. Simple planar molecules with amino
and carboxyl side groups (e.g. 4-Aminobenzoic acid in fig. 1b) or some carboxyl-terminated molecules
together with NMA will be deposited on the surface, studying their self-assembly driven by the presence of
the functional groups. Subsequently, the conversion of the amino-carboxyl bond into a covalent (peptidic)
bond will be attempted to achieve greater thermal stability of the molecular junction. This conversion will be
attempted by means of STM manipulation which allows for injecting (extracting) electrons from the LUMO
(HOMO) of the molecules involved in the bonding process, and also UV or X-ray irradiation or some
chemical reactions will be eventually used to achieve this goal. Indeed, it is well known that the aminocarboxyl hydrogen bond is the precursor of the covalent peptide bond formation, which takes place via a
condensation reaction, and this conversion has been already observed by UV or X-ray irradiation [3]. As a
final (and the most challenging) step, the amino-carboxyl interaction will be exploited to vertically anchor
the selected carboxyl molecules to the amino-terminated SAM, and their structural properties
characterization by LT-STM will be attempted.
By means of the LT-STM technique, conductance measurements will be for the first time introduced in the
laboratory in order to characterize the transport properties of the molecular junctions of interest. Indeed, the
tip probe can be regarded as an atomic-scale electrode which can be used to contact molecular structures in a
controlled fashion, therefore allowing to correlate the atomic scale structural information with electronic
transport properties [4]. As a starting point, a very simple system, i.e. Au nanowires formed between an Au
substrate and an Au STM tip, will be investigated in order to learn how to perform the conductance
measurements. In particular, the dependence of the conductance on the tip-sample bias and on the tip-surface
distance will be assessed, by comparing our results to the ones reported in the literature. After this necessary,
preliminary step, the conductance of the selected single isolated molecules will be characterized in the tipScuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
213
molecule-surface system. Eventually, the conductance of the same molecules within the monolayer will be
measured and compared to the previously measured conductance of the isolated molecules. In this way, the
role of the chemical environment on the conductance of the single molecule will be assessed. In the ultimate
and most challenging step, selected carboxyl-functionalized molecules will be anchored to the aminofunctionalized surface and the conductance of the vertically grown hetero-junctions will be measured with
the same technique.
On one side, the fruitful ongoing collaboration of the LT-STM group with Dr. Albano Cossaro at the
ALOISA beamline will facilitate the important interplay between the STM and X-ray spectroscopic
measurements, yielding complementary information on the electronic structure of the systems, allowing for a
systematic comparison between the results obtained with these techniques. On the other, the close
collaboration with local theoretical groups will add fundamental support from theoretical simulations, in
order to obtain precise information on energetic, structural and electronic properties of the investigated
systems.
[3] G. B. Fields, Solid-phase peptide synthesis. Press, San Diego [etc.]: Academic, 1997.
[4] L. Vitali, P. Wahl, R. Ohmann, J. Bork, Y. Zhang, L. Diekhöner, and K. Kern, “Quantum transport through single
atoms and molecules,” Phys. status solidi, vol. 7, p. 1-7, Oct. 2013.
The project Gantt diagram is in the Excel spreadsheet “Gantt_feng”.
Educational Activity foreseen
For my educational activity in the first year I'm planning to read the following text book:
•
Steven W. Smith. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. Second Edition.
California Technical Publishing, 1999.
I'm planning also to attend the following courses organized by the PhD school in Nanotechnology:
•
Microscopies for nanotechnology (24 hours)
•
Molecular self-assembling and nanostructures (24 hours)
Moreover I’m planning also to attend a LABVIEW hands-on course (24 hours) at Elettra Laboraory.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
214
GRAZIOLI CESARE
Title of the project:Esperimenti di fotoionizzazione nello studio del trasferimento di energia in
materiali nanostrutturati e nei loro precursori
Supervisore: prof. G. Fronzoni
Tutor: dr. M. Coreno
Progetto di ricerca nell’arco dei tre anni
L’obiettivo scientifico del progetto di dottorato è rilevante nell’ambito della ricerca sulla trasformazione di
energia luminosa in energia elettrica o chimica (fotocatalisi ed energetica). A tal proposito si intendono
studiare le proprietà elettroniche di specie isolate di complessità crescente, costituite da molecole organiche
di natura aromatica e da loro complessi con metalli, per arrivare fino a sistemi di addotto tra cluster
inorganici e molecole organiche, modello delle interfacce tra substrati organici e superfici metalliche alla
base del funzionamento di dispositivi optoelettronici nanostrutturati. Verranno utilizzate tecniche
spettroscopiche da radiazione di sincrotrone e laser, dalla cui combinazione in schemi pump-probe si intende
avere accesso alo studio dell'evoluzione temporale di processi elementari. Si amplierà così dalla semplice
misura della vita media di stati elettronici eccitati, ad un'indagine più accurata dei meccanismi di
trasferimento di energia e di carica all'interno di molecole e aggregati molecolari.
Lo studio delle proprietà ottiche, magnetiche ed elettroniche di molecole e cluster riveste particolare
interesse per la comprensione delle proprietà chimico-fisiche dei sistemi macroscopici in fase condensata,
dal punto di vista sia delle scienze fondamentali che applicative. A tal fine l’uso di un fascio supersonico in
grado di produrre sistemi isolati, presenta notevoli vantaggi quali l’assenza di contaminazioni o comunque di
interazioni con un substrato e la bassa temperatura locale (tipicamente nell’intervallo 5-30 K) che riduce
notevolmente la congestione spettrale. La principale sfida connessa con la realizzazione di simili esperimenti
è rappresentata dalla bassa densità del bersaglio nei getti supersonici, ed inoltre nel caso dei cluster,
dall'ampia distribuzione di taglia degli aggregati presenti. I cluster sono generati in espansioni adiabatiche di
campioni ad alta pressione o in sorgenti al plasma a densità talmente basse che le interferenze
inevitabilmente presenti nel segnale di fotoemissione coprono il segnale vero. Per questo motivo la maggior
parte degli studi con radiazione di sincrotrone si è focalizzata su molecole in fasci effusivi a temperature utili
a garantire sufficiente densità del campione e, nel caso dei cluster, su sistemi depositati su superfici, e solo in
pochi casi su sistemi isolati in fase gassosa.
Il lavoro sperimentale verrà svolto principalmente presso la linea Gas Phase Photoemission (GasPhase)
del sincrotrone Elettra, ma potrà anche avvalersi di altre sorgenti di radiazione elettromagnetica. Table-top
laser e lampada He(I)/ He(II) potranno essere utilizzati in fase di assemblaggio e caratterizzazione dei
rivelatori. Per l'analisi degli elettroni della valenza esterna degli aggregati metallici sarà poi desiderabile
l’uso della sorgente FEL di Trieste (FERMI@Elettra), che opera con frequenze (10-50 Hz) simili a quella
della sorgente cluster, ma con intensità per impulso ordini di grandezza più elevate del sincrotrone. Verrà
sfruttata per lo sviluppo del progetto anche la disponibilità di esperimenti su altre beamlines di Elettra o di
altri sincrotroni, soprattutto per tutti gli esperimenti volti allo studio della interazione delle molecole con un
substrato e che richiedono un set-up sperimentale per fase solida (vd. esperimenti ad ALOISA e a D1011).
Il progetto di ricerca seguirà un cammino di complessità crescente. La spettroscopia di atomi e sistemi
molecolari altamente simmetrici (gas rari, N2, CH4, …) permetterà da una parte un’accurata caratterizzazione
delle prestazioni nella raccolta di foto-elettroni e foto-ioni in termini di risoluzione energetica ed angolare, e
dall’altra consentirà lo studio della dinamica di stati eccitati di core e del ruolo dei fenomeni di correlazione
elettronica nei processi di rilassamento energetico. La complessità aumenterà quindi verso sistemi di
maggior interesse tecnologico, quali cluster di metalli e composti di molecole aromatiche. Per quanto
riguarda lo studio dell'attività catalitica dei cluster, il confronto tra gli spettri di fotoemissione di molecole
libere in fase gassosa e di molecole adsorbite sui cluster potrà fornire fondamentali informazioni su
magnitudine e natura delle forze intermolecolari; per quanto riguarda i sistemi di molecole aromatiche, lo
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
215
studio si articolerà dai pristine systems fino ad arrivare agli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e ai
composti di coordinazione con metalli. Il lavoro di tesi affronterà anche l’utilizzo di coincidenza elettroneione PEPICO (PhotoElectron PhotoIon Coincidence) per correlare l’energia cinetica delle particelle prodotte
dall’interazione tra la luce di sincrotrone e getto gassoso e la completa caratterizzazione dello strumento
PEPICO stesso (detector, sistema di acquisizione, analisi dei dati bidimensionali risolti in tempo), nonché dei
rivelatori di fotoni complementari.
Progetto di ricerca per il primo anno
Il presente progetto intende iniziare con lo spostamento di una camera sperimentale equipaggiata con
analizzatore di elettroni un VG Scienta 200 del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di
Uppsåla ed Elettra (Sincrotrone Trieste), nel quadro di una ormai consolidata collaborazione della suddetta
Università con il gruppo italiano operante a Gas Phase Beamline. La disponibilità di tale strumento
permetterà di ridurre di un ordine di grandezza il tempo di acquisizione di spettri di fotoelettroni con una
risoluzione migliorata e di osservare dettagli che sono ben oltre le attuali capacità sperimentali presso Gas
Phase. Il trasferimento dello spettrometro di elettroni permetterà studi ad alta risoluzione di molecole in fase
gassosa, e lo studio dell'interazione di queste molecole (o di cluster di esso) con altri gas.
Dopo il trasferimento, si intende iniziare con la caratterizzazione e l'ottimizzazione delle prestazioni su
piccole molecole. In una fase successiva, si considererà la ricerca di complessi metallici e molecole
organiche . Come caso scientifico per i primi esperimenti è stato scelto lo studio della ionizzazione degli
shake-up in molecole poliatomiche. Lo spettro di fotoionizzazione degli shake-up S2p della molecola SF6 è
stata recentemente misurata durante gli esperimenti programmati per primo semestre del 2014 (periodo
Gennaio-Febbraio). La configurazione più vantaggiosa prevede l’eccitazione con fotoni di energia prossima
alle soglie di shake-up perché le strutture spettrali subiscono notevoli variazioni a causa delle cosiddette
“transizioni coniugate di shake-up”. Con l’alta trasmissione e risoluzione dell'analizzatore VG Scienta 200,
questo studio è stato eseguito in modo appropriato. Si sono potuti raccogliere 10-20 spettri in un tempo
ragionevole, e si è potuta risolvere la struttura spettrale più fine.
Come passo successivo abbiamo studiato la ionizzazione di shake-up della molecola di
esafluorobenzene C6F6 alle soglie di core C 1s e F 1s, per poi estendere lo stesso studio anche alle molecole
di 1,3,5 trifluorobenzene (1,3,5 C6 H3F3) e fluorobenzene (C6 H5F). I risultati sperimentali raccolti saranno
integrate da calcoli DFT. Questa ricerca potrà poi essere estesa a molecole simili, come pirimidina, pirrolo, e
le analoghe molecole eteroaromatiche.
Per continuare lungo il percorso di crescente complessità, si inizierà con misure su una serie di molecole
macrociclo che rivestono grande interesse nel campo dell'elettronica molecolare e in altre applicazioni
tecnologiche. In particolare, siamo interessati allo studio degli IPA e delle ftalocianine e porfirine di metalli
di transizione. L'uso dell'analizzatore VG Scienta 200 consentirà uno studio alta risoluzione sia della valenza,
sie della regione di livelli di core. Un confronto tra ftalocianina, corroli porfirina e batterioclorine sarà molto
interessante. In preparazione a questa serie di esperimenti, si intende prima attrezzare la camera del VG
Scienta 200 per la evaporazione di campioni solidi a temperature relativamente elevate (massimo 500
Celsius). Nelle seguenti figure sono mostrati i disegni progettuali di un forno per le evaporazione di
campioni (Figure A-D) e di una serbatoio di azoto liquido per il raffreddamento di una trappola e la
protezione delle lenti dell’analizzatore VG Scienta 200 (Figura E).
.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
216
Figure A e B
Figure C e D
Figura E
Considerato l’interesse tecnologico che questa classe di sostanze sta suscitando e l’importanza della loro
interazione con un eventuale substrato i risultati degli esperimenti in fase gassosa potranno essere confrontati
con esperimenti in forma di film. Abbiamo in programma di effettuare XPS , spettroscopia di fotoemissione
banda di valenza e XAS sul bordo C1s sugli strati adsorbiti di questa classe di molecole nel corso di
esperimenti programmati per l’anno in corso: un esperimento alla beamline D1011 di Max-Lab in Svezia
(19-26 Aprile 2014) e un esperimento alla beamline ALOISA di Elettra (previsto per la seconda metà del
2014). I risultati ottenuti permetteranno un confronto. I risultati ottenuti permetteranno un confronto con i
dati sperimentali e teorici in fase gassosa.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
217
JABEEN NAILA
Email: [email protected], [email protected]
Supervisor: Prof. Alessandro Baraldi
Project Title: Investigation of nanoscale properties of graphene-based interfaces for catalytic
application
With the depletion of non-renewable energy sources, the search for replacements has resulted in great
interest in fuel cell applications and consequently the examination and development of new electrode
materials. The most important issue which need to be adressed is the integration of new electrode materials
to give electrochemically active surface area, faster electron transport and superior ion diffusion. The design
and synthesis of highly active ORR catalysts with strong durability at low cost is extremely desirable but
remains a challenging task. Exploring new electro-catalysts to enhance the kinetics of the otherwise sluggish
oxygen reduction reaction (ORR) represents therefore an important step in the field of renewable energy.
The properties of the electrodes are dependent on the type/morphology of the carbon. However, the current
catalyst materials are still far from meeting the requirements of combined high catalytic activity, strong
durability, and low cost. New strategies to develop efficient ORR catalysts are still desirable. Prior to the
potential application of a new electrode material within electrochemistry, basic electrochemical properties
and behaviors should first be studied to determine the respective suitability for specific applications. There
are two key components to increase the overall device performance, electrode and electrolyte. My focus is on
the development of advanced electrode materials and how to design superior electro-catalyst architectures.
Graphene doped with heteroatoms (nitrogen, halogens) was prepared using a chemical vapor deposition
(CVD) method has shown a high electrocatalytic activity toward ORR. This improvement in ORR activity
was attributed to the doped heteroatoms that can polarize the adjacent carbon atoms resulted in net
positive/negative charges to facilitate the ORR process.[8] Doped carbon network would improve its ORR
activity, because the electronic density of states near the Fermi level of the doped carbon increased. Dopedatoms in the carbon lattice, facilitated electron transfer from the carbon electronic bands to the antibonding
orbitals of O2. In this respect graphene is one of the most attractive allotropic form of carbon to be employed
as an electrode material for use within fuel cells because of its unique electrical and thermal conductivity,
widely applicable electro-catalytic activity. So, better understanding of graphene structural, chemical and
physical properties, together with its interactions on different substrates is needed
So keeping this in mind I started working on the interaction of graphene on different metal substrates (from
highly interacting metals i.e., Ni,Co, Ru to less interacting metals i.e., Ir. This interaction between metal
substrates and graphene could further be affected by intercalation. This intercalation would be done by
evaporating different metals on the freshly grown grapheme while keeping different annealing conditions.
Hopefully, will be able to conclude how we can prepare graphene best suited for electro-catalytic
applications and then functionalized graphene (in particular with N atoms) and how it will affect the resultant
electrochemical behavior. In particular I intend to explore the heterogeneous electron transfer rates, surface
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
218
coverage, surface state (the presence or absence of various moieties), redox potentials and the accessible
electrochemical potential window. Moreover, decorating them with different nanoparticles (mono and
bimetallic) to better replace Pt (Pt and its alloys which suffered from methanol crossover/carbon monoxide
(CO) poisoning effects and poor operation stability) with the aim of studying particle-size dependent electron
transfer processes. Indeed, the basal plane sites are not very reactive and we need to functionalize graphene
layers with different NPS combinations (mono and bimetallic NPs) in-order to enhance the electrocatalytic
properties of graphene towards the ORR for energy storage and generation applications Among the different
experimental technique I’m going to use (from spectroscopy to microscopy) conventional sources (in the lab)
or using synchrotron radiation at Elettra will be widely used in the research program during this year. XPS is
a powerful technique to exploit the chemical composition of surfaces, interfaces and nanostructured
materials. This will help to investigate, in particular, the charge transfer processes at the nanometer scale.
Energy levels of the adjacent materials forming the graphene-metal interfaces need to be carefully
engineered and XPS is therefore an ideal tool to analyze such structures. In the field of epitaxial graphene
XPS has been widely used to understand the growth mechanism, the structural and the electronic properties
of quasi-free standing and functionalized graphene layer so XPS will be the major characterization tool.
Beside this, the focus in this year will be on literature review and up gradation of the system for the specific
needs of the projects in the Surface Science Laboratory.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
219
ARTURO JUZGADO FERNÁNDEZ
Email: [email protected]
Title of the thesis: Graphene functionalization for biocompatibility
Laboratory: Laboratory 157 of Dipartimento di Scienze chimiche e farmaceutice in Università degli studi di
Trieste
Supervisor: Maurizio Prato
Tutors (if any):
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Carbon nanostructures, and in particular graphene, are at the forefront of nanotechnology due to their unique
electrical, mechanical and thermal properties and are very promising nanomaterials for many applications.1
Deposited graphene on supports can be functionalized in order to develop a promising tool for the
manufacture of electronic devices based, such as biosensors.2
A biosensor is generally defined as an analytical device which converts a biological response into a
quantifiable and processable signal3. Immunosensors constitute an important class of biosensor based on
selective bioaffinity interactions between an antibody and a specific compound.
Graphene is an ideal material for the construction of Field-Effect Transitor (FET) biosensors because it is a
zero-band gap semiconductor, and the band gap can be tuned by surface modification 4 . Graphene has also
been used in electrochemical biosensors because it is an excellent conductor of electrical charge and
heterogeneous electron transfer occurs at the edges of the graphene or at defects in the basal plane.5
Objectives for the three years
The aim of this project is to obtain a graphene-based immunosensor, able to recognize cancer-cell markers,
in a highly sensitive and selective way. For this purpose, an specific antibody for the target molecule can be
attached to a free primary amino-group of an organic chain attached to deposited graphene on a support, as
ITO. A summary of objectives is:
•
Synthesis, characterization and optimization of the synthesis of functionalized graphene with organic
molecules which have a free primary amino-group.
•
Assembly of the antibody to the free amino-groups of functionalized graphene.
•
Deposition of graphene on supports.
•
Analytical assays for the detection of target molecule.
•
Assays with biological samples.
Objectives for the first year
During the first year, the main goal is to optimize the functionalization of graphene, using organic molecules
chains, with a protected amino-group at the end. After deprotection of the amino group, antibodies could be
attached to obtained free primary amino-groups. The attachment of these molecules to graphene will be
1
a) Zhu, Y.; James, D. K.; Tour, J. M. Adv. Mater. 2012, 24, 4924.
b) Park, S.; Ruoff, R. S. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 217.
2
Pumera, M. Materials Today 2011, 14, 7
3
Lowe C. R., Trends in Biotechnology, 2, 59, 1984
4
Wallace, P. R., Phys Rev (1947) 71, 622.
5
Pumera, M., Chem Soc Rev (2010) 39, 4146
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
220
obtained by carrying out reactions as 1,3-dipolar cycloaddition, addition of diazonium salts or addition of
disulfides. All the objectives expected to be achieved this first year are:
•
Synthesis of organic chains which will be attached to graphene.
•
Functionalization of graphene, and optimization of the reaction conditions.
•
Characterization of functionalized graphene.
•
First approach to the assembly of antibodies to functionalized graphene.
•
First approach to the deposition of graphene onto ITO.
Research project
•
The first task to carry out is the synthesis of the organic molecules necessary to link the graphene
sheets and the antibody. Every synthesized molecule will be purified and characterized.
•
Second task will be the functionalization of graphene with these synthesized organic molecules.
Every sample will be characterized by common methods, such as thermogavimetric analysis (TGA),
Raman spectroscopy or Transmision Electron Microscopy (TEM).
•
Next tasks are the parallel trials for assembly of the antibody to graphene and the deposition of
graphene onto supports, as ITO.
•
Once optimized both steps, the task to carry out is the assembly of antibodies to deposited graphene
on the support.
•
Analytical tests with the biosensor should be carried out to guarantee its sensitivity and selectivity
for the desired target.
•
Once all analytical parameters are studied, last step will be the study with real samples.
An expected timetable for these tasks is following:
Graphene functionalization
Educ
ation
al
Activi
ty
fores
een
Organic synthesis
Doctor
Analytical assays using biological samples
Analytical assays with biosensor
Assembly of antibodies to desposited graphene
Deposition of graphene
Assembly of antibodies
Jan-14 Jun-14 Dec-14 Jun-15 Dec-15 Jun-16 Dec-16
al
courses
expected to be taken during the first year:
•
Molecular self-assembling and nanostructures. 24h (School of Nanotechnology)
•
Microscopies for nanotechnology. 24h (School of Nanotechnology)
•
Hybrid organic-inorganic nanoparticles. 6-8h (School of Chemical and Pharmaceutical Sciences and
Technologies)
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
221
ALESSIA MATRUGLIO
Email: [email protected]
Title of the thesis: Development of a graphene-based nanoelectromechanical sensor with functionalization of
graphene for extremely sensitive protein detection.
Laboratory: Istituto Officina dei Materiali
Supervisor: Marco Lazzarino
Tutors (if any): Simone Dal Zilio
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Nanoelectromechanical resonators are widely used as mass sensors because of their high sensitivity. Several
studies demonstrated that suspended microcantilevers can be used as resonators for the measurement of the
masses up to the order of zeptograms (
) [1]; in this way it is possible to make weight
measurement of individual nanoparticles, single bacteria and proteins adsorbed on the resonator in vacuum.
Particles suspended in solution settle on the resonator and result in a shift of the resonance frequency that
depends on the mass of the molecule and on its position along the resonator; analyzing the shift of the
resonance peak, it is possible to identify the weight of the particle adsorbed [2]. However, the molecule
located on the microcantilever, causes an increase of the stress surface and this aspect induces stiffening of
the structure [3]. Recently, it was shown that vertical microstructures (micro-pillars) solve the problem,
because they allow the localization of the adsorbed mass at the free end of the pillar, avoiding the stiffening
of the structure and guaranteeing a linear dependence between the added mass and the change of frequency
[4].
In recent years, several studies are moving towards the combination of Nanoelectromechanical System
(NEMS) with graphene, because of exceptional mechanical and electrical proprieties of graphene, which
make it ideal as a resonator. The high stiffness provides high resonant frequencies and the low mass provides
an excellent mass sensibility; the impermeability allows measures in liquid environment [5].
Functionalization of graphene with organic and inorganic material has also been proposed [6], and this may
provide an alternative approach to the control of its electrical properties. The realization of graphene-based
resonator will lead to the development of a device capable of a real-time detect of individual proteins with
extreme sensitivity and will open the way for a new, amazing class of biosensors.
[1] Y. T. Yang, C. Callegari, X. L. Feng, K. L. Ekinci, M. L. Roukes. Zeptrogram-Scale Nanomechanical
Mass Sensing. Nano Lett, 2006. Vol. 6, no. 4.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
222
[2] M. Lazzarino, E. De Marchi, M. Bressanutti, L. Vaccari, S. Cabrini, C. Schmid, R. Poetes, G. Scoles.
Twin cantilevers with a nano gap for single molecule experimentation. Micr. Eng. 83, 2006, 1309-1311.
[3] J. Tamayo, D. Ramos, J. Mertens, M. Calleja. Effect of the adsorbate stiffness on the resonance response
of microcantilever sensors. Appl. Phys. Lett. 89, 224140, 2006.
[4] M. Melli, A. Pozzato, M. Lazzarino. Inverted tapered pillars for mass sensing. Micr. Eng. 87, 2010, 730733.
[5] M. J. Allen, V. C. Tung, R. B. Kaner. Honeycomb Carbon: A Review of Graphene. Chem. Rev. 2010,
110, 132-145.
[6] M. Quintana, E. Vazquez, M. Prato. Organic Functionalization of Graphene in Dispersions. Acc. Chem.
Res. 2013, Vol. 46, No 1, 138-148.
Objectives for the three years
The objectives for the three years are to combine the extraordinary proprieties of graphene with the NEMS
sensing approach in order to identify single molecules directly in solution and to develop a new class of
biosensors. The project will be developed in the following phases:
•
Realization of the graphene-based device
•
Characterization of the device
•
Functionalization of the graphene
•
Characterization of functionalized graphene
•
Integration of the device in a microfluidic system
•
Investigation of biological samples.
Objectives for the first year
The objectives for the first year are the realization of the graphene-based device and electromechanical
characterization of the device. Objectives will be achieved according to the following steps:
•
Realization of graphene by mechanical exfoliation
•
Realization of the contacts and cavity and integration of the graphene, in order to obtain a drum
resonator.
•
Electromechanical characterization of the device by piezoelectric actuation, SEM and AFM analysis,
Raman Spectroscopy.
Research project
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
223
The first step for the realization of the graphene-based resonator, is the realization of graphene obtained by
mechanical exfoliation from graphite, realized by peeling with scotch tape technique. The obtained sheets
will be transferred by pressure on a silicon wafer covered with a bilayer of PVA-PMMA. The detection of
graphene will be obtained by the use of an optical microscope ad a program specially written in MATLAB
and by Raman spectroscopy. After the removal of the PVA film with water, a micropositioning system will
be used and the graphene will be aligned with a set of electrical contacts and a cavity, to form a drum
resonator. These structures will be achieved using lithographic methods. In this way, the graphene will create
a sealed area from one side and from the other side will be in direct contact with the analyte in a liquid
environment. The characterization of the device will be provided by AFM and Raman analysis; also the
electromechanical characterization of the device will be achieved by piezoelectric actuation, going to
measure the conductivity of graphene. In the next step, graphene will be functionalized with organic
molecule receptor; biotin-avidin system will be used like recognition marker and can investigate the
sensitivity and the dynamics of the sensor. The characterization of graphene functionalized, will be achieved
by AFM. Then the graphene-based device will be integrated in a microfluidic system, fabricated by
lithographic methods. Detection of different molecules will be investigated through the analysis of the
oscillations of the graphene using an antibody-antigene recognition. Graphene oscillations will be driven
using a capacitive interaction and will be monitored with conductivity measurements. A phase locked loop
system will be realized using LabVIEW to control the actuation. Finally these devices will be applied to
investigate biological samples.
Educational Activity foreseen
During the first year, the educational activities proposals are:
•
Attendance of courses at the University of study of Trieste: “Molecular self-assembling and
nanostructures”; “Microscopies for Nanotechnology”; “Technologies and nanotechnologies for the
characterization of biomolecules and cells”; “ Nanomedicine of Cancer Personalized Diagnostics and
Therapeutics”; “Menagement of research and knowledge of research systems and financing
systems”.
•
Activities of practice in laboratory for the realization of the objectives for the first year.
•
Workshop on “Surfaces, Interfaces and Functionalization Processes in Organic Compounds and
Application” that will take place in Trieste, June 25-27 2014.
•
Participation in other meeting , school conferences and activity reports.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
224
MICHELE PIANIGIANI
Email: [email protected]
Title of the thesis: “Nano imprinting – Lithography ultra fast process and his chemical and physical effects
on advances plastic materials”
Laboratory: TASC – CNR/IOM, Area Science Park, Basovizza - Trieste
Supervisor: prof. Valter Sergo
Tutors (if any): dr. Massimo Tormen, dr. Alessandro Pozzato
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Typically the thermal NIL (Nano Imprinting Lithography), is performed by a hydraulic-press equipped with
hot plates. The sample, with a deposition of a polymeric layer on surface, is inserted, with the master,
between the plates and it is heated up to a temperature greater that the Tg (Glass Transition Temperature) of
about 50-70o C (Typical temperature for NIL process: 80 oC<T<220 oC, depending by materials) to obtain
viscosity such as to make polymer flow in cavity of master (typical time 10 seconds - 10 minutes).
The process can be summarized in:
•
Heating: To heat a sample and a masters of nearly 12 cm3, you have to heat entire mass of the hot
plates (with large thermal capacity) and this requires 10 or more minutes.
•
Application of pressure: nearly 50-100 bar
•
Diffusion: Time depends of size and shape of the structures, material viscosity etc. (5-10 minutes)
•
Cooling: The cooling process requires 5 or more minutes. When temperature is under Tg (about
20°C) is possible to release the pressure.
In conclusion a typical Thermal NIL needs 20-30 minutes for any sample (plus preparation time of sample
and master)[1].
With ultra fast process the heating is obtained by dissipating the energy of a short pulse of current flowing as
a uniform sheet in a resistive layer buried just below the micro-structured surface of the stamp. With short
duration pulses (in the range of 1-100 us), it is possible to heat efficiently the stamp surface and the resist
film by heat diffusion, without heating the entire stamp substrate [2].
[1] “Nanoimprint lithography: An old story in modern times? A review” Helmut Schift, Journal of Vacuum
Science & Technology B 26, 458 (2008)
[2] “Fast thermal nanoimprint lithography by a stamp with integrated heater” Massimo Tormen et al. ed.
Elsevier, Microelectronic Engineering 85 (2008) 1229-12932
Objectives for the three years
•
Study of technological aspects of ultrafastNIL.
•
Nano structuring of various materials:
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
225
•
o
Dielectric materials
o
Biological materials
o
Metals
o
Glass
o
Papers
o
Woods
o
Tissues
Characterisation of chemical and physical alterations of nano structured (with ultrafastNIL)
materials.
.Objectives for the first year
•
Design and assembly of new machine for ultrafastNIL
•
Studies and test of electrical contacts.
•
Testing on some materials (Polymers, Metals, Glass)
Research project
2014
Activity
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
Working Plan 1: Design and assembly of new machine
Task 1.1: Executive drawings
Task 1.2: Assembling process
Working Plan 2: Studies and test of electrical contacts
Task 2.1: Normal contacts
Task 2.2: Assembly of master's contacts soldering station
Task 2.3: Back side contacts
Task 2.4: Recessed contacts
Working Plan 3: Testing on materials
Task 3.1: Polymers
3.1.1: PC
3.1.2: PMMA
3.1.3: PDMS
3.1.4: PET
3.1.5: PVC
3.1.6: ABS
Task 3.2: Metals
Task 3.3: Glass
Task 3.4: Other materials
Educational Activity foreseen
•
Period of study (duration: 6 months) at one research institute or University of EUA (European
University Association).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
226
GIULIO PIPAN
Email: [email protected]
Title of the thesis: Printed Electronics: study of photon-matter interactions and electron mobility in organic
semiconducting single crystals printed on nanostructured substrates.
Laboratory: Small Lab (Sincrotrone-Elettra); Nanotechnology lab (UNITS, ed. B, 2nd floor, room 209ST)
Supervisor: Alessandro Fraleoni Morgera
Tutors (if any):
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Organic semiconducting materials form the basis for state of the art flexible electronic devices and continue
to attract great deal of attention due to their exceptional electronic and optoelectronic properties [1]. Organic
semiconducting crystals are one of the special types of organic semiconductors, exhibiting high chemical
purity with defectless structure and thus unique electronic properties. Evidently, the charge mobility in
devices with organic crystals has already surpassed the same that of devices with amorphous silicon [2]. In
addition, anisotropic (direction dependent) electronic and optical properties of organic semiconducting single
crystals (OSSCs) are one of the notable features, which make these materials attractive for a range of
electronic\optoelectronic applications [3].
Probing the interactions of electromagnetic radiation with organic semiconducting materials is pivotal to
promote organic materials to next generation electronics [4,5]. Hitherto, most of the works concern the
interaction of photons of visible and non-ionizing radiation with organic materials. Recently, we reported
highly sensitive ionizing radiation (such as X-ray) detectors with OSSCs and demonstrated their viability for
practical applications [2]. OSSCs are particularly suitable for this purpose due their beneficial features such
as i) solution based preparation strategy and processability; ii) linear response to ionizing radiation with wide
energy range; iii) high reproducibility; iv) significantly short response time (< 70 ms); v) air, oxygen, and
photostable.
Presently, OSSCs are grown using solution-based techniques like vapor diffusion, solvent evaporation,
slow cooling and supercritical solvent methods [6]. The solvent evaporation method is one of the facile
methods to prepare crystals, which allows to exploit printing techniques, such as ink jet printing, well suited
to practical applications [7]. Ink jet printing is a cost-effective and industrial technique to print materials over
large areas. However, preparation of suitable inks for single crystals growth with appropriate physical
characters (viscosity, solvent polarity, temperature, additives or pigments, etc.,) for printing processes is a
bottleneck for their wide applications [8]. Thus, developing and comprehending the methods to print OSSCs
on a variety of substrates, including nanostructured matrices, is highly demanding to prepare flexible,
efficient and low-cost ionizing radiation detectors.
Bibliography:
[1] S. R. Forrest et al., Nature, 2004, 428, 911
[2] B. Fraboni et al., Adv. Mater., 2012, 24, 2289
[3] D. Braga et al., Adv. Mater., 2009, 21, 1473
[4] J. Wang, J. Et al., J. Photochem. Photobiol. C, 2013, 17, 69
[5] M. Jørgensen. et al., Sol. Energ. Mat. Sol. C., 2013, 119, 84
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
227
[6] Hui Jiang et al., MRS Bullettin, 2013, 38, 28
[7] H. Minemawari et al., Nature, 2011, 475, 364
[8] A. Singh et al., Cryst. Eng. Comm., 2011,13, 24
Objectives for the three years
The main objectives of my research works are,
•
Developing a strategy to print organic crystals on conventional substrates.
•
Developing and optimization of methods to prepare ink with appropriate organic molecules, suitable
for ink jet printing.
•
Printing OSSCs on conventional substrates and nanostructured matrices.
These objectives will be achieved in collaboration with my colleague Dr.ssa Mirta Sibilia, who works
simultaneously on solution based crystal growth strategies.
Objectives for the first year
The objectives of my research work during year I are,
•
Screening of OSSCs suitable for X-ray detection, based on literature reports.
•
Establishing appropriate conditions to print organic molecules using ink jet printer.
•
Developing strategies to prepare suitable OSSCs based inks for ink jet printing.
Research project
The foreseen research activities during my PhD program have been divided into no. of tasks for the ease of
monitoring the progress of the research. Each task has a specific objective and share equal importance with
others. The tasks are the following:
Task 1: Literature survey on OSSCs, ionizing radiation detectors and printing technologies
Acquiring specific knowledge on OSSCs, detectors and ink jet printing is pivotal to carry out the
project, which also extends the boundaries of my subject expertise. This task will be carried out
primarily in the early stages of my research program and however, will be continued throughout the
project along with other tasks.
Task 2: Formulation and optimization of OSSCs based inks
OSSCs suitable for X-ray detectors will be screened and new inks, suitable for ink jet printer, will
be formulated with potential organic molecules forming single crystals. Further, the formulation
process will be optimized based on intrinsic and external properties of organic molecules and
substrates, respectively.
Task 4: Probing interactions between OSSCs and nanostructured substrates
Study of interactions between OSSCs and a variety of matrices is quintessential to monitor the
changes in electronic and optical properties of the printed organic molecules, which indirectly
determines the efficiency of the devices. Thus, these interactions will be probed with optical,
microscopic and electrochemical analytical techniques.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
228
Task 5: Fabrication of prototype detector devices
The know-how obtained from above tasks with be exploited to fabricate prototype detector devices
based on OSSCs and nanostructured matrices through ink jet printing method.
Task 6: Preparation of PhD thesis
The whole research activities carried over and results obtained during my PhD research period will be
compiled and written appropriately.
Gantt chart describing the schedule of each planned tasks with in the course duration is given below
Year I
Year II
Year III
Task 1
Task 2
Task 3
Task 4
Task 5
Task 6
Educational Activity foreseen
During my first year I must to learn how to create good inks for Industrial printing, for this proposal I will
read all the books that I can find in library like:
-The Cemistry of Inkjet Inks ; Sholomo Magdassi ; World Scientific, 2010.
For the educational activity I would like to participate at the courses that are listed below:
-
Microscopies for Nanotechnology; Cojoc (IOM-CNR), Kiskinova (Elettra), Africh (IOM-CNR),
Vaccari (Elettra); 24h.
-
Molecular self-assembly and nanostructure; Morgante, Casalis, Pasquato, Scoles; 32h.
-
Rheology of Complex Systems; Prof. Romano Lapasin (this course is doing during the 2013 I
hope that is redo during this year); 20h.
-
Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento
(Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie); M. Fermeglia, V. Sergo; 8h.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
229
CANDIDATE MIRTA SIBILIA
Email: [email protected]
Title of the thesis: Organic semiconducting single crystals growth on nanostructured matrices
Laboratory: Organic OptoElectronics Laboratory
Supervisor: Dr Alessandro Fraleoni Morgera
Tutors (if any):
Research Activity foreseen
State of the art and motivation
Organic semiconductors are organic materials that display electronic and optical properties similar to
conventional inorganic semiconductors (as Silicon, Gallium, etc.), with an actual bandgap. Their
characteristic features such as abundance, ease of processability and environmentally benign nature are
highly demanding and show significant potential to produce transparent, flexible, high throughput, low-cost
electronic/optoelectronic practical devices.
Organic semiconductors have been studied for decades and they form the basis for the production of organic
photovoltaics (OPVs), organic light emitting diodes (OLEDs) and organic field effect transistors (OFETs). In
OFETs, the organic semiconductor layer is constituted by either a thin film (Thin Film Transistors, TFTs),
essentially a polycrystalline layer, or a single-crystal (SC-FETs). A decade of research in TFTs has produced
impressive results in terms of charge mobility. However, further progress is limited by the morphology of the
polycrystalline thin layer: disordered molecular orientation and grain boundaries affect the charge mobility
and many other device characteristics, limiting the potential application of these devices. On the other hand,
single crystals have been intensively studied in recent years, allowing significant progresses in the
performances of SC-FETs and, in addition, permitting a deeper comprehension of the charge transport
mechanisms. In particular, the devices fabricated using OSSCs show carrier mobilities exceeding tens of cm2
(Vs)-1 , greater than an order of magnitude that of the best TFTs. Moreover, the SC-FETs are characterized by
an unprecedented level of performance and reproducibility for OFETs. Thus, OSSCs are now viewed as
practical and commercially viable components for electronics device like transistors and sensors. Among
several potential applications of OSSCs, the most explored ones are OFETs, but recently an interesting
possibility for a practical use of OSSCs also in the field of ionizing radiations has been described. However,
before being able to actually use OSSCs in practical devices, a number of hurdles have to be overcome, like
obtaining single crystal outside the quasi-equilibrium conditions. Achieving this may offer possibilities to
exploit OSSCs in industrial level devices productions.
Objectives for the three years
The main project goals are:
• comprehension of the single crystal growth mechanism and its dependence of chemical-physical
parameters such as operable temperature range, solution composition and concentration, viscosity, etc,
• Understanding and manipulation of the relation between molecular structure and the functional properties
of the OSSCs,
• Investigation of the influence of nanostructured surfaces on the crystal growth;
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
230
The so-gained know-how will be used to grow single crystals on defined locations in nanostructured matrices
and also to realize OSSCs matrix on flexible substrates, that could be used as a novel X-rays detector with
functionalities up to now not available with conventional systems.
Objectives for the first year
The main objective of the first year is to grow OSSCs from solutions and to establish standard procedures.
This can be achieved by tuning:
• internal solution parameters (temperature, concentration, solvent polarity, additives, viscosity, etc.,)
• external solution parameters (interactions between solvents/substrates, surface properties of the
substrates, shape of the substrates, etc).
The so-obtained formulations will be used to grow self-standing single crystals that will be tested for X ray
response.
Research project
A first step of crystal screening will be carried out by growing the crystals with lab-scale methods (like slow
solvent evaporation in closed vessels). The crystal growth process will be carefully studied by controlling
various parameters such as, structure and functional groups of organic molecules, solvents, temperature, and
concentration to prepare single crystals with appropriate functional and electronic properties, suitable for
detector devices. The so-obtained data will be carefully analyzed, in an attempt to establish growth models
for functional OSSCs. The photophysical and electrical properties of these crystals will be also investigated
using various spectroscopic and electrical characterization techniques, aiming at exploring possible crystal
structure/functional property correlations. In order to validate the so-acquired knowledge, prototypes of Xrays detectors based on the most promising crystals (in terms of electrical/optical properties) will be
fabricated and tested.
A more detailed definition of the project organization is shown in the following Gantt’s diagram:
ACTIVITY
1°YEAR
2°YEAR
3°YEAR
T_1
T_2
T_3
T_4
T_5
where T_1, T_2, T_3, T_4 and T_5 are the Tasks, that will be pursued spanning the temporal frame defined
above.
T_1: screening of organic molecules suitable for crystals growth from solution and setup of a crystal library
T _2: investigations over the role of nanostructures-modified substrates in promoting/affecting crystal
growth
T_3: fundamental characterization of the selected crystals
T _4: Modelling of the crystal growth
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
231
T _5: Writing the PhD thesis. The data obtained will be carefully analysed and processed, and the PhD thesis
will be written.
Educational Activity foreseen
PROFESSOR
LESSON
PhD SCHOOL
HOURS
F. Parmigiani
A. Goldoni
Advanced Spectroscopy of Solids
Corso di Fisica delle superfici
PHYSICS
PHYSICS
32
16
Gestione della ricerca e della
conoscenza dei sistemi di ricerca e dei
sistemi di finanziamento
NANOTECHNOLOGY
n.r.
Microscopies for Nanotechnology
NANOTECHNOLOGY
16
Molecular self-assembling and
nanostructures
NANOTECHNOLOGY
24
M. Fermeglia,
Sergo
V.
Cojoc (IOM-CNR),
Kiskinova (Elettra),
Africh (IOM-CNR),
Vaccari (Elettra)
Morgante,
Pasquato,
Casalis,
Scoles
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
232
Name: CRISTIAN ALEXANDRU TACHE
Email: [email protected]
Title: Associating ferroelectrics and graphenes for nano-catalysis
Laboratory: Surface Science Laboratory, Elettra-Sincotrone Trieste
Supervisor: Prof. Alessandro Baraldi
The main purpose of this Project is to investigate the potential for catalysis of ferroelectric
surfaces in combination with graphene, in order to provide relevant information about chemical and
physical properties (e.g. adsorption energies, bond strengths, energetic barriers, reaction pathways,
selectivity) for practical applications in industrial processes. Associations with more complex
systems, such as standard nanoparticles used in catalysis (Au, Pt, Pd) or in photocatalysis (TiO2)
will also be foreseen.
As prototype substrates, we intend to work mainly on PZT and BTO synthesized by pulsed
laser deposition. As tests of applicative potential, once a remarkable catalytic process will be
identified and explained, we will turn towards less expensive preparation processes of ferroelectrics,
such as ceramic sintering or sol-gel techniques.
Analysis will be primarily performed by using high-energy resolution photoelectron
spectroscopy at the SuperESCA beamline of Elettra, with its extensions such as photoelectron
diffraction for precise assessment of adsorption geometries and local modifications of the substrate,
or angle-resolved ultraviolet photoelectron spectroscopy for experimental investigations of the band
structure. Molecular reactions will be assessed also by photoelectron spectroscopy combined with
mass spectroscopy.
There is also potential for investigations of photocatalytic properties of ferroelectrics since
uncompensated ferroelectric layers act as a natural charge separator and concentrator towards the
surface; therefore, chemically active electrons or holes last longer and are present in larger
concentrations at the surfaces. This is practically eased to be achieved in a vacuum chamber
connected to a synchrotron radiation beamline, by using an additional UV lamp together with the Xray beam for investigation.
A second aim of this Project is to associate noble metal nanoparticles with ferroelectric
surfaces. It’s seems like small nanoparticles may have ionization energies considerable below the
Fermi energy of the substrate; therefore negatively charged nanoparticles may be obtained readily.
But this process needs to be investigated in more details, by size selection of nanoparticles prior to
their deposition on the substrate. A source of size selected clusters, which is currently under
development at the Surface Science Laboratory of Elettra, will be used, and the obtained isolated
nanoparticles deposited on surfaces will be investigated by photoelectron spectroscopy, to assess
their charge state, and by microscopic investigations (SPM, SEM) to derive their dimensions and
size distribution. Once these systems will be characterized, the same test reactions will be used to
account for their catalytic performance.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
233
In present we observed that is not so easy to grow graphene on an ferroelectric substrate
with the existing tools from the SuperESCA and the Beam Epitaxy Cluster-system of the Romanian
Institute of Material Phisycs which has been recently transferred to Trieste. So, in the first year of
PhD program we will try to design and characterize new carbon evaporators based on solid graphite
using annealing techniques for growing graphene.
This new system we will try to test not on the ferroelectric substrate but on a variety of
metallic substrate such as Ir, Ru, Pt, etc. for which methodologies are well known. Firstly we will
try to grow single layers on this substrate and then we will try to test growing double layers of
graphene on the iridium and ruthenium substrate, a process which is inhibited by using the standard
procedure of hydrocarbon dissociation.
With this tests we will try to make a main idea for understanding the growing mechanism of
graphene, with the new growing devices, on the ferroelectric substrate, which is the main focus for
this project.
In conclusion, my Project aims to investigate the catalytic properties of (i) ferroelectric thin
layers, which will be prepared in Trieste (SuperESCA beamline and Surface Science Laboratory at
Elettra-Sincotrone Trieste) and at the National Institute of Materials Physics-Romania; (ii) graphene
layers, with its variants such as GO, rGO and nitrogen-doped graphene; (iii) associations of
graphene with ferroelectrics. Eventually, oxide nanoparticles or noble metal clusters will be
associated, with the aim of increasing their catalytic activity by tuning their ionization states. Efforts
will be made to synthesize size selected nanoparticles and, globally, all experiments will aim to
understand the interplay between catalytic activities and molecular reaction pathways and the
structural and electronic properties of surfaces, as investigated by photoelectron spectroscopic
techniques and by scanning probe microscopy.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
234
CANDIDATE LUCA VIALE
Email: [email protected]
Cellphone: 3407874302
Title of the thesis: Comprehension of the mechanisms which governs the effects of nano-materials towards
biological systems
Comprensione dei meccanismi che governano effetti potenzialmente negativi dei nanomateriali nei
confronti dei sistemi biologici
Laboratory: ISTEC – CNR, Faenza; MOSE, Università degli Studi di Trieste, Trieste
Supervisor: Prof. S. Pricl, Università degli Studi di Trieste, Trieste
Tutors (if any): Dr. A. L. Costa, ISTEC – CNR, Faenza
Dr. D. Gardini, ISTEC – CNR, Faenza
Dr. M. Blosi, ISTEC – CNR, Faenza
Research Activity foreseen
State of the art
It is known that nanoparticles behave differently in living organism than larger, bulky, particles and it is
important to study their behavior for understanding their effects on the human health. Many authorities have
raised concerns about the risks involved in nanomaterials diffusion. Most think that the state of knowledge
with respect to the actual risks of nanotechnology is incomplete; so the common effort of scientists,
regulatory bodies and industrial stakeholders aims to reject the fear of a “technological fiasco” like asbestos
[1].
In conventional particle toxicology the dose is defined by mass or concentration of particles per unit tissue or
per number of cells or surface area of cells in cell culture, whilst for nanotoxicologists structural and surface
chemistry properties become extremely important towards the definition of new biological effective doses
(BED). Any research on structure–toxicity relations must comprise the assessment of properties affecting
biological reactivity, in order to identify BED and support the development of risk management and
regulatory measurements [2].
Among structural factors such as surface area, size, shape, more factors should also be considered,
completing the set of structural alert properties [3]:
•
Nature and behavior of the coating material used in the manufacturing or engineering process;
•
Surface charge, governing electrostatic interactions between particles and tissues;
•
Chemical nature of surface groups, governing particle agglomeration and surface adsorption
phenomena;
•
ROS and ions release reactivity;
•
Aggregation degree: zeta potential or the presence of biomolecules, such as proteins and
glycoproteins, with surfactant effects, may, either stabilize dispersions or induce agglomeration.
[1]
S.M. Friedman, B.P. Egolf: “Nanotechnology: Risks and the Media”; IEEE TECHNOLOGY AND SOCIETY MAGAZINE,
WINTER 2005
[2]
K.Donaldson, C.A. Poland: “Nanotoxicity: Challenging the myth of nano-specific toxicity”; Unpublished manuscript, 2013
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
235
[3]
I.Malsch, C.Emond: “Nanotechnology and Human Health”; Boca Ranton, CRC Press, 2014
Objectives for the three years
The aim of this research is to give a better comprehension of the nanomaterials bioactivity by investigating
their structural properties in order to support the design of engineered nanomaterials with reduced
toxicological aspects and therefore provide safer nanomaterials (safety by molecular design approach). The
final objective is to assist the design and production of new, safer, nanomaterials, by providing tools able to
predict biological effects.
In order to do what above mentioned, these tasks will be carried on:
•
A meticulous study of nanomaterials properties;
•
A study of the biological response of different nanostructures;
•
Implementation of a model for computational multi-scale simulation;
•
Validation of this model in cooperation with the European projects: Safe Nano Worker Exposure
Scenarios (SANOWORK, FP7-280716) and Sustainable Nanotechnologies (SUN, FP7-604305).
Objectives for the first year
The first year will be dedicated to the collection of experimental data to be used in the modelling phase. In
particular the following activities are foreseen:
•
Synthesis or collection of a set of nanoparticles (e.g., metals and metal oxides), differing for some
leading structural properties, by different production methods;
•
Dry state characterization of nanopowders and nanosols, investigating different drying techniques, to
preserve structural properties of nanosols;
•
Characterization of dispersing state behavior of nanoparticles in different biologically relevant media
(distilled water, bovine serum, culture medium;
•
Investigation of protein “corona” coating;
•
Biological response of the target nanostructures, tested with different methods, e.g. ROS production
(oxidative stress analysis indicator), cytotoxicity assays, sub-lethal toxicological endpoints.
Research project
WP 1 Organization and Administrative management
The execution of the procedures related to the research activity. Logistics, supervision and communications
between different institutes, organization of training and dissemination activity.
Task 1.1 Training and dissemination activity
The following training activities are foreseen:
•
Lectures
During first 2 years is required the participation to 80 hours of lectures organized by the PhD Course
of Nanotechnology or offered by master courses.
•
Laboratory training
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
236
In order to acquire familiarity with new techniques and methodologies of interest, 40 hours of
laboratory practice outside the research group are required.
•
Meeting, School Conferences and Seminars
In the 3 years is required the participation to at least two schools for PhD students and one
conference/meeting/workshop. In addition, 30 hours of seminars organized by the University of
Trieste or other regional research institutions have to be carried out.
•
Period abroad (Optional)
In order to receive the "Doctor Europaeus" certification, is foreseen a period of at least 3 months of
research in another European country. During the 3 years is allowed a maximum period abroad of 18
months.
•
Teaching activity (Optional)
Up to 40 hours per year of teaching activity (lectures, laboratory support, seminars to master
students, …) may be carried out.
WP 2 Experimental Part
Task 2.1 State of the art
Purpose is to gather the basic information needed on the state of the art and the main techniques to be used
during the project.
Task 2.2 Synthesis, collection and physicochemical characterization of nanomaterials
In this task, many different suspensions of nanoparticles, known in the literature, will be synthetized (using
traditional and microwave assisted methods). The products will be characterized through a deep investigation
of their physicochemical properties in order to determine the structural differences. The characterization will
comprehend dry-state (SEM/TEM morphology, surface area, DTA-TGA, FT-IR, RAMAN, EDX, XRD) and
wet-state, in water and biological media (zeta pot vs pH, DLS, state of aggregation, ion release rate),
techniques.
Task 2.3 Tests of biological activities and identification of leading structural properties
In order to identify any trends that could support hypothesis on mechanism, in this task will be studied the
relationship between structural properties and the biological response given by some experimental tests.
WP 3 Modelling and Simulations
Task 3.1 State of the art
Purpose is to gather the basic information needed on the state of the art and the main techniques to be used
during the project.
Task 3.2 Multi-scale modelling applied to the nano/bio interphase reactivity
A multi-scale modeling approach will be applied to pick out the structure properties - toxicity of selected
nanomaterials in order to foresee or evaluate the impact of nanoparticles on human health, improving
knowledge at the base of nano-bio interaction mechanisms.
Task 3.3 Validation of the selected models
The results of the computational study, assisted by experimental data, will be validated through comparison
of the results in cooperation with the European projects: Safe Nano Worker Exposure Scenarios
(SANOWORK, FP7-280716) and
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
237
Graduate Student ZANUT ALESSANDRA
Email: [email protected]; [email protected]
Laboratory: CNR-IOM, TASC Laboratory
Title of the thesis: “Development of microarrays for proteic and genetic screening with
electrochemiluminescence transduction scheme” - “Sviluppo di microarray per screening genetici e
proteici con schema di trasduzione elettrochemiluminescente”
Supervisor: Massimo Tormena
Tutors (if any): Virgilio Francescaa
Research Activity foreseen
State of the art and motivations
The synthesis of new nanostructured materials and the study of their physico-chemical properties compared
to those of macroscopic samples of the same materials are attracting increasing interest in modern science.
The transition between bulk and molecular scales often leads to dramatic changes in the properties of a
material, which can be interesting for the practical applications in a variety of areas.1,2 One of them is the
development
of
sensor for
environmental, chemical and
biological
applications.
In particular, the
development of chemical nanosensors based on electrodes with critical dimensions in the nanometer range,
have shown to improve the sensitivity (lower limits of detection) compared to non-nanostructured sensors.3
Chemical sensors are self-contained devices able to provide chemical or biological information as a signal
(typically, optical or electrical) generated by a transducer in strict proximity with a biorecognition layer.4
Electrochemical transducers have often been used for detecting DNA hybridization due to their sensitivity,
small dimensions, low cost, and compatibility with micro-manufactoring technologies.5-6 In these devices, a
change in the redox state of the biorecognition/analyte system related to the biorecognition event, produces a
change in an electrochemical quantity which can be monitored by classical electroanalytical techniques. By
employing nanotechnology to work at the atomic and molecular level, we are able to modify the surface and
bulk properties of nanostructures with different physico-chemical and biological characteristics and to
miniaturize the sensor below the micrometer scale, using ordered arrays of nanoelectrodes (NEA).7 A NEA is
made by a very large number of very small ultramicroelectrodes confined in a rather small space, with a
density ≥108 electrodes/cm2. Nanoelectrode array are characterized for a dramatic lowering of double-layer
charging (capacitive) currents (that are the largest component of the noise, or more properly the background
signal of voltammetric measurements) and for their extreme sensivity to the kinetics of the charge transfer
process, which means capability to measure very high charge transfer rate constants.8-9
The ability of NEA to furnish well resolved cyclic voltamograms can allow to develop sensitive methods for
trace determination of redox species characterized by fast electron transfer kinetics.
The goal of this research is to obtain an array of nanostructured biosensors for biological molecules
recognition, and to produce an efficient but also affordable diagnostic device able to recognize different
target molecules (DNA, proteins, m-RNA). For this purpose, we want to fabricate Glassy Carbon (GC)
substrates from the pyrolysis of negative photoresist and to characterize it, especially regarding its
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
238
electrochemical properties. Carbon exists in various allotropic forms such as diamond, graphite, fullerenes,
nanotubes and graphene (a monolayer of graphite). Electrical, thermal and mechanical properties as well as
crystal structures of these carbon forms differ by sp3 or sp2 hybridization of carbon atoms. Carbon is very
interesting to many disciplines due to its wide ranging properties, as well as its abundance, and it has many
applications such as protective coatings, biomaterials, and electronic and mechanical devices. In fact, various
fabrication methods for carbon nano- and microstructures have been proposed, which utilize polymer
precursors or photoresists, for low cost devices. 10-11-12
References
1
Bracht H., Nichols S.P., Walukiecwicz W., Silveira J.P., Briones F. and Hallet E.E. Nature 408, 67
(2000)
2
Gref R., Minamitake Y., Peracchia M.T., Trubetskoy V., Torchilin V. and Langer R. Science 263, 1600
(1994)
3
Moretto L.M., Panero S., Scrosati B., Ugo P., Nanomaterials 1, Ch.; ed. Lin Y. and Nalwa H.S 4, 87,
(2009).
4
A.J. Cunningham, Introduction to Bioanalytical Sensors, J. Wiley & Sons, New York, 1998.
5
Bakker, E.; Telting-Diaz, M. Anal. Chem. 74, 2781, (2002).
6
Gooding, J.J. Electroanalysis 14,1149, (2002).
7
Zamuner M., Pozzi Mucelli S., Tormen M., Stanta G. and Ugo P. Eur. J. Nanomed. 1, 33 (2008).
8
Ugo P., Moretto L.M., Bellomi S., Menon V.P. and Martin C.R. Anal. Chem 68, 169 (1996)
9
Sabatani E. and Rubinstein J. J. Phys. Chem. 91, 6663 (1987).
10
Schueller O J A, Brittain S T and Whitesides G M Sensors Actuators A 72,125–39, 1999.
11
Rahman S and Yang H Nano Lett. 3, 439–42, 2003.
12
A. Mardegan, R. Kamath, S. Sharma, P. Scopece, P. Ugo, M. Madou J Electrochem Soc, 160 (8)
(2013).
Objectives for the three years
This project has already been initiated, using Bored Doped Diamond (BDD) as the conductive layer.
The aim of the research is to replace this expensive material with glassy carbon substrate obtained from the
pyrolysis of negative photoresist, but also to obtain multi-analyte detection, functionalizing local spot with
different molecular probes. So far we have focused mainly on the recognition of DNA target, in particular on
HPV virus DNA sequence. Future work will focus on optimize the functionalization of our array with other
biological molecules for diagnostic purposes, for example transglutaminase for the diagnosis of celiac
disease, but also for alternative purposes as biomonitoring of plant species through the functionalization with
marker proteins.
Objectives for the first year
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
239
• Optimization of fabrication parameters for glassy carbon production and realization of GC based
NEAs.
• Setup of the instrumentation.
• Measurements of the electrochemical properties and evaluation of the analytical behaviour of the
bio-nanosensors.
Research project
This project has
already been
initiated, using Boron
Doped
Diamond
(BDD)
as
the conductive
material and polycarbonate as the polymer-insulating coating. This setup has shown some issues related to
the binding of DNA on the insulating surface. Consequently, after a bibliographic research to evaluate
possible substitute materials for the fabrication of arrays of nanoelectrodes and a period of training on the
instrumentation used, the work will continue through the following steps:
Switching from
Boron
Doped
Diamond
to
Glassy
Carbon
as
conductive
material
to ensure a reduction in costs, in order to obtain a wide diffusion and use of the sensor.
Optimization of the materials (the conductive layer and the polymeric film), in order to ensure high
efficiency of electron
transfer
and
optimum surface
functionalization
with biological
molecules. During this phase we will also optimize the parameters for lithographic techniques on the
selected materials.
Electrochemical characterization of obtained nanosensors , and studies of electrochemiluminescence,
using the electroactive complex (tris(2,2’bipyridyl)ruthenium(II)) , to couple our electrochemical
sensors with electrochemiluminescence signal, and therefore lower the detection limit and simplify
the detection setup.
Functionalization of nanobiosensors with biological molecules (DNA,proteins, mRNA or shortRNA) to verify its applicability in the field of molecular recognition.
Educational activity foreseen
Course on "Elettrochimica" (Bachelor of Science in Chemistry, held by Prof. C. Tavagnacco);
Short Winter School on Nano-and Biotechnology, 27-28 January 2014;
Study of books and reviews on the lithographic processes and biosensor evolution.
Attend to Nanotechnology courses from September.
I will spend six months at the Universités à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie et de Physique
de Bordeaux (ENSCPB) under the supervision of Professor Neso Sojic.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
240
1. M. Ganau, A. Bosco, A. Palma, S. Corvaglia, P. Parisse, L. Fruk, A.o P. Beltrami, D.
Cesselli, L. Casalis, and G. Scoles G. A Nano-Immuno-Assay for the Label-free Detection of
GFAP in Multicell Lysates, Integrative biology, sottomesso.
2. T. T. Nhat Le; F. Moda; H. N. Ai Tran; S. Aulic; S. Abounit; H. T. Tran; J. Narkiewicz; S.
Corvaglia; L. Casalis; A. Indaco; E. Maderna; G. Giaccone; S. Gustincich; C. Zurzolo; F.
Tagliavini; G. Legname. Horizontal transmission of synthetic human alpha-synuclein prions
in mice, PLOS One, sottomesso.
3. “Are two better than one? A novel double-mutant KIT in GIST that responds to Imatinib.”
Conca E, Miranda C, Dal Col V, Fumagalli E, Pelosi G, Mazzoni M, Fermeglia M, Laurini
E, Pierotti MA, Pilotti S, Greco A, Pricl S, Tamborini E. Mol Oncol, 2013, pii: S15747891(13)00043-4.
4. “Chemical, pharmacological, and in vitro metabolic stability studies on enantiomerically
pure RC-33 compounds: promising neuroprotective agents acting as σ1 receptor agonists”
Rossi D, Pedrali A, Gaggeri R, Marra A, Pignataro L, Laurini E, Dal Col V, Fermeglia M,
Pricl S, Schepmann D, Wünsch B, Peviani M, Curti D, Collina S, ChemMedChem. 2013;
8(9):1514-27.
5. “Analysis of the molecular interactions of the potent analgesic S1RA with the σ1 receptor”
Laurini E, Dal Col V, Wünsch B, Pricl S Bioorg Med Chem Lett. 2013;23(10):2868-71.
6. “Primary and acquired resistance to Hedgehog inhibitor vismodegib through Smoothened
mutation in basal cell carcinoma” Bossi P, Perrone F, Cortellazzi B, Licitra L, Dal Col V,
Laurini E, Fermeglia M and Pricl S. JCO, submitted.
7. “Multiscale modeling of dendrimers and dendrons for drug and nucleic acid delivery”
Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Peng L, Smith DK, Klajnert B, Bryszewska M,
Caminade AM, Majoral JP, Fermeglia M, Karatasos K, Pricl S. Book “Dendrimers in
Biomedical Applications”, RSC.
8. Marchesi G, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Di Lenarda R, Cadenaro M,
Breschi L. The influence of ageing on self-etch adhesive: one-step vs two-step systems.
European Journal of Oral Sciences 2013;121:43-9.
9. Gong S, Epasinghe J, Zhang W, Zhou B, Niu LN, Ryou H, Eid AA, Frassetto A, Yiu CKY, Arola
DD, Mao J, Pashley DH, Tay FR. Synthesis of antimicrobial silsesquioxane-silica hybrids by
hydrolytic co-condensation of alkoxysilanes. Polymer Chemistry in press.
10. Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive
performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press.
11. D. Alfè, M. Pozzo, E. Miniussi, S. Günther, P. Lacovig, S. Lizzit, R. Larciprete, B. Santos Burgos, T.
O. Mentes¸, A. Locatelli, A. Baraldi, Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying,
Scientific Reports, 3, 2430 (2013).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
241
12. E. Miniussi, M. Pozzo, T. O. Menteş¸ M. A. Niño, A. Locatelli, E. Vesselli, G. Comelli, S. Lizzit, D.
Alfè, A. Baraldi, The competition for graphene formation on Re(0001): a complex interplay between
carbon segregation, dissolution and carburization.
13. “SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR
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15. “Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Infrared
Microspectroscopy of Living Cells” Elisa Mitri, Alessandro Pozzato, Giovanna Coceano, Dan
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G. Kurdi, B. Mahieu, N. Mahne, I. Nikolov, C. Masciovecchio, E. Pedersoli, G. Penco, L. Raimondi,
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Comunicazione al AACR-NCI-EORTC International Conference on Molecular Targets and Cancer
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2. “In silico prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to cancer targeted prevention”
Comunicazione al 1st Phd symposium FVG, Grado 7-9 ottobre 2013.
3. “In every dark cloud there is a silver lining: the role of S45F  catenin mutant in desmoid tumors”
4.
Dal Col V, Colombo C, Perrone F, Laurini E, Pilotti S, Gronchi A, Pricl S. Comunicazione al NMCC
(XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013
5. “Everything You Always Wanted to Know About Sigma receptor (But Were Afraid to Ask)” Laurini E,
Dal Col V, Marson D, Mamolo MG, Collina S, Wünsch B, Pricl S. Comunicazione al NMCC ( XXII
Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013.
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20. M. F. Bagnato, V. Angeloni, R. Curci, R. Di Lenarda,. Analisi morfologica di smalto e dentina in
pazienti affetti da Celiachia: analisi correlativa FEI-SEM/TEM. XX Collegio Nazionale dei Docenti di
Odontoiatria, Roma 2013
21. R. Curci, V. Angeloni, M.F. Bagnato, L. Breschi. Espressione di MMP-2 e MMP-9 nella dentina di
elementi decidui in pazienti affetti da Celiachia. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria,
Roma 2013
22. V Angeloni, R Curci, A Mazzoni, Campanella, M Bossù, A Polimeni. Espressione di MMP-2 e MMP-9
nella dentina di elementi decidui in pazienti affetti da Osteogenesi Imperfetta. XX Collegio Nazionale
dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013
23. A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, L TjaDerhane, R Di Lenarda, D Sheffel, FR Tay, DH Pashley,
L Breschi. Effect of carbodiimide on bond stability. International Association of Dental Research,
Seattle, USA, 2013.
24. A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, S Santi, R Di Lenarda, DH Pashley, L Breschi. Detection of
MMPs in the hybrid layer of etch-and-rinse adhesives. Continental European Division of International
Association of Dental Research, Firenze, 2013.
25. Poster alla “Nanomedicine School” con titolo “Chemotherapeutic-loaded anti-CD20 biodegradable
nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (10-11 Settembre 2013).
26. Poster al “55th Società Italiana Cancerologia (SIC) Annual Meeting” con titolo “Fludarabine-loaded
anti-CD20 biodegradable nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (23-26
Settembre 2013).
27. Poster al “7th Conference on Experimental and Translational Oncology (CETO 2013)” con titolo
“Immune biodegradable nanoparticles’ application in the diagnosis of CD20-positive B cell disorders”
(20-23 Aprile 2013).
28. “Local biomechanics of neoplastic and non-neao.plasric cells” D.Cojoc, F.Tavano, G.Coceano,
E.D’Este, G.Stanta, S.Bonin, Physical Biology of Cancer, Candiolo (TO), 7-10 Marzo 2013.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
249
29. “Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano,
Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta,
Serena Bonin, and Dan Cojoc, 9th European
Biophysics Congress EBSA2013, Lisbon 17-13 Luglio 2013.
30. Bonding effectiveness of chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G,
Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M. “IADR Meeting” Seattle, 19-23 Marzo
2013
31. Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G,
Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “XIX National Meeting of the College of Dentistry Teachers”.
Roma, 18-20 Aprile 2013
32. Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Paoletti S,
Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. “IADR- CED Conference”. Firenze, 4-7 Settembre 2013
33. Bonding effectiveness of a new universal simplified adhesive on dentin. Frassetto A, Diolosà M, Di
Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L.. IADR-CED Conference” Firenze, 4-7 Settembre 2013
34. Stability of the bond created by a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I,
Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “ADM Conference”. Vancouver, 9-12 Ottobre 2013.
35. SERS-based nanosensors for the sensitive detection of reactive oxygen species. Stefano Fornasaro,
Annalisa Vicario, Lovro Žiberna, Valter Sergo, Sabina Passamonti, Federica Tramer and Alois
Bonifacio, ET4H - 1° International Workshop on Protein Electron Transfer: from Fundamentals to
Applications for Health, Modena (ITA) 29-30 October 2013.
36. Bilitranslocase membrane transporter: a drug target studied in both animal and plant species. S.
Passamonti, F. Tramer, L. Žiberna, S. Fornasaro, J. Čvorović, M. Martelanc, M. Franko, U. Rajčević, A.
Bogožalec, T. Lukan, V. Čurin-Šerbec, E. Petrussa, E. Braidot, A. Vianello, Š. Župerl, M. Novič, 6th
Central European Conference “Chemistry towards Biology” Trieste (ITA), 10-13 October, 2013.
37. T. Ganbold, M. Antonelli, G. Biasiol, M. Di Fraia, S. Carrato,G. Cautero, R. H. Menk, Positionsensitive photon detectors based on epitaxial InGaAs/InAlAs quantum wells, EuroMBE 2013
Workshop, Levi (Finland), March 10-13, 2013.
38. El-Sayed, Afaf, Patrizia Borghetti, Elizabeth Goiri, Celia Rogero, Luca Floreano, Giacomo Lovat,
Duncan John Mowbray et al. "Understanding Energy-Level Alignment in Donor–Acceptor/Metal
Interfaces from Core-Level Shifts." ACS nano 7, no. 8 (2013): 6914-6920.
39. Ionescu A, Brambilla E, Cazzaniga G, Schneider-Feyrer S, Hahnel S. “Biofilm formation on composites
differing in resin and filler properties” Continental European Division meeting of the International
Association for Dental research, CED-IADR, Firenze, 4-7 Settembre 2013.
40. Hahnel S, Wastl D, Giessibl F, Schneider-Feyrer S, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A.
Streptococcus mutans biofilm formation on resin-based composites including S-PRG fillers Continental
European Division meeting of the International Association for Dental research, CED-IADR, Firenze,
4-7 Settembre 2013.
41. Hahnel S, Wastl D, Giessibl F, Schneider-Feyrer S, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A.
“Streptococcus mutans biofilm formation on chlorhexidine-containing dentin bonding agents”
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
250
congresso dell’ Academy of Dental Materials, ADM General Session, Vancouver, BC, 10-12 Ottobre
2013.
42. Pittia P., Martuscelli M., Sacchetti G., Piccone P., Neri L.. Release of aroma compounds in binary and
ternary carbohydrate model systems. 12th
International Symposium on the Properties of Water,
ISOPOW XI, Fiskebackil (Sweden), 19-23 August 2013.
43. Pittia P., Neri L., Cesàro A.. Flavour retention in carbohydrate amorphous matrices. 5th Int. Symposium
on “ Delivery of Functionality in Complex Food systems. Physically-inspired approaches from the
nanoscale to the microscale.” 30th September-3rd October 2013 (Haifa, IL).
44. Pittia P., Navarini L., Lonzarich V., Piccone P., Compagnone D. Study of the aroma characteristics of
coffee beverages added with different sugars by GC-MS and chemical sensor array fingerprinting 3rd
MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT).
45. Pizzoni D., Pittia P., Figuigui A.O., D’Alessandro N., Compagnone D. Evaluation of candies aroma
release through GC-MS and peptide-based Electronic-nose.
3rd MSFood Day 8-10 October 2013
(Trento, IT).
46. 18-20 giugno, “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal
cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A.,
Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti
S.; EuroNanoforum 2013, Dublino, Irlanda.
47. L. Wang, M. Bevilacqua, Y. X. Chen, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. Miller,
F. Vizza, "Electro-oxidation of alcohols on polycrystalline Pd promoted with the electrochemical
treatment: A study using cyclic voltammetry and in situ FTIR", CES 2013.
48. M. Innocenti, I. Bencistà, L. Becucci, F. Di Benedetto, S. Cinotti, L. Wang, A. Lavacchi, M. V.
Pagliaro, F. Vizza, C. Zafferoni and M. L. Foresti, "Electrodeposition of Semiconductors Thin Films
With Different Composition and Band Gap", 224th ECS Meeting.
49. F. Vizza, M. Bellini, M. Bevilacqua, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. A, Miller,
W. Oberhauser and L. Wang, "Highly Efficienty Palladium-Based ANODE Electrocatalyts For Direct
Ethylene Glycol and Glycerol FUEL CELLS", 224th ECS Meeting.
50. A. Lavacchi, S. Cinotti, M. Innocenti, L. Becucci, L. Wang, E. Banchelli and L. Luconi, "Silver
Electrodeposition From Ionic Liquids: Coatings Morphology and Mass Transport Issues", 224th ECS
Meeting.
51. Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Effects of beam pressure ratios on the Au-assisted MBE
growth of ZnSe nanowires on GaAs (111)B. 17th European Molecular Beam Epitaxy Workshop, tenuto
a Levi (Finlandia).
52. Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Diameter-dependent morphology of vapor-solid-solid grown
ZnSe nanowires, 7th Nanowire Growth Workshop, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)
Losanna, Svizzera.
53. Abstract e presentazione del poster: “Alterated iron metabolism in MeT5A mesothelial cells following
carbon nanotubes and crocidolite asbestos exposure”. Nanotechnology Summer School 2013, Trieste, 46 Settembre 2013.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
251
54. P. Capaldo, A. Gregorio, “Piccoli generatori eolici (<10 kWh) ad induzione elettrostatica per l’ambiente
urbano (il caso di Trieste)”. Agenzia Nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo
economico sostenibile (ENEA), in corso di stampa.
55. De Biasi M, Perilli A, Sossi D, Castaldo A, Angerame D. Microinfiltrazione in restauri iuxtagengivali di
II classe di premolari mascellari: sistema adesivo a tre passaggi versus sistema a un passaggio.
Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche “Evidenza scientifica
Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013.
56. Sossi D, De Biasi M, Marigo L, Castagnola R, Somma F, Angerame D. Microdurezza di quattro
compositi flowable dopo lucidatura con pasta all’ossido di alluminio a un passaggio: effetti
dell’invecchiamento a un anno. Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche
“Evidenza scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013.
57. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Sealing ability of two adhesive
systems in Class II cavities. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental European Division of
the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the Scandinavian Division,
Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 236.
58. Angerame D, Sossi D, De Biasi M, Cattaruzza M, Castaldo A. Surface roughness of a microhybrid
composite polished with abrasive pastes. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental
European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the
Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 414.
59. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Franzò A, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Smear layer and
debris remaining after instrumentation with Mtwo and Alpha Kite rotary files: a scanning electron
microscopy study. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):29.
60. Angerame D, Sorrentino R, De Biasi M, Zanetel G, Sossi D, Cattaruzza M, Zarone F. Fracture
resistance of bonded fibre post with different shape and taper: conventional versus conservative
approach. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):33.
61. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Microdurezza in superficie e in
profondità di MTA esposto ad ambiente acido. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE
“Endodonzia: problemi e soluzioni”, Turin, November 7th – 9th, 2013, p. 34.
62. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Sorrentino R, Zarone F. Adattare il canale al perno o viceversa?
Resistenza a frattura di perni in fibra cementati. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE
“Endodonzia: problemi e soluzioni” Turin, November 7th – 9th, 2013 p. 57-8.
63. Patera, L. L.; Africh, C.; Bianchini F.; Peressi, M.; Comelli, G. Atomic scale identification of coexisting
graphene structures on Ni(111). Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. 2013.
64. “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical
treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L.,
Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.;
EuroNanoforum, 18-20 June 2013, Dublin.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
252
65. “Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M.,
Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; NanoMedicine
School, 10-11 September 2013, Trieste (Italy).
66. “Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M.,
Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; 1st PhD Symposium,
7-9 October 2013, Grado (Italy).
67. “Chemical coupling of butyric acid an hyaluronan: an innovative epigenetic agent”; M. Bosco, A. Sechi,
R. Gianni, M. Fabbian, F. Picotti, L. Stucchi, E. Marsich, P. Sacco and S. Paoletti; 3rd EPNOE
International Polysaccharides Conference, 21-24 Ottobre 2013, Nizza (Francia).
68. “Novel biomaterials in Tissue Engineering”; P. Sacco, E. Marsich, I. Donati, M. Borgogna, A. Travan
and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 Ottobre 2013, Grado (GO), Italia.
69. “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical
treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L.,
Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.;
EuroNanoforum 2013, 18-20 Giugno, Dublino, Irlanda.
70. “Novel adhesive strategies for biomedical applications”; Scognamiglio F, Travan A., Donati I.,
Campagnol D., Borgogna M., Marsich E. and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 October 2013, Grado
(GO), Italia.
71. C. Svetina, N. Mahne, L. Raimondi, L. Rumiz, M. Zangrando, E. Allaria, F. Bencivenga, C. Callegari,
F. Capotondi, D. Castronovo, P. Cinquegrana; P. Craievich, I. Cudin M.DalForno, M. B. Danailov, G.
D'Auria, R. De Monte, G. De Ninno, A. Demidovich, S. Di Mitri, B. Diviacco, A. Fabris, R. Fabris, W.
M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich, P. Furlan Radivo, G. Gaio, L. Giannessi, M.
Kiskinova, M. Lonza, B. Mahieu, C. Masciovecchio, I. P. Nikolov, F. Parmigiani, E. Pedersoli, G.
Penco, M. Predonzani, E. Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C.
Spezzani, M. Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando “Status
and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR FEL facility” SPIE
Optics+Photonics, Proceedings SPIE 8849 (2013).
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
253
9.
Elenco membri del Collegio Docenti
Componenti
BARALDI Alessandro
BERTI Federico
BONIN Serena
BRESCHI Lorenzo
CADENARO Milena
COMELLI Giovanni
DA ROS Tatiana
DE VITA Alessandro
DI LENARDA Roberto
DONATI Ivan
FERMEGLIA Maurizio
FORNASIERO Paolo
FRONZONI Giovanna
GAMINI Amelia
LUGHI Vanni
MACOR Paolo
MARSI Stefano
MARSICH Eleonora
MARZARI Roberto
MORGANTE Alberto
PASQUATO Lucia
PASSAMONTI Sabina
PRICL Sabrina
SBAIZERO Orfeo
SCAINI Denis
SCHMID Chiara
SERGO Valter
Ente appartenenza
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS.
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
UNITS
Membri esterni
AFRICH Cristina
IOM-CNR TASC
BERTONI Cristina
Electrolux
BIASIOL Giorgio
LAB. TASC
CASALIS Loredana
ELETTRA Trieste
CASTRONOVO Matteo
CRO Aviano
CESARO Attilio
UNITS
COJOC Dan
LAB. TASC
DESCAMPS Mark
Univ. Lille 1.
FASSINA Ambrogio
UNIPD
FRALEONI MORGERA Alessandro ELETTRA Trieste
KISKINOVA Maya
ELETTRA Trieste
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
Dipart.
SSD
FISICA
FIS/03
CHIMICA CHIM/06
SCMT
MED/34
DUCB
MED/28
DUCB
MED/28
FISICA
FIS/03
SC. FARM. CHIM/08
DI3
ING-IND/22
DUCB
MED/28
DSV
BIO/10
DI3
ING-IND/24
CHIMICA CHIM/03
CHIMICA CHIM/03
BBCM
CHIM/04
DI3
ING-IND/22
DSV
MED/04
DI3
ING.INF/01
DSV
MED/50
BIOLOGIA BIO/06
FISICA
FIS/01
CHIMICA CHIM/06
DSV
BIO/10
DI3
ING-IND/24
DI3
ING-IND/22
DSV
BIO/09
DI3
ING-IND/22
DI3
ING-IND/22.
Qual.
PA
RU
RU
PA
PA
PO
RU
PA
PO
RU
PO
PA
PA
RU
RU
RU
RU
RU
PO
PA
PA
RU
PA
PO
RU
PA
PO
CHIM/04
PO
MED/08
PO
254
LAZZARINO Marco
ONESTI Silvia
PRATI Ubaldo
RUBINI Silvia
SCOLES Giacinto
TOFFOLI Giuseppe
TORMEN Massimo
VACCARI Lisa
IOM-CNR TASC
ELETTRA Trieste
Fond. T. Campanella
IOM-CNR TASC
IOM-CNR TASC
CRO Aviano
IOM-CNR TASC
ELETTRA Trieste
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
P.OSP
P.Osp
255
10.
Pubblicazioni scientifiche del collegio docenti 2009-2013
Personale di ruolo nelle università italiane
1. Baraldi Alessandro
-
M. Scardamaglia, C. Struzzi, S. Lizzit, M. Dalmiglio, P. Lacovig, A. Baraldi, C. Mariani, M. G. Betti,
Langmuir 2013, 29, 10440-10447.
M. Scardamaglia, S. Lisi, S. Lizzit, A. Baraldi, R. Larciprete, C. Mariani, M. G. Betti, Journal of
Physical Chemistry C 2013, 117, 3019-3027.
J. M. Macleod, J. A. Lipton-Duffin, A. Baraldi, R. Rosei, F. Rosei, Physical Chemistry Chemical
Physics 2013, 15, 12488-12494.
L. Gragnaniello, F. Allegretti, R. R. Zhan, E. Vesselli, A. Baraldi, G. Comelli, S. Surnev, F. P. Netzer,
Surface Science 2013, 611, 86-93.
R. Balog, M. Andersen, B. Jørgensen, Z. Sljivancanin, B. Hammer, A. Baraldi, R. Larciprete, P.
Hofmann, L. Hornekær, S. Lizzit, ACS Nano 2013, 7, 3823-3832.
D. Alfè, M. Pozzo, E. Miniussi, S. Günther, P. Lacovig, S. Lizzit, R. Larciprete, B. S. Burgos, T. O.
Menteş, A. Locatelli, A. Baraldi, Scientific Reports 2013, 3.
S. Ulstrup, M. Bianchi, R. Hatch, D. Guan, A. Baraldi, D. Alfè, L. Hornekær, P. Hofmann, Physical
Review B - Condensed Matter and Materials Physics 2012, 86.
M. Satta, R. Flammini, A. Goldoni, A. Baraldi, S. Lizzit, R. Larciprete, Physical Review Letters 2012,
109.
F. Orlando, R. Larciprete, P. Lacovig, I. Boscarato, A. Baraldi, S. Lizzit, Journal of Physical
Chemistry C 2012, 116, 157-164.
E. Miniussi, E. R. Hernández, M. Pozzo, A. Baraldi, E. Vesselli, G. Comelli, S. Lizzit, D. Alfé, Journal
of Physical Chemistry C 2012, 116, 23297-23307.
S. Lizzit, R. Larciprete, P. Lacovig, M. Dalmiglio, F. Orlando, A. Baraldi, L. Gammelgaard, L. Barreto,
M. Bianchi, E. Perkins, P. Hofmann, Nano Letters 2012, 12, 4503-4507.
R. Larciprete, S. Ulstrup, P. Lacovig, M. Dalmiglio, M. Bianchi, F. Mazzola, L. Hornekær, F. Orlando,
A. Baraldi, P. Hofmann, S. Lizzit, ACS Nano 2012, 6, 9551-9558.
R. Larciprete, P. Lacovig, S. Gardonio, A. Baraldi, S. Lizzit, Journal of Physical Chemistry C 2012,
116, 9900-9908.
A. Cavallin, M. Pozzo, C. Africh, A. Baraldi, E. Vesselli, C. Dri, G. Comelli, R. Larciprete, P. Lacovig,
S. Lizzit, D. Alfè, ACS Nano 2012, 6, 3034-3043.
M. Scardamaglia, G. Forte, S. Lizzit, A. Baraldi, P. Lacovig, R. Larciprete, C. Mariani, M. G. Betti,
Journal of Nanoparticle Research 2011, 13, 6013-6020.
M. Pozzo, D. Alfè, P. Lacovig, P. Hofmann, S. Lizzit, A. Baraldi, Physical Review Letters 2011, 106.
E. Miniussi, M. Pozzo, A. Baraldi, E. Vesselli, R. R. Zhan, G. Comelli, T. O. Menteş, M. A. Niño, A.
Locatelli, S. Lizzit, D. Alfè, Physical Review Letters 2011, 106.
R. Larciprete, S. Fabris, T. Sun, P. Lacovig, A. Baraldi, S. Lizzit, Journal of the American Chemical
Society 2011, 133, 17315-17321.
A. Baraldi, L. Bianchettin, S. De Gironcoli, E. Vesselli, S. Lizzit, L. Petaccia, G. Comelli, R. Rosei,
Journal of Physical Chemistry C 2011, 115, 3378-3384.
R. R. Zhan, E. Vesselli, A. Baraldi, S. Lizzit, G. Comelli, Journal of Chemical Physics 2010, 133.
E. Vesselli, M. Rizzi, L. de Rogatis, X. Ding, A. Baraldi, G. Comelli, L. Savio, L. Vattuone, M. Rocca,
P. Fornasiero, A. Baldereschi, M. Peressi, Journal of Physical Chemistry Letters 2010, 1, 402-406.
E. Vesselli, A. Baraldi, S. Lizzit, G. Comelli, Physical Review Letters 2010, 105.
S. Lizzit, G. Zampieri, L. Petaccia, R. Larciprete, P. Lacovig, E. D. L. Rienks, G. Bihlmayer, A.
Baraldi, P. Hofmann, Nature Physics 2010, 6, 345-349.
S. Lizzit, A. Baraldi, Catalysis Today 2010, 154, 68-74.
E. Golfetto, A. Baraldi, M. Pozzo, D. Alfè, A. Sala, P. Lacovig, E. Vesselli, S. Lizzit, G. Comelli, R.
Rosei, Journal of Physical Chemistry C 2010, 114, 436-441.
E. Ferrari, L. Galli, E. Miniussi, M. Morri, M. Panighel, M. Ricci, P. Lacovig, S. Lizzit, A. Baraldi,
Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 2010, 82.
S. Colussi, A. Trovarelli, E. Vesselli, A. Baraldi, G. Comelli, G. Groppi, J. Llorca, Applied Catalysis A:
General 2010, 390, 1-10.
M. Bianchi, E. D. L. Rienks, S. Lizzit, A. Baraldi, R. Balog, L. Hornekær, P. Hofmann, Physical
Review B - Condensed Matter and Materials Physics 2010, 81.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
256
-
R. Balog, B. Jørgensen, L. Nilsson, M. Andersen, E. Rienks, M. Bianchi, M. Fanetti, E. Lægsgaard,
A. Baraldi, S. Lizzit, Z. Sljivancanin, F. Besenbacher, B. Hammer, T. G. Pedersen, P. Hofmann, L.
Hornekær, Nature Materials 2010, 9, 315-319.
S. Lizzit, Y. Zhang, K. L. Kostov, L. Petaccia, A. Baraldi, D. Menzel, K. Reuter, Journal of Physics
Condensed Matter 2009, 21.
S. Lizzit, A. Baraldi, C. Grütter, J. H. Bilgram, P. Hofmann, Surface Science 2009, 603, 3222-3226.
P. Lacovig, M. Pozzo, D. Alfè, P. Vilmercati, A. Baraldi, S. Lizzit, Physical Review Letters 2009, 103.
P. Lacovig, M. Pozzo, D. Alfe, P. Vilmercati, A. Baraldi, S. Lizzit, Physical Review Letters 2009, 103.
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Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
296
11.
Criteri di Valutazione della proposta di dottorato per il 29esimo
ciclo.
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
297
12.
Valutazione del corso di dottorato da parte del Nucleo di
Valutazione.
Considerazioni espresse dal Nucleo di Valutazione per la proposta di attivazione del 29esimo ciclo del Cprso
di Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie che hanno contribuito alla formulazione del giudizio sintetico
finale riportato nella sezione 1.
“Dottorato di consolidata tradizione nell'Ateneo di Trieste, caratterizzato da eccellente posizionamento su
tutti gli indicatori considerati. Dottorato caratterizzato da un ampio numero di SSD di diverse macroaree,
coinvolge in maniera molto efficace un ampio numero di competenze interdisciplinari molto ben integrate
nell'obiettivo di studiare e sviluppare le nanotecnologie.
Il livello di internazionalizzazione è apprezzabile sia in termini di collaborazioni in atto, sia di presenza di
studenti stranieri sia, inoltre, di diffusione dei risultati (congressi e pubblicazioni). Le attività didattiche
appaiono ben strutturate e consistenti con le tematiche del dottorato. Chiara la presentazione degli
obiettivi, funzionale l’organizzazione e buona l'attrattività dell’ultimo ciclo attivato.
I cofinanziamenti sono notevoli e apprezzabile risulta la disponibilità di strumentazione di ricerca di buon
livello, anche in considerazione delle collaborazioni in atto con altre realtà scientifiche del territorio.
Il dottorato si contraddistingue per produzione scientifica di alto livello, con notevole impatto
internazionale e sviluppata all'interno di significative collaborazioni.
Il collegio del dottorato presenta un numero ragguardevole di pubblicazioni di alto impatto su riviste molto
prestigiose. Il collegio ristretto è costituito da componenti estremamente qualificati con numerose
pubblicazioni di grandissimo impatto internazionale, mentre il collegio considerato nella sua completezza
risulta in parte eterogeneo per produzione scientifica. Partecipano al dottorato personalità provenienti dal
mondo industriale, il cui apporto potenzialmente importante nell'ambito di questo dottorato, non è di
facile enucleazione sulla base esclusivamente delle pubblicazioni.
L’organizzazione è particolarmente apprezzabile anche per la completezza del relativo sito web.”
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013
298