Relazione ScientificaAprile2011

Transcript

Università di Trieste
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie
Resoconto dell’attività 2010
Sommario
1.
2.
3.
Relazione scientifica riassuntiva .................................................................................................. 3
Elenco dottorandi, supervisori e titolo delle tesi .......................................................................... 6
Schede attività dottorandi............................................................................................................. 8
Dottorandi del 23 ciclo:.................................................................................................................... 9
Dottorandi del 24 ciclo: • ............................................................................................................... 28
Dottorandi del 25 ciclo: • ............................................................................................................... 64
4. Pubblicazioni dei dottorandi. ................................................................................................... 137
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Giudizi della commissione d’esame finale 2011 ..................................................................... 145
Elenco dei componenti del collegio docenti ............................................................................ 148
Pubblicazioni rappresentative del collegio docenti .................................................................. 151
Criteri di valuatazione delle scuole di dottorato ...................................................................... 188
Valutazione da parte del nucleo di valutazione dell’Ateneo .................................................... 191
Giudizi dei referee esterni per dottorandi ammessi all’esame finale ....................................... 192
Presentazioni dei dottorandi al congesso del 2009 .................................................................. 193
Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2010
1
Attività della scuola: situazione ad aprile 2011.
Questo documento contiene il dettaglio dell’attività didattico scientifica della scuola di dottorato in
nanotecnologie svolto durante l’anno 2010 fino ad aprile del 2011. Il documento si compone delle
seguenti parti:
1. Relazione scientifica riassuntiva (Executive summary)
2. Elenco dei dottorandi, supervisori e titolo tesi in corso.
3. Schede di attività dei dottorandi che hanno svolto attività continuativa nell’anno 2010.
Questa attività è stata presentata nel congresso di gennaio 2011 (vedi slides su CD allegato)
ed è riassunto per ogni dottorando nelle seguenti schede. Le schede si riferiscono ai
dottorandi in corso dei cicli 23, 24 e 25, non essendo alcun dottorando del ciclo 22 in
proroga.
4. Progetti dei dottorandi nuovi entrati nella scuola (26 ciclo). Questa attività non è stata
presentata in gennaio 2011 poiché non ancora definiti gli accoppiamenti dottorando – tema
di ricerca.
5. Riassuntivo delle pubblicazioni dei dottorandi..
6. Giudizi della commissione d’esame finale 2011.
7. Elenco dei componenti collegio docenti.
8. Pubblicazioni rappresentative del collegio docenti.
9. Criteri di valutazione delle scuole di dottorato.
10. Valutazione della scuola da parte del nucleo di valutazione riassunta in una tabella e rimandi
ad (allegati).
11. Giudizi dei reviewer esterni per i dottorandi ammessi all’esame finale (allegati).
12. Presentazioni dei dottorandi al congresso del 2011 (allegati).
2
1. Relazione scientifica riassuntiva
La missione della scuola di dottorato è di migliorare le conoscenze ed educare 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 e laureati in Agraria, mantenendo
e rafforzando la specificità della cultura di provenienza ed acquisendo la capacità di sviluppare la
propria ricerca in un quadro più ampio.
L’obiettivo principale della Scuola è di formare Ricercatori che sappiano progettare, costruire,
utilizzare e sottoporre a prove di funzionalità strumenti e dispositivi nano tecnologici, in grado di
rispondere alle crescenti e diversificate esigenze delle applicazioni. L'allievo “dottorato” di questa
Scuola sarà un professionista della ricerca e dello sviluppo tecnologico che sappia 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. La scuola è stata fondata nel 2006 a partire da un dottorato in
nanotecnologie.
Gli obiettivi delle ricerche sono i seguenti:
Sviluppo di nuove tecniche sperimentali per lo studio, la lavorazione, la manipolazione e la
visualizzazione su scala nanometrica di materiali nanostrutturati.
Sviluppo di tecniche spettroscopiche di rivelazione di singola molecola su substrati
nanostrutturati.
Studio delle relazioni tra la microstruttura e le proprietà dei materiali e ingegnerizzazione di
materiali nanostrutturati.
Sintesi di nanostrutture.
Applicazioni delle nanotecniche e nanostrutture a ricerche di interesse biomedico ed
energetico.
Modellizzazione molecolare multiscala di materiali e di fenomeni di interesse attraverso
tecniche di simulazione computazionale.
Salute umana con particolare attenzione allo studio ed al trattamento di tumori e malattie
degenerative.
Applicazione delle nanotecnologie nei settori medico, farmacologico, biomedico ed
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, come da seguente tabella:
3
n.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Tipologia del soggetto
Istituto/Ente di Ricerca non
accademici (compreso IRCCS)
Privato non di ricerca
Pubblico/Privato
PUBBLICO
Denominazione del soggetto
Sincrotrone Trieste S.C.p.A.
PUBBLICO
Laboratorio Nazionale TASC-IOM CNR
PUBBLICO
PUBBLICO
ICGEB – International Centre for Genetic
Engineering and Biotechnology
IRCSS Burlo Garofolo - Trieste
PUBBLICO
CRO Aviano
PUBBLICO
PUBBLICO
Istituto Nazionale dei tumori di Milano
Fondazione IRCSS
CNR - Institute of Chemistry of
OrganoMetallic Compounds
AIRC
PRIVATO
PUBBLICO
Indistrie Bracco
Fondazione Callerio - Trieste
PUBBLICO
Gli studenti di dottorato nel periodo in esame hanno svolto stage presso aziende ed enti di ricerca. I
più significativi sono i segnueti:
Stage in Italia
n.
Pubblico/Privato
1.
PUBBLICO
2.
3.
4.
5.
PUBBLICO
PUBBLICO
PUBBLICO
MISTO
6.
MISTO
Denominazione del
soggetto
Laboratorio Nazionale
TASC-INFM
Elettra Sincrotrone Trieste
IRCCS Burlo Garofalo
CRO Aviano
Centro Biomedicina
Molecolare (CBM)
Sincrotrone Elettra Trieste
Stage all'estero
n.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Denominazione del soggetto
Max Plank Institute - Halle
Università della Svizzera Italiana
University Poznan - Center for
nanotechnology
Ohio University, Athens (OH)
Technische Universität di Monaco di
Baviera
Soft Matter Physics Division - Leipzig
Paese
Germania
Svizzera
Polonia
Stati Uniti
d'America
Germania
Germania
Di seguito alcuni numeri rappresentativi dell’attività della scuola:
 n. di studenti (ad aprile 2011): 38
 Numero di diplomati nel 2011: 8
4




Numero di diplomati nel 2008: 9
Numero di diplomati nel 2007: 14
Membri del collegio docenti: 45
Enti di ricerca coinvolti nel dottorato:
oDipartimenti dell’Università di Trieste: 6 (in diminuzione per accorpamenti)
oEnti di ricerca esterni: 10
oAltre Università: 6
 Numero di pubblicazioni degli studenti:
oAnno 2007: 67
oAnno 2008: 68
oAnno 2009: 72
oAnno 2010: 105
 Numero di pubblicazioni di supervisori e tutors (2005-10): 891
 Risorse finanziarie (per anno): 650.000 euro
 Ultima valutazione complessiva del nucleo dell’Università di Trieste: A+ (Ottimo)
I criteri usati per la valutazione interna sono stati quelli suggeriti dal Ministero, accompagnati da
criteri interni all’Ateneo. Questi criteri sono descritti di seguito in questo documento in modo
dettagliato. I principali indicatori utilizzati dal nucleo che hanno permesso la valutazione in classe
A+ sono:
 produzione scientifica del Collegio Docenti;





congruo numero di docenti dell’Ateneo coinvolti nel collegio;
rapporto del dottorato con il mondo del lavoro;
attrattività del dottorato nelle precedenti edizioni;
livello di soddisfazione dei dottorandi;
produzione scientifica dei dottorandi ed iniziative esistenti di pubblicizzazione e referaggio
delle tesi di dottorato;
 adeguata formulazione delle tematiche scientifiche e degli obiettivi formativi,
 riduzione della frammentazione dei corsi di dottorato;
 accuratezza delle informazioni fornite per la valutazione.
5
2.Elenco dottorandi, supervisori e titolo delle tesi
Dottorando Ciclo Supervisore
AMBROSINI
25 RUBINI Silvia
Stefano
BIDOGGIA Silvia 25 PASQUATO
Lucia
CARGNELLO
24 FORNASIERO
Matteo
Paolo
CASSESE
26 LAZZARINO
Damiano
Marco
CERVELLATI
26 BRESCHI
Fabio
Lorenzo
SSD
FIS/01
CHEN Yan Xin
CHIM/03
CORVAGLIA
Stefania
COZZARINI Luca
DAL COL
Valentina
D'ESTE Elisa
ERA Daniel
FIOR Raffaella
FRASSETTO
Andrea
GANAU Mario
GIORGIS
Valentina
LANZILOTTO
Valeria
LOGHI Stefano
LUCAFO'
Marianna
LUISI
Immacolata
MARINI Monica
25 FORNASIERO
Paolo
26 CASALIS
Loredana
24 LUGHI Vanni
26 PRICL Sabrina
CHIM/06
CHIM/03
FIS/03
MED/28
FIS/03
INGIND/16
INGIND/24
FIS/01
Titolo Tesi
Sintesi di nanostrutture di semiconduttori e loro studio
mediante luce di sincrotrone.
Gold nanoparticles as carriers for drug delivery
applications
Tailored nanoarchitectures based on transition metals for
heterogeneous catalysis
Design and realization of nanoelectromechanical and
plasmonic devices for Raman spectro-microscopy
Effect of nano-structured titanium implant and
biomaterial on preservation of alveolar bone in
extraction sockets
Nanostructured Titanium Dioxide Based Materials for
Photocatalysis and Phototelectrocatalysis
Shaping substrates at the nanoscale for single cell
characterization
Quantum dot-based materials
In silicio prediction of drug resistance: from cancer
targeted therapy to cancer targeted prevention
24 MORGANTE
Bio-sample environment manipulation using advanced
Alberto
microscopy techniques
24 GIRALDI Tullio BIO/14 Nanotechnology application in pharmacogenetic research
24 SBAIZERO
INGIonic channel behavior: development of a novel, non
Orfeo
IND/22 destructive method for mechanical and electrical analysis
of a single cell
26 CADENARO
MED/28 Nanostructural analysis of the adhesive interface in
Milena
dentistry
25 SCOLES
FIS/03
Nanotechnology applications in quantitative
Giacinto
neuroscience: proteomics assessment of astrocyte
stressing and neuronal plasticity
25 ROMANATO
FIS/03
Development, design and characterization of
Filippo
Metamaterials with negative refractive index
24 MORGANTE
FIS/01
Self assembly and charge transfer properties of thin
Alberto
organic films at metal surfacese
26 ANGERAME
MED/28 Microscopic and ultramicroscopic evaluation and
Daniele
optimization of material-tissue interface in dentistry
25 SAVA Gianni
BIO/14 Study of carbon nanostructures as carriers for drugs for
cancer chemotherapy.
24 BERTI Federico BIO/06 Identification of novel protein scaffolds for binding of
small molecules
24 FIRRAO
AGR/12 Implementation of simple logics in bioinorganic hybrid
6
Dottorando
MARSICH Lucia
Supervisore
Giuseppe
25 SERGO Valter
MIGLIORINI
Elisa
24 LAZZARINO
Marco
FIS/01
MINIUSSI Elisa
26 BARALDI
Alessandro
26 TORMEN
Massimo
FIS/03
24 LAZZARINO
Marco
26 FRALEONI
Alessandro
25 COMELLI
Giovanni
26 TORMEN
Massimo
26 FRONZONI
Giovanna
FIS/01
MITRI Elisa
PAKDAST
Hossein
PALMA
Giuseppina
PERONIO
Angelo
RADIVO Andrea
ROMEO Michele
SAJID Hussain
SAMMITO
Davide
SANTESE
Francesca
SCIUTO
Giacomo
TAVAGNACCO
Letizia
TAVANO
Federica
VAIDYA Shital
VIRGILIO
Francesca
ZANUSSO
Chiara
Ciclo
SSD
Titolo Tesi
FIS/03
nanosensors
Design and synthesis of functionalized metal
nanoparticles for bio-analysis with Surface-Enhanced
Raman Scattering (SERS)
Characterization of nanostructured substrates which
control the Embryonic Stem Cells differentiation into
neurons
Interaction of metal nanoclusters with graphene and low
dimensional systems
Fabrication of microfluidic devices for studying living
cells, responding to external stimuli, by vibration
spectroscopies
Single Molecule Detection with Advanced MEMS
Resonators
Nanostructured dye-sensitized solar cells
FIS/03
Single-molecule heterogeneous catalysis
INGIND/22
FIS/03
FIS03
Experimental study of the physics of nanostructured
organic photovoltaic devices.
CHIM/02 Development and applications of methodologies TDDFT
for the simulation of core spectrum for condensed
matter.
26 GOTTER
FIS/03
Syntesis of ordered semiconductor nanostructures by
Roberto
directed self-assembly for photonic applications
25 ROMANATO
FIS/03
Design, Fabrication and Characterization of Plasmonic
Filippo
Nanostructures for Solar Cells Light Harvesting
Enhancement.
26 FERMEGLIA
INGMultiscale molecular modeling for nanostructured
Maurizio
IND/24 multifunctional materials and coatings
24 MUSCIA
INGInnovative LHTS Elements Based on Nanotechnologies
Roberto
IND/15
26 CESARO Attilio CHIM/04 How do water molecules probe and control
bionanostructures and food functionalities
24 BONIN Serena MED/35 Cell mobility and metastatic spreading: a study on human
neoplastic cells using
optical tweezer
26 GOTTER
FIS/03
Low-dimensional magnetic materials: the electronic
Roberto
structure and correlation effects
26 TORMEN
FIS/03
Development of electrochemical sensors by
Massimo
nanofabrication techniques for biological and medical
diagnostics
24 TOFFOLI
BIO/14 Nanotechnologies and oncology:
Giuseppe
pharmacokinetics and pharmacogenomics to optimize
the antitumor therapie
7
3.Schede attività dottorandi
Questo allegato contiene le schede dei dottorandi della scuola di nanotecnologia così come sono
pervenute al 31 gennaio 2011. Sono quindi incluse le schede dei dottorandi dei cicli 23, 24 e 25.
 Dottorandi del 23 ciclo: ASTOLFO Alberto, BELLOMO Francesca, BIRARDA Giovanni,
FONTANIVE Luca, MARCHESI Giulio, RAMPINO Antonio, SANTARELLI Xenja,
SOVERNIGO Enrico
 Dottorandi del 24 ciclo: CARGNELLO Matteo, COZZARINI Luca, D’ESTE Elisa, ERA
Daniel, FIOR Raffaella, LANZILOTTO Valeria, LUISI Immacolata, MARINI Monica,
MIGLIORINI Elisa, PAKDAST Hossein, SCIUTO Giacomo, TAVANO Federica,
ZANUSSO Chiara.
 Dottorandi del 25 ciclo: AMBROSINI Stefano, BIDOGGIA Silvia, CHEN Yan Xin,
GANAU Mario, GIORGIS Valentina, LUCAFO' Marianna, MARSICH Lucia, PERONIO
Angelo, SAMMITO Davide
8
Dottorandi del 23 ciclo:
Dottorando ALBERTO ASTOLFO
Titolo della tesi: SVILUPPO DI NUOVE TECNICHE SPERIMENTALI PER LO STUDIO E LA
VISUALIZZAZIONE DI CELLULE MARCATE CON NANOPARTICELLE
Supervisore: Dr. Fulvia Arfelli
Tutor: Dr. Rer. Nat. Ralf-Hendrik Menk
Attività di ricerca
L’obiettivo di questo progetto è di sviluppare nuove tecniche sperimentali per la visualizzazione di
cellule utilizzando come mezzo di contrasto delle nanoparticelle (NP) al fine di quantificare e
seguire nel loro processo metabolico le cellule. L’utilizzo di NP combinate ad un sistema di
imaging tomografico a raggi X sembra essere una buona soluzione a questo problema.
Durante quest'ultimo anno si sono studiati i limiti della risoluzione spaziale e in contrasto delle
strumentazioni usate negli anni precedenti (con luce di sincrotrone ed il tubo a microfuoco del
laboratorio TOMOLAB ad Elettra). Utilizzando la tecnica della Local Tomography si è riusciti a
raggiungere risoluzioni molto alte che hanno permesso la visualizzazione di singole cellule su
campioni sia in-vitro che ex-vivo utilizzando il tubo a raggi x a microfuoco. Questa alta risoluzione
permette di misurare e contare le cellule visualizzate anche all'interno di un organismo. Una
risoluzione migliore si è ottenuta presso la linea TOMCAT presso lo Swiss Light Source, una delle
stazioni sperimentali di imaging più avanzate al mondo. Si è riusciti a visualizzare i cluster di NP
d'oro all'interno della singola cellula.
L'altro filone d'indagine ha riguardato il difficile problema della dose di radiazione rilasciata ai
campioni sotto esame. Utilizzando un software di simulazione sviluppato ad-hoc sono stati valutati
e scelti i parametri ottimali per un esperimento di cell tracking in-vivo a bassa dose. Utilizzando una
risoluzione più bassa (ma compatibile con la visualizzazione di cluster di cellule marcate), un
rivelatore a CCD più efficiente ed un numero minore di proiezioni si è dimostrato fattibile
l'esperimento in vivo che è stato in seguito eseguito su dei topi iniettati nel cervello con cellule
tumorali F98 caricate con NP d'oro. La dose media rilasciata al cervello di ~10 mGy è compatibile
con uno studio nel tempo dello sviluppo tumorale con una risoluzione (PSF) di ~117 μm (pixel ~56
μm).
Inoltre si è continuato con l'utilizzo di altri ceppi cellulari per verificare la loro visualizzazione per
possibili applicazioni in-vivo. Sono state utilizzate cellule staminali del midollo hMSC iniettate in
topi con precedente tumore cerebrale U87. L'iniezione delle cellule marcate è stata eseguita
attraverso la carotide oppure direttamente al cervello, confermando la visibilità e possibile
tracciamento anche delle cellule hMSC in-vivo.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa)
1. Fernanda Sousa, Subhra Mandal, Chiara Garrovo, Alberto Astolfo, Alois Bonifacio,
Diane Latawiec, Ralf Hendrik Menk, Fulvia Arfelli, Sabine Huewel, Giuseppe Legname,
9
Hans-Joachim Galla and Silke Krol, “Functionalized gold nanoparticles: a detailed in
vivo multimodal microscopic brain distribution study”, Nanoscale, in-press, 2010
2. L. Rigon, F. Arfelli, A. Astolfo, A. Bergamaschi, D. Dreossi, R. Longo, R.H. Menk, B.
Schmitt, E. Vallazza, E. Castelli, “A single-photon counting “edge-on” silicon detector
for synchrotron radiation mammography”, Nucl. Instr. And Meth. A, 608, S62-S65, 2009
3. L. Rigon, A. Astolfo, F. Arfelli, R.H. Menk, “Generalized diffraction Enhanced imaging:
Application to tomography”, Eur J Radiol, Volume 68, Issue 3, Pages 3-7, 2008
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali)
1. C. Hall, E. Sturm, E. Schultke, F. Arfelli, R.-H. Menk, A. Astolfo, B.H.J. Juurlink,
"Progress in cell marking for synchrotron x-ray computed tomography", 1266, pp. 51-56,
2010
2. F. Arfelli, A.Astolfo, R.-H. Menk, L. Rigon, F. Zanconati, A. De Pellegrin, R.C. Chen,
D. Dreossi, R. Longo, E. Vallazza and E. Castelli, "The PICASSO digital detector for
Diffraction Enhanced Imaging at ELETTRA", AIP Conference Proceedings, 1266, pp.
24-29, 2010
3. G. Tromba, R. Longo, A. Abrami, F. Arfelli, A. Astolfo, P. Bregant, F. Brun, K. Casarin,
V.Chenda, D. Dreossi, M. Hola, J. Kaiser, L. Mancini, R.H. Menk, E. Quai, E. Quaia, L.
Rigon, T. Rokvic, N. Sodini, D. Sanabor, E. Schultke, M. Tonutti, A. Vascotto, F.
Zanconati, M. Cova, E. Castelli, "The SYRMEP Beamline of Elettra: Clinical
Mammography and Bio-medical Applications", AIP Conference Proceedings, 1266, pp.
18-23, 2010
4. Spatio-Temporal Radiation Biology: Transdiscipinary Advances for Biomedical
Applications – Booklet of abstracts (Saint Feliu de Guixols, Spagna, 16-21 Maggio
2009), A. Astolfo, R.-H. Menk, F. Arfelli, E. Schultke, C. Hall, L. Rigon, B.H.J. Juurlink,
“Long Term Cell Tracking in Small Animals Phase Using Phase Contrast Based Micro
CT and Synchrotron Radiation”, P.53.
Partecipazione a congressi (come relatore)
1.Talk, “Joint Workshop of SFB762 & IMPRS” (Wittenberg, Germania, 10-11
Settembre 2009), “Development of novel experimental methods for cell tracking
using nanoparticles”
2.Talk, Canadian Light Source (Saskatoon, Canada, 28 Agosto 2009), “Computer
Tomography @ BMIT – Present, future and resources at the Canadian Light Sources
Biomedical Beamline”
3.Short-Talk, “Spatio-Temporal Radiation Biology: Transdiscipinary Advances for
Biomedical Applications” (Saint Feliu de Guixols, Spagna, 16-21 Maggio 2009),
“Long Term Cell Tracking in Small Animals Phase Using Phase Contrast Based
Micro CT and Synchrotron Radiation”.
4.Poster alla “physics@UniTS” (Trieste, 19 e 20 Giugno 2008), “Generalized
Diffraction Enhanced X-ray Imaging: Application to Tomography”.
5.Poster alla “IEEE Dresden 2008 Medical Imaging Conference” (Dresda, 19-25 Ottobre
2008), “Long Term Cell Tracking in Small Animals Phase Using Phase Contrast
Based Micro CT and Synchrotron Radiation”.
Attività formativa
Periodi di permanenza all’estero (data e Sede)
o 7-10 Ottobre 2010, Villigen, Svizzera, Swiss Light Source
o 11-13 Novembre 2009, Chicago, Illinois (USA), Advance Photon Source
o 11-12 Settembre 2009, Wittenberg, Germania, Max Plank Institute
o 3 giugno-30 agosto 2009, Saskatoon, Canada, Canadian Light Source
10
o 16-21 Maggio 2009, Saint Feliu de Guixols, Spagna, Spatio-Temporal Radiation
Biology: Transdiscipinary Advances for Biomedical Applications
o 19-25 Ottobre 2008, Dresden, Germania, IEEE Medical Imaging Conference
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di
laurea)
o Tomografie con tubo a raggi X a microfuoco, Marzo 2008, Dr. Ralf-Hendrik
Menk, laboratorio TOMOLAB presso Elettra, 32 ore
o Tomografie con luce di Sincrotrone, Aprile 2008, Dr. Fulvia Arfelli-Dr. Ralf
Menk, linea SYRMEP presso Elettra, 40 ore
o “Electron Microscopy and Scanning Probe Microscopy”, Giugno-Luglio 2008,
Dr. Cristina Africh-Dr. Laura Felisari, Corso del dottorato in fisica, 16 ore
o “Metodi statistici in fisica”, Settembre 2008, Dr. Paolo Schiavon, Corso del
dottorato in fisica, 9 ore
o “Tecnologie Cellulari”, Ottobre-Dicembre 2008, Dr. Roberto Marzari, Corso
della Laurea Specialistica in Genomica Funzionale, 20 ore
o “Genetica Molecolare”, Ottobre-Dicembre 2008, Dr. Paolo Edoni, Corso della
Laurea Specialistica in Genomica Funzionale, 38 ore
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive
o "X-ray computed tomography at SYRMEP", Basovizza, 25 ottobre 2010, Dott. D.
Dreossi, (1 ora)
o "Computer tomography based small animal imaging and possible application of
synchrotron radiation", Basovizza, 25 ottobre 2010, Dr. C. Dullin, (1 ora)
o "X-ray production with compact accelerator", Basovizza, 15 ottobre 2010, Prof. M.
Gambaccini, (1 ora)
o "Il ruolo emergente delle nanotecnologie nelle scienze della vita", Basovizza, 10
giugno 2010, (3 ore)
o "Application of FTIP and x-ray microscopy in nanotoxicology", Basovizza, 25
febbraio 2010, Prof. D. Drobne, (1 ora)
o "Functionalized magnetic nanoparticles for biomedical application", Basovizza, 25
febbraio 2010, Seminario, Prof. D. Marcovich, (1 ora)
o "Communication in cross cultural environment", Trieste, 22 gennaio 2010,
Seminario, Dr. Hanna Mamzer (3 ore)
o "Auto presentation and preparing presentation", Trieste, 22 gennaio 2010,
Seminario, Dr. Hanna Mamzer (3 ore)
o Congresso dei dottorandi di Nanotecnologie 2010 (14 ore)
o How to write (and manage) a research project (5 ore)
o “Joint Workshop of SFB762 & IMPRS”, Wittenberg (Germania), Conferenza, 1011 Settembre 2009, 7 ore
o “Microbeam Radiation Theraphy (MRT) – Historical Prospective”, Saskatoon
(Canada), Dr. Daniel Slatkin, 27 agosto 2009, 1 ora
o “Spatio-Temporal Radiation Biology: Transdiscipinary Advances for Biomedical
Applications”, Saint Feliu de Guixols (Spagna),16-21 Maggio 2009, 29 ore
o “Introduction to Pore3D”, Basovizza, 23 Febbraio 2009, Seminario, Dott.
Francesco Brun, 1 ora
o “La statistica basta saperla oppure bisogna saperla faRe?”, Trieste, 21-23 Gennaio
2009, Lezioni, Dott. Massimo Barelli, 9 ore
o “IEEE Dresden 2008 NSS-MIC-RTSD”, Dresda (Germania), 19-25 Ottobre 2008,
Conferenza, 13 ore
o “Modern Trends in Nanobiology and Nanomedicine”, Basovizza, 13-14 Ottobre
2008, Workshop, 3 ore
11
o “Image Analysis and Biomechanical Modelling”, Trieste, 1-2 Settembre 2008,
Workshop, 6 ore
o “physics@UniTs”, Trieste,19-20 Giugno 2008, Meeting, 12 ore
o “L’analisi della varianza con il free software R”, Trieste, Dott. Massimo Borelli,
15 Maggio 2008, Seminario, 2 ore
o “... che Anova sior paron”, Trieste, Dott. Massimo Borelli, 18 Aprile 2008,
Seminario, 2 ore
o “Workshop on nanotechnologies@see”, Trieste, 3 aprile 2008, Workshop, 7 ore
o “Aspetti principali della radioprotezione presso l’INFN”, Prof. Franco Calligaris,
Patriciano, 28 Marzo 2008, Seminario, 2 ore
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva
o Attivita di tutorato agli studenti del I anno di medicina (Trieste), Esercitazioni di
fisica, 16 dicembre 2009, 2 ore
o Partecipazione come guida al Canadian Light Source (luglio 2009)
o Supplenza presso il Liceo Linguistico Pujati (Sacile, PN), Matematica e fisica,
Settembre-Ottobre 2008, 25 ore
Altre attività
o Esperimento di tomografia presso la linea SYRMEP Elettra (Basovizza, TS,
Italia), “Brain distribution of nanogold targeted for brain delivery”, 12-14 Ottobre
2009
o Esperimento di tomografia presso l’Advance Photon Source (Chicago, Illinois,
USA), “In situ bubble nucleation and growth in crystal-bearing basaltic melts at 1
bar”, 11-13 Novembre 2009.
o Esperimento di Analyzer Based Imaging presso la linea SYRMEP Elettra
(Basovizza, TS, Italia) “Diffraction Enhanced Imaging of breast tissue samples
with the PICASSO detector”, 7-12 Dicembre 2009
12
Candidato Francesca Bellomo
Titolo della tesi:
Supervisore: Prof. Sergio Paoletti
Tutori (eventuali): PhD Matteo Biasotto
Lo scopo del progetto di tesi è sviluppare materiali compositi (scaffold) per applicazioni
ortopediche, costituiti dalla combinazione di biopolimeri ingegnerizzati con molecole bio-attive e di
componenti inorganiche. Nel primo anno di dottorato, mi sono occupata della sintesi e
caratterizzazione delle varie componenti degli scaffold, della preparazione di quest’ultimi e dello
studio delle loro proprietà biologiche in vitro. Nel secondo anno di dottorato, sulla base dei risultati
ottenuti dai test di citocompatibilità, ho effettuato dei test di biocompatibilità in vivo. Gli scaffold
prodotti sono stati inseriti in difetti ossei nel femore di conigli. I risultati ottenuti dall’analisi
istomorfometrica, dalla microscopia confocale e dalla µ-CT mostrano buoni livelli d’integrazione,
con deposizione di nuova matrice lamellare ben organizzata anche all’interno dello scaffold.
Sulla base dei risultati ottenuti dai test in vivo, si e’ deciso di produrre scaffold con incrementate
proprietà biologiche quali adesività cellulare ed attività antibatterica, combinando all’uso
dell’alginato, l’utilizzo di un derivato lattitolato del chitosano (chitlac). I gruppi amminici primari
della catena polisaccaridica del chitlac sono stati utilizzati per l’ancoraggio chimico di un peptide
d’adesione (a sequenza GRGDS) e per la formazione e stabilizzazione di nanoparticelle d’argento a
proprietà antibatterica.
Sfruttando la presenza di cariche opposte sui due polisaccaridi, entrambe le forme di chitlac
sono state adsorbite sulla superficie degli scaffold a base di alginato. Dai saggi in vitro è emerso un
evidente aumento della proliferazione cellulare sugli scaffold di Alg inato-GRGDS e un buon
livello di citocompatibilità per gli scaffold contenenti nanoparticelle. Questi ultimi hanno inoltre
evidenziato una spiccata attività antibatterica contro tutti i ceppi analizzati, sia gram positiviche
gram negativi.
Nell’ultimo anno di dottorato, l’attenzione si è focalizzata sulla sperimentazione in vivo dei
materiali compositi modificati con segnali bioattivi e agenti antimicrobici. E’ stata quantificata
mediante ICP la dose di nanosilver adsorbita sulla superficie dello scaffold e sono in corso degli
esperimenti per stabilirne l’effetto dose-dipendente sui batteri. Sono stati eseguiti degli esperimenti
per determinare il meccanismo di azione del chitlac nanosilver. I risultati mostrano un’evidente
inibizione della formazione di biofilm e la necessità di contatto tra i batteri e il nanosilver affinché
questo possa esercitare la sua attività antimicrobica. Sono state inoltre effettuate delle prove in vivo
per valutare le proprietà antimicrobiche degli scaffolds con nanosilver ed è stato messo a punto,
presso ,l’Università di Turku (Finland), un nuovo modello animale di infezione midollare. Il
modello animale scelto per testare le proprietà antimicrobiche degli scaffold è il ratto SpreagueDawley. Negli animali è stata indotta infezione midollare e il materiale da testare è stato inserito
nelle cavità midollari. La progressione della infezione è stata valutata in vivo con tomografia
computerizzata e tomografia ad emissione di positroni. In seguito gli espianti ossei dalla zona
13
infetta sono stati processati per analisi istologiche e microbiologiche. La procedura chirurgica in
animali di piccola taglia si è rivelata più complessa del previsto, causando l’insorgenza di molte
fratture che hanno compromesso la riuscita dell’esperimento.
Sono attualmente in corso le prove in vivo per valutare gli effetti degli agenti bioattivi e
antimicrobici sulle proprietà rigenerative degli scaffold su modelli animali non infetti.
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa),
Alginate/Hydroxyapatite biocomposite for bone ingrowth: a trabecular structure with high and
isotropic connectivity.Turco G, Marsich E, Bellomo F, Semeraro S, Donati I, Brun F, Grandolfo M,
Accardo A, Paoletti S. Biomacromolecules. 2009 Jun 8; 10(6):1575-83
Surface modification and polysaccharide deposition on BISGMA/TEGDMA based resins. Donati I.,
Travan A., Marsich E., Bellomo F., Achanta S., Semeraro S., Scarpa T., Toppazzini M., Spreafico
V., Paoletti S. (2010) Biomacromolecules 11:583-92
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Characterization of Composite Polysaccharide-Based
Scaffolds” Gianluca Turco,
Francesca Bellomo, Eleonora Marsich, Sabrina Semeraro, Ivan Donati, Tommaso Scarpa,
Andrea Travan, Francesco Brun, Agostino Accardo, Gianni Schena and Sergio Paletti
(aprile 2008, Amsterdam; 7-9 novembre 2008 bon-tec Hannover)“POROUS NANOHYDROXYAPATITE/ALGINATE SCAFFOLDS FOR BONE REGENERATION” Eleonora
Marsich, Sabrina Semeraro, Gianluca Turco, Francesca Bellomo, Ivan Donati and Sergio
Paletti (7-9 novembre 2008 bon-tec Hannover; Joint Workshop of SFB762 & IMPRS
10th/11thSeptember 2009 in the Leucoreaat Wittenberg) “ Evaluation of cells isolation and
BMPs presence on different cryopreserved bone tissue” Francesca Bellomo, Matteo
Biasotto, Michela Faraon, Alessandro Viscioni, Maurizio Franco, Eleonora Marsich,
Roberto DiLenarda (7-9 novembre 2008 bon-tec Hannover)
“SPERIMENTAZIONE IN VIVO DI SCAFFOLD DI ALGINATO E IDROSSIAPATITE PER
RIGENERAZIONE OSSEA” F. Bellomo, M. Biasotto, G.Turco, R. Di Lenarda, S. Paoletti
(22° riunione nazionale “A. Castellani” dei dottorandi di ricerca in discipline biochimiche
Brallo di Pregola (PV) 9 – 12 Giugno 2009; Collegio dei docenti di odontoiatria Roma 2224 aprile 2009)
Capitoli/sezioni di libri/volumi
E. Marsich, A. Travan, I. Donati, G. Turco, F. Bellomo and S. Paoletti “Tissue-implant
antimicrobial interfaces” Capitolo 17 del libro “Antimicrobial Polymers”, John Wiley &
Sons Inc. edited by JM. Lagaron, MJ. Ocio e A. Lopez-Rubio (in press).
Informal Workshop Scuola di Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie and Int. Max-Planck
Research School for Science and Technology of Nanostructures in Halle on July 15-16,
2009
14
Attività formativa
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Marzo-Luglio 2010 presso Orthopedic Surgery and Traumatology Unit of Turku University
(Finland).
Confined and composite soft matter on the nanoscale (M. Saboungi, 11/04/08);
Scanning Probe Microscopies (SPMs), Agilent workshop al TASC (11 June 2008);
Modern Trends in Nanobiology and Nanomedicine (Workshop, 13-14 october);
La prevenzione nei laboratori di ricerca, seminario 12 marzo 2008, Trieste;
Seminario di scrittura scientifica ,7 maggio 2008 ( prof. Frederick Ruggeberg, Direttore del
Department of Oral Rehabilitation del Medical College of Georgia );
Wednesday 16th april at 10.30 in the TASC seminar room, there will be
held the phd students briefing: C. Blasetti, E. Sovernigo;
AFM Workshop organized by SITEM / Agilent Technologies, Trieste, June 11 th;
Bone-tec , Hannover 2008;
Image Analysis and Biomechanical Modelling: From Biomolecules to Bioactive
Biomaterials (Trieste 1st-2nd September 2008);
Phd Course Biotecnologie cellulari e Molecolari applicate alla medicina “Molecular
Biotechnologies applied to Medicine” Santa Margherita Ligure (Genova) 20-22 February
2008;
“Bilateral Workshop on Biopolymers” TRD (NTNU) - TRS (UNITS) Trieste, October 1st3rd, 2009
Workshop @ Elettra"CCD per Imaging e Spettroscopia" 28 Gennaio 2009 Elettra Sincrotrone Trieste
“Modern Trends in Nanobiology and Nanomedicine” October, Monday 13th and Tuesday
14th - Basovizza – Trieste
22° riunione nazionale “A. Castellani” dei dottorandi di ricerca in discipline biochimiche
Brallo di Pregola (PV) 9 – 12 Giugno 2009
Seminari di reologia, Romano Lapasin, DICAMP-Università di Trieste, 20-22 luglio 2009
Joint Workshop of SFB762 & IMPRS 10th/11thSeptember 2009 in the Leucoreaat
Wittenberg
“How to write (and manage) a research project” 16 October 2009 –University of Trieste
“St-scCO2 sterilization by means of supercritical Carbon Dioxide” international workshop,
University of Trieste,10th February 2009
“Incontri informativi per i dottorandi” di ARABITO STEFANIA - lunedì, 22 giugno 2009,
Trieste ,Italia.
Tutor presso il Life Learning Center di Trieste (esercitazioni di biochimica e biologia
molecolare per insegnanti e studenti degli istituti Superiori).
Teaching assignment, “Laboratory of Biochemistry I” and “Laboratory of Biochemistry II”,
Laurea Triennale in Biotecnologie Mediche, Facoltà di Medicina e Chirurgia, Università di
Trieste.
Secondary school teachers’ training. Progetto “LLC-Trieste nel Territorio”, Al liceo
scientifico “N. Tron” di Schio (VI, Italia).
15
GIOVANNI BIRARDA – [email protected]
Titolo della tesi: Sviluppo di Dispositivi Microfluidici per applicazioni Biomediche della
Microspettroscopia FT-IR con Radiazione di Sincrotrone
Supervisore: Prof. Alfonso Franciosi
Tutori: Dott.ssa Lisa Vaccari – Dott. Luca Businaro
Il presente dottorato di ricerca ha avuto come obiettivo principale lo sviluppo della microscopia
infrarossa come mezzo per lo studio “real time” di processi biologici in cellule vive sottoposte a
diversi tipi di stimolazioni, sia fisiche, sia chimiche, tese a simulare fenomeni biolgici quali
l'extravasazione di cellule immunitarie, la chemiotassi, la stimolazione dovuta ad un'infiammazione.
Il principale strumento utilizzato per ottenere questo obiettivo e' stata la fabbricazione di dispositivi
“lab-on-chip”, che fossero trasparenti nello spettro dagli UV al medio infrarosso (lambda 0,3 – 10
micron), nei quali realizzare un modello in-vitro del processo biologico sotto studio, cosi' da poterlo
seguire nel suo evolvere con con la micro-spettroscopia infrarossa.
Durante il terzo anno sono state effettuate numerose misure tese sia a convalidare ulteriormente i
processi sviluppati, sia ad affrontare nuovi problemi scientifici.
Sono state fatte ulteriori misure riguardanti lo studio di cellule monocitiche (linee cellulari THP1 e
U937) in risposta a stimolazione chimiche presenti in un processo infiammatorio attraverso la
diffusione di chemochine (fMLP- Formyl-Methionyl-Leucyl-Phenylalanine) all’interno dei
dispositivi. Riguardo al secondo punto sono stati fatti nuovi esperimenti tesi a studiare i processi
che portano all’apoptosi cellulare in modo da identificare dei metodi alternativi a quelli biochimici
standard (citofluorimentria) per la classificazione cellulare e l’identificazione delle cellule pre
apoptotiche già dopo alcuni minuti dei trattamento.
I dispositivi lab-on-chip, realizzati con l'uso di tecnologie per la micro e nanofabbricazione, sono
stati, durante quest'anno, ulteriormente migliorati sia nell'ingegnerizzazione della microfluidica,
sia nella realizzazione dei sistemi di interfaccia e controllo, con l'inserimento di un'alimentazione
tramite pompe a siringa e di un sistema di controllo della temperatura del campione per il controllo
completo delle condizioni di misura. Da ultimo sono stati sviluppati nuovi processi di fabbricazione
riguardanti i materiali utilizzati, la litografia e la chiusura (bonding) dei dispositivi.
•Fabrication of a microfluidic platform for investigating dynamic biochemical processes in living
samples by FTIR microspectroscopy. Microelectronic Engineering Volume 87, Issue 5-8, 2010,
806-809.
•Infrared microspectroscopy of biochemical response of living cells in microfabricated devices.
Vibrational Spectroscopy Volume 53, Issue 1, 26 May 2010, 6-11.
•Tracking InfraRed signatures of drugs in cancer cells by Fourier Transform microspectroscopy.
Bellisola G, Della Peruta M, Vezzalini M, Moratti E, Vaccari L, Birarda G, Piccinini M, Cinque
G, Sorio C. Analyst, 2010, 135, 3077-3086.
16
•Top-Down approach to nanotechnology for cell-on-chip applications. A. De Ninno, A. Gerardino,
G. Birarda, G. Grenci, L. Businaro. Biophysics and Bioengineering Letters, Volume 3, No 2
(2010)
•Evaluation of a novolak based positive tone photoresist as NanoImprint Lithography resist. A.
Pozzato, G. Grenci, G. Birarda, M. Tormen. Microelectronic Engineering (submitted).
•Poster Presentation at Spec2010. Manchester, UK, 26th June – 02 July 2010
•The Proceedings Of The 14th International Conference On Miniaturized Systems For Chemistry
And Life Sciences (Microtas 2010), Groningen (Netherlands) From 3-7 October 2010, RealTime Biochemical Response Upon Chemical Stimulation Ofliving Monocytes Investigated By
Fourier Transform Infrared microspectroscopy (µ-FTIR) G. Birarda, G. Grenci, L. Businaro, S.
Pacor, M. Tormen, and L. Vaccari.
•Poster Presentation in the 14th International Conference On Miniaturized Systems For Chemistry
And Life Sciences (Microtas 2010), Groningen (Netherlands) From 3-7 October 2010.
•Poster Presentation in the 36th International Conference on Micro & Nano Engineering, Genova
(Italy) from 19-22 September 2010.
Chapter Titled “Synchrotron Radiation Infrared Microspectroscopy (SR-IRMS) of living-cells in
physiological environment” in Book Series titled "Microscopy: Science, Technology, Applications
and Education" Microscopy Book Series – 2010 Edition G. Birarda, G. Grenci, and L. Vaccari.
•Oral Presentation in Spec2010. Manchester, UK, 26th June – 02 July 2010
•Invited Oral Presentation in Spec2010. Manchester, UK, 26th June – 02 July 2010
•Oral Presentation in “I giovani e la Chimica in Friuli Venezia Giulia” Udine 24th September 2010
Attività formativa
•Official Workshop of the school 18th-20th January;
•February 25 2010 Prof. Darko Marcovich (JSI) "Functionalized magnetic nanoparticles for
biomedical applications" and Prof. Damiana Drobne (L) "Application of FTIR and X-ray
microscopy in nanotoxicology"
•PyMCA course April 12th-14th, 2010 by A. Sole from ESRF;
•June 15, 2010 Presentation of Nanochallenge and Polymerchallenge by Veneto Nanotech;
•June 15, 2010 “Development of On-line Monitoring devices for the extrusion process.” By prof.
Miguel Nobrega of the University of Minho in Portugal;
•June 15, 2010 Use of VPN and UGOV by Maurizio Fermeglia.
Biophysical Seminar at Jozef Stefan Institute in Lubiana
17
Candidato LUCA FONTANIVE
Titolo della tesi: Nano-scale interaction for higher efficiency of contrast media
Supervisore: Prof. A. Cesàro
Tutori (eventuali): Dr. Nicola D’Amelio
La ricerca nell’ultimo anno del periodo di tesi di dottorato è stata finalizzata alla raccolta di dati
strutturali sullo stato solido e sulle soluzioni concentrate per la interpretazione delle interazioni a
livello atomico e di nanoscala che potessero corroborare i risultati di spettroscopia NMR.
La spettroscopia NMR è stata utilizzata per indagare le proprietà conformazionali delle principali
specie in soluzione acquosa di Iomeprolo, Iopamidolo e Iopromide. L’assegnazione dei segnali
originati dai diversi conformeri e la quantificazione della loro percentuale è stata effettuata
confrontando i loro spettri 13C con quelli di composti precursori simili ma meno complessi e
utilizzando sia esperimenti eteronucleari 2D-NMR che omonucleari. I risultati indicano che sono
popolati solo pochi stati conformazionali, fra tutti quelli possibili. Inoltre, la presenza di uno
specifico conformero (exo) dello Iomeprolo, in grado di interagire favorevolmente con il solvente,
potrebbe spiegare la maggiore idrofilicità (rilevata da misure di entalpia di diluizione) e maggiore
solubilità rispetto a quella di Iopamidolo e Iopromide.
L’identificazione delle interazioni intermolecolari è stata possibile anche grazie alle strutture
cristallografiche ottenute mediante diffrattometria di raggi X dei solidi cristallini di Iomeprolo e
Iopamidolo (determinate in collaborazione con Dipartimento di Scienze Chimiche, Dott. Rita De
Zorzi); in base a queste sono state trovate somiglianze notevoli per quanto riguarda le interazioni
specifiche tra le catene laterali ed il tipo di conformazione con quelle trovate mediante NMR.
L’esistenza di una trasformazione polimorfica reversibile nel cristallo di iomeprolo è stata poi
studiata mediante DSC, diffrattometria di raggi X e spettroscopia Raman, utilizzando una raccolta
di dati real-time in funzione della temperatura.
Altre indagini sono state condotte in collaborazione con i Dipartimenti di Chimica e di Fisica
dell’Università di Perugia mediante spettroscopia IR-ATR e spettroscopia Brillouin. In particolare,
mediante scattering anelastico nel visibile è stato accertato che le soluzioni di Iopamidolo ad alte
temperature non subiscono variazioni di rilassamento strutturale e quindi non hanno fenomeni
cinetici, come invece trovato precedentemente da altri. Gli studi mediante IR-ATR in funzione di
concentrazione e temperatura hanno confermato la formazione di legami idrogeno col solvente che
coinvolgono i legami ammidici dello iopamidolo.
Nicola D’Amelio, Luca Fontanive, John W. Brady, Attilio Cesàro, Fulvio Uggeri. “Unraveling the
conformational properties of iodiate contrast agents in water solution”; manoscritto in preparazione.
Giovanna Giannini, Fabio Cuppo, Luca Fontanive, Nicola D’Amelio, Attilio Cesàro, Alessandro
Maiocchi e Fulvio Uggeri. “Interactions in Iodinated Contrast Media Solutions: 1. A
Thermodynamic Study”; J. Thermal Anal. Calor. (2010) Doi: 10.1007/s10973-010-1090-4.
18
Nicola D’Amelio, Luca Fontanive, Fulvio Uggeri, Furio Suggi-Liverani, Luciano Navarini. “NMR
Reinvestigation of the Caffeine-Chlorogenate Complex in Aqueous Solution and in Coffee Brews”;
Food Biophysics (2009) 4:321-330.
Frontiers in Water Biophysics, Trieste, 23-26 maggio 2010
AICAT 2010, XXXII National Congress on Calorimetry, Thermal Analysis and applied
Thermodynamics, Trieste, 26-28 maggio 2010
AICAT 2008, The XXX National Congress on Calorimetry, Thermal analysis and Chemical
Thermodynamics, Pisa, 9-12 dicembre 2008
MEDICTA 2009, 9th Mediterranean Conference on Calorimetry and Thermal Analysis svoltosi a
Marseille (F), 15-18 giugno 2009
EuroNanoMedicine 2009, Bled (SI), 28-30 settembre 2009
Attività formativa
Periodi di permanenza in altra sede universitaria italiana (data e sede)
dal 05/09/2010 al 19/09/2010 presso il Dipartimento di Chimica (Prof. A. Morresi) e di Fisica (Prof.
D. Fioretto) dell’Università degli Studi di Perugia
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite
Settembre 2010: Dott. M. Paolantoni, Dipartimento di Chimica, Università di Perugia, training
course SPETTROSCOPIA IR-ATR (6 ore);
Settembre 2010: Dott.sa L. Comez, Dipartimento di Fisica, Università di Perugia, training course
SPETTROSCOPIA BRILLOUIN (16 ore);
Giugno 2010: Dott. Nicola D’Amelio, Bracco Imaging S.p.A. – CRB-TS, training course
SPETTROSCOPIA NMR (10 ore).
23/07/2010, “Metabolomics as a future medical diagnostic method”; Prof. Piotr Młynarz della
Wroclaw University of Technology (Polonia);
15/07/2010, “Development of On-line Monitoring devices for the extrusion process”; Prof. Miguel
Nobrega University of Minho in Portugal;
15/07/2010, Seminario sul Virtual Private Network (VPN), Prof. M. Fermeglia;
26-28/05/2010, XXXII National Congress on Calorimetry, Thermal Analysis and Applied
Thermodynamics. University of Trieste.
23-26/05/2010, “Frontiers in Water Biophysics”; Trieste
21/01/2010 Communicating Scientific Project to International Public, Dr. H. Mamzer, Adam
Mickiewicz University in Poznan, Poland
05/2010, laboratorio studenti del corso di Macromolecole 2 della Laurea Specialistica in Chimica,
curriculum Sistemi Nanostrutturati e Supramolecolari, su drug delivery, formazione di nanoidrogel
con la gelazione ionotropica e caratterizzazione polimerica (10h).
19
Candidato GIULIO MARCHESI
Titolo della tesi: Analysis of aging and stability of bonded interface in dentistry.
Supervisore: Prof. Lorenzo Breschi
Tutore: Prof.ssa Milena Cadenaro
I sistemi adesivi in odontoiatria ricostruttiva sono fondamentali per il raggiungimento del successo
clinico del restauro. L’attività di ricerca di quest’anno ha riguardato lo studio di vari fattori
coinvolti nel fallimento del legame adesivo come: (1) l’influenza dello stress da polimerizzazione
dei cementi resinosi; (2) l’insufficiente impregnazione del substrato dentinale da parte dell’ adesivo;
(3) lo studio di nuovi inibitori contro la degradazione intrinseca del collagene dentinale da parte di
metallo-proteinasi (MMPs) endogene della dentina. In particolare si è valutato lo stress da
polimerizzazione di materiali resinosi nano-riempiti per la cementazione di manufatti protesici. I
risultati di tale studio hanno evidenziato come nuove formulazioni definite “self-adhesive”
esibiscano valori di stress da contrazione minore rispetto ai cementi resinosi tradizionali. Un’altra
sperimentazione ha riguardato la valutazione dell’influenza della clorexidina (noto antimicrobico ed
inibitore delle MMPs) nella stabilità adesiva di cementi self-adhesive utilizzati nella cementazione
dei perni in fibra di vetro o di carbonio. I risultati della sperimentazione hanno evidenziato che la
clorexidina non aumenta la stabilità dell’interfaccia adesiva alla dentina intraradicolare nel tempo, a
differenza di quanto avviene a livello della dentina coronale. Un ulteriore campo di ricerca è stato la
messa a punto di nuovi inibitori delle metallo proteinasi. In questo abbiamo indagato che influenza
avessero le resine QAM (quaternary ammonium methacrylates) con diversi fotoiniziatori nel grado
di conversione in adesivi sperimentali e che influenza abbiano nella durata della stabilità del legame
adesivo. E’ emerso che le QAMs abbiano un grado di conversione maggiore utilizzando come foto
iniziatore il TPO (trimethylbenzoyl phosphine oxide) ( rispetto al CQ (canforochinone). Inoltre è
emerso che le QAMs utilizzate come primer nei sistemi adesivi mantengano elevati valori di
adesione (test di microtensile) a tempo zero e a 6 mesi dopo storaggio in saliva artificiale.
1. Marchesi G, Navarra CO, Cadenaro M, Carrilho MR, Codan B, Sergo V, Di Lenarda R,
Breschi L. “The effect of ageing on the elastic modulus and degree of conversion of two
multistep adhesive systems.” European Journal Oral Sciences 2010; 118(3):304-10.
2. Marchesi G, Breschi L, Antoniolli F, Di Lenarda R, Ferracane J, Cadenaro M. “Contraction
stress of low-shrinkage composite materials ossessed with different testing systems.” Dental
Materials 2010; (10):947-53.
3. Marchesi G, Mazzoni A, Cadenaro C, Ferrari M, Di Lenarda R, Breschi L. “Ageing affects the
adhesive interface of posts luted with self-adhesive cements: a 1 year study”. Journal of
Dentistry, in press.
20
1. Marchesi G, Cadenaro M, Di Lenarda R, Breschi L. Bond Strength of Posts Luted with
Different Self-Adhesive Resin Cements. Dental Materials 2010: 26(2): e150.
2. Frassetto A, Marchesi G, Codan B, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. Contraction Stress
and Micro-hardness Analysis of Self-Adhesive and Dual-Cured Cements. J Dent Res 89 (Spec
Iss B): 3038, 2010 (www.dentalresearch.org).
3. Codan B, Navarra CO, Marchesi G, De Stefano Dorigo E, Breschi L, Cadenaro M. Contraction
Stress and Extent of Polymerization of Flowable Composites. J Dent Res 89 (Spec Iss B): 3057,
2010 (www.dentalresearch.org).
4. Marchesi G, Codan B, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. Contraction Stress of ResinComposites Assessed by Low- and High-Compliance Systems. J Dent Res 89 (Spec Iss B):
3058, 2010 (www.dentalresearch.org).
5. Angeloni V, Marchesi G, Mazzoni A, De Stefano Dorigo E, Cadenaro M, Breschi L. Effect of
Chlorhexidine Pre-Treatment on Bond Strength of Fiber Posts. J Dent Res 89 (Spec Iss B): 4479
2010 (www.dentalresearch.org).
6. Angeloni V, Marchesi G, Cadenaro M, Mazzoni M, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. The effect
of chlorhexidine pre-treatment on the bond strength of fiber posts. Dent Mater 2010; 26s: e2-e3.
7. Marchesi G, Cadenaro M, Di Lenarda R, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. Influence of ethanol
on E-modulus of experimental adhesive blends. Dent Mater 2010; 26s: e11-e12.
8. Turco G, Marchesi G, Coslovi A, Cadenaro M, Paoletti S, Di Lenarda R, Tay FR, Pashley DH,
Breschi L. Chlorhexidine release from adhesive resins after chewing simulation. Dent Mater
2010; 26s: e17.
9. Frassetto A, Marchesi G, Codan B, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. Contraction stress
of two self-adhesive cements. Dent Mater 2010; 26s: e51.
10. Marchesi G, Frassetto A, Turco G, Breschi L, Di Lenarda R, Cadenaro M. “Contraction stress
of three Self-Adhesive Cements. Journal of Prosthetic Dentistry 2010, in press.
Attività formativa
Meeting di ricerca presso il
Department of Oral Biology del Medical College of Georgia,
Georgia,USA dal 13-17/2/2010
1)
2)
3)
4)
Congresso Dei Docenti di Odontoiatria 21-23/4/2010 Chieti, Italia
XIII Congresso internazionale Accademia di Conservativa 24-25/4/2010 Riva del Garda, Italia
Annual meeting IADR 14-17/7/2010 Barcellona, Spagna.
Annual meeting Accademy of Dental Materials 8-9/10/2010 Trieste, Italia.
21
5)
Continuing Education dell’ Accademia di conservativa 22-23/10/2010 Fiumana di Predappio,
Italia.
6) XXIX Congresso Internazionale Accademia di Odontoiatria Protesica 19-20/11/2010
Bologna, Italia.
Corso di Didattica Integrativa di “Prove di laboratorio adesive”, Corso di Materiali Dentari, II°
anno Corso di Laurea Specialistica in Odontoiatria e Protesi Dentaria, AA 2009-2010.
Corso di Didattica Integrativa di “Materiali adesivi” del Corso di Materiali Dentari, II° anno del
Corso di Laurea in Igiene Dentale, AA 2010-2011.
Corso di Didattica Integrativa di “Tecniche di laboratorio in odontoiatria adesiva”, Corso di
Odontoiatria Adesiva, III° anno Corso di Laurea Specialistica in Odontoiatria e Protesi Dentaria,
AA 2010-2011.
22
Candidato ANTONIO RAMPINO
Titolo della tesi: Polysaccharide based nanoparticles for drug delivery
Supervisore: Prof. Cesàro Attilio
Tutori (eventuali): Dr. Borgogna Massimiliano, Dr. Bellich Barbara
L’obiettivo del mio dottorato di ricerca è lo sviluppo e la caratterizzazione di nanoparticelle
polimeriche biodegradabili come drug carrier attraverso un disegno sperimentale razionale.
Per quanto riguarda il terzo anno, è stata ottimizzata la realizzazione di carrier di idrogel ottenuti
con la tecnica della gelazione ionotropica sia utilizzando diverse classi di derivati di chitosano
ingegnerizzato (trimetil chitosano e vari derivati glicosilati) sia usando tecniche preparatorie
diverse, focalizzandoci sullo scale-up della preparazione. Diversi aspetti sono stati investigati, quali
le proprietà chimico-fisiche, la resa, l’automatizzazione della produzione.
È stata studiata la conservazione delle formulazioni grazie all’uso di tecniche diverse, la classica
liofilizzazione e l’atomizzazione (Büchi Nano Spray Dryer B-90), e all’aggiunta di crioprotettori
(trealosio, mannitolo, polietilenglicole).
È stata approfondita l’associazione di carrier di chitosano con altri biopolimeri (varie pectine)
usando due diverse tecniche formulative: il rivestimento di nanoparticelle (coating) e la
complessazione polielettrolitica (blending). È stata testata la mucoadesività dei polimeri e dei
carrier prodotti attraverso l’uso di varie metodiche. Studi calorimetrici, di spettroscopia Raman e
IR-ATR sono stati realizzati per investigare le interazioni tra i vari componenti delle nanoparticelle.
Inoltre, in collaborazione con l’Università di Perugia e con l’Università di Brema, sono stati
effettuati rispettivamente studi di tossicità in vivo e un’indagine approfondita delle proprietà
dimensionali dei polimeri in funzione delle derivatizzazioni chimiche.
Mucoadhesive behaviour of hydrophilic polymers: mucine-chitosan interaction in aqueous
solutions, Frontiers in water Biophysics, Trieste, Italy, 23-26 May 2010
Mucoadhesion of polysaccharidic materials: thermal behaviour of chitosan based nanoparticles for
protein drug delivery, XXXII National Congress on Calorimetry, Thermal Analysis and Applied
Thermodynamics, Trieste, Italy, 26-28 May 2010
Physico-Chemical study of mucoadhesive interaction of chitosan-mucin systems, XXII ConvegnoScuola sulla chimica dei carboidrati, Certosa di Pontignano, Siena, Italy, 20-23 June 2010
Attività formativa
Periodi di permanenza in altra sede universitaria italiana (data e Sede)
Dal 12 al 23 luglio e dal 6 settembre al 1 ottobre, Università degli studi di Perugia, Dipartimento di
Chimica e Tecnologia del Farmaco
23
Communicating Scientific Project to International Public, Dr. H. Mamzer, Adam Mickiewicz
University in Poznan, Poland, 21/01
Particle size Analysis Training, Liege University, Liege, Belgium, 22-23 February 2010
International congress Frontiers in water Biophysics, Trieste, Italy, 23-26 May 2010
XXXII National Congress on Calorimetry, Thermal Analysis and Applied Thermodynamics,
Trieste, Italy, 26-28 May 2010
Development of on-line monitorning devices for the extrusion process, prof. M. Nobrega,
University of Minho, Portugal, 15/06
Seminario sul Virtual Private Network (VPN), Prof. M. Fermeglia, 15/06
Laboratorio studenti del corso di Macromolecole 2 della Laurea Specialistica in Chimica,
curriculum Sistemi Nanostrutturati e Supramolecolari, su drug delivery, formazione di nanoidrogel
con la gelazione ionotropica e caratterizzazione polimerica 05/2010 (10h).
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Candidato XENJA SANTARELLI
Titolo della tesi: Development of in situ analysis capabilities at the MCX powder diffraction
beamline
Supervisore: prof. Renzo Rosei
Tutori (eventuali):
L’esame di nanostrutture con metodologie in situ si sta rivelando imprescindibile in molti settori di
ricerca relativi allo studio dei materiali. La radiazione di sincrotrone e’ molto utilizzata in quest’
ambito, poiche’ la sua elevata brillanza (in particolare per facilities di terza generazione) consente
di effettuare misure molto rapidamente (essenzialmente in “real time”). Data la complessita’ dei
materiali a livello nanometrico, le linee di luce di una “facility” si avvalgono in genere di svariate
tecniche e di strumentazione per consentire una descrizione il piu’ possibile completa dei campioni.
Durante il terzo anno del mio dottorato ho partecipato alla messa a punto di una camera che, con un
sistema di riscaldamento e flussaggio dei gas, e’ un importante complemento alla linea di
diffrazione da polveri MCX del Sincrotrone di Trieste. Con questo dispositivo, la linea MCX,
avvalendosi di un Imaging Plate come detector, puo’ monitorare variazioni di fase e modificazioni
strutturali di vario genere dovute a cambiamenti dell’ambiente fisico-chimico in cui il campione si
trova.
La camera di misura e’ dotata di un forno e di un sistema che consente il flusso di gas attraverso il
campione, contenuto in capillari. E’ stata effattuata una mappatura dell’andamento della
temperatura nel forno, sono state apportate delle modifiche sostanziali al sistema di flussaggio dei
gas, ed infine e’ stata valutata la temperatura al campione considerando l’espansione termica di
alcuni campioni standard. Infine abbiamo osservato le transizioni di fase di campioni di ossido di
titanio, sottoposto ad un flusso di ossigeno puro e al 5% (miscelato con Ar).
Sono in esame al momento alcune ulteriori modifiche al sistema che prevedono il futuro impiego
della camera per misure a basso angolo di scattering, e l’utilizzo di un nuovo filamento che
consenta di portare la temperatura fino a 1300 oC. Il sistema di flussaggio del gas sara’
ulteriormente completato in modo da consentire esperimenti di catalisi nel cosiddetto “operando
mode”.
Attività formativa
18-20 gennaio 2010 14.5h workshop of the school of nanotechnology
15 giugno 2010 1 h Development of On-line Monitoring devices for the extrusion process (Miguel
Nobrega)
15 giugno 2010 1 h 14.00 Presentation of Nanochallenge and Polymerchallenge (Veneto Nanotech)
15 giugno 2010 1 h Demonstration of the VPN SW for using the bibliographic serach features of
the UNITS from outside the University campus (Maurizio Fermeglia)
23 novembre 2010 1 h Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine (Sangeeta Kale)
15 ottobre 2010 1 h X-ray production with compact accelerators (Mauro Gambaccini)
19 febbraio 2010 1 h Sapendo fare “Single Cell Proteomics”, come la vendiamo a medici e biologi?
(Giacinto Scoles)
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Candidato ENRICO SOVERNIGO
Titolo della tesi: Influenza della morfologia nanostrutturale sulle proprietà elettroniche
dell’eterogiunzione in celle fotovoltaiche.
Supervisore: Prof. Alberto Morgante
Tutore: Dott. Massimo Tormen
Le celle fotovoltaiche basate su materiali organici presentano elevata capacità di assorbire la
luce e di convertirla in cariche elettriche, tuttavia, mostrano scarse proprietà di trasporto delle
cariche foto-generate. Da qui, lo studio di particolari geometrie degli elettrodi per esplicare al
meglio le potenzialità di questa tipologia di celle. In particolare si è realizzata una struttura, detta a
nanomodulo, in cui i percorsi della luce e delle cariche sono tra loro ortogonali svincolando le
restrizioni di trasporto elettrico dall’assorbimento ottico. Dopo la realizzazione dei sistemi di
caratterizzazzione e preparazione delle celle fotovoltaiche (attività del primo e secondo anno), il
terzo anno è stato dedicato alla fabbricazione ed ottimizzazione di nanomoduli costituiti da circa
2000 celle per mm connesse in serie. Recentemente, combinando tecniche litografiche ad alta
risoluzione (60 nm) e tecniche per la realizzazione di celle fotovoltaiche organiche, i nanomoduli
realizzati hanno mostrato tensioni di circuito aperto dell’ordine del kV per una area di 1 cm2 di cella
illuminata con luce standard.
Parte dell'attività di ricerca è stata rivolta allo studio delle proprietà elettroniche in
semiconduttori organici (BAlq, P3HT e C60) per mezzo di tecniche di spettroscopia con luce di
sincrotrone presso la linea di luce ALOISA ad ELETTRA. Infine, la messa a punto di processi di
litografia, anche grazie alla scrittura di un software dedicato per la linea di litografia a raggi-X
LILIT al sincrotrone ELETTRA, ha permesso la realizzazione di celle fotovoltaiche organiche
basate sul controllo della nanostruttura dell'eterogiunzione tra semiconduttori organici.
G. Grenci, A. Pozzato, A. Carpentiero, E. Sovernigo, M. Tormen, Method for the fabrication of Xray lithography masks or diffractive optical elements characterized by nanopatterned absorbers
with high aspect ratio, Microelectronic Engineering under reviewing 2010
D. Garoli, M. Natali, G.Parisia, M. Massaria, T. Ongarello, V. Giorgisa, G. Ruffato, E. Sovernigo
and F. Romanato, Fabrication of negative-refractive-index metamaterials in the visible spectral
range, Microelectronic Engineering under reviewing 2010
E. Sovernigo, S. Dal Zilio, A. Pozzato, L. Felisari, and M. Tormen, Nanomodules and light
trapping systems for high voltage organic solar cells, Proc. 25th EU PVSEC (2010) 743 - 746.
Istituto Officina dei Materiali - CNR Workshop 30 settembre - 1 ottobre 2010, Padriciano, Trieste,
Italy.
26
Attività formativa
Dr. Hanna Mamzer, How to present scientific results 22 January 2010, University of Trieste, Italy.
Prof. Miguel Nobrega, Seminar on Development of On-line Monitoring devices for the extrusion
process, 15 June 2010, University of Trieste, Italy.
25th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition / 5th World Conference on
Photovoltaic Energy Conversion, 6-10 September 2010, Valencia, Spain.
Il futuro del silicio nel fotovoltaico, 28 ottobre 2010 Fondazione Bruno Kessler, Povo di Trento,
Italy.
Dr. Sangeeta Kale, Seminar on Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine, 23
November 2010, University of Trieste, Italy.
23/09/2010 - Lezione su L'uso dell'energia fotovoltaica e le frontiere della ricerca in questo campo,
Liceo Scientifico Convitto Naz. Paolo Diacono - Cividale del Friuli, Italy.
27
Dottorandi del 24 ciclo: •
Dottorando MATTEO CARGNELLO – email [email protected]
Laboratorio di lavoro: lab. 439-523 Dip. Sc. Chimiche, Edificio C11
Titolo della tesi: Rare-earths oxides-based nanostructures as heterogeneous catalysts
Supervisore: Prof. Paolo Fornasiero
Tutori: Dr. Tiziano Montini
L’attività di ricerca del secondo anno di dottorato è stata focalizzata su due aspetti:
- la completa caratterizzazione dei materiali preparati durante il corso del primo anno;
- lo sviluppo di nuovi metodi di incapsulamento di nanoparticelle di Pd all’interno di ossidi
porosi.
Durante il corso del primo anno di dottorato sono stati preparati materiali a base di Cu, Pd e Au
incapsulati nella ceria (CeO2) che sono stati completamente caratterizzati con diverse tecniche quali
la spettroscopia di assorbimento di raggi X, la microscopia elettronica a scansione a trasmissione e
il chemiadsorbimento (dati pubblicati).
L’approccio di incapsulamento è risultato particolarmente promettente per il palladio e questa
procedura è stata quindi ulteriormente migliorata.
Materiali basati su strutture core-shell di Pd@CeO2 e depositati su allumina sono stati testati
nella reazione di conversione del gas d’acqua (Water Gas Shift reaction). La disattivazione di questi
catalizzatori durante la reazione è stata valutata con tecniche complementari come il
chemiadsorbimento e la spettroscopia IR. Abbiamo dimostrato come il processo sia completamente
reversibile e di come sia dovuto alla forte interazione tra metallo e ceria. Accurati studi di TEM,
STEM e tomografia STEM effettuati durante il mio soggiorno di due mesi a Cadiz (Spagna) hanno
infatti evidenziato come le strutture Pd@CeO2 che si formano dopo la deposizione sono
caratterizzate da un particolare ordinamento. Questo è probabilmente dovuto ad una non ottimale
interazione tra l’allumina idrofilica e le strutture Pd@CeO2 idrofobiche. Per questo è stato
sviluppato un metodo per rendere l’allumina più idrofobica. Questo è basato sulla modificazione
della sua superficie con silani contenenti lunghe code alchiliche. Lo studio di questi catalizzatori è
ancora in progresso.
Le strutture Pd@CeO2 sono state depositate su materiali per celle a combustibile ad ossidi solidi
(SOFCs) e utilizzati quali anodi. I risultati di questo studio hanno mostrato come i catalizzatori
basati su strutture core-shell forniscano prestazioni molto migliori di materiali classici preparati per
impregnazione dei sali. Oltre a ciò è stata riscontrata una molto maggiore stabilità termica dei
materiali incapsulati dovuta alla particolare geometria che previene la sinterizzazione delle
particelle.
È stata poi sviluppata una nuova metodologia per la sintesi delle nanoparticelle di Pd alla base
della procedura di incapsulamento. La nuova procedura risulta essere semplice e riproducibile.
28
L’influenza dei parametri sintetici sulle dimensioni finali delle particelle sono stati analizzati
accuratamente tramite TEM. Le particelle così ottenute sono state anche utilizzate per reazioni di
formazione di legami C-C tramite coupling di tipo Suzuki con risultati promettenti e possibilità di
riciclo.
Infine, le particelle di palladio sono state incapsulate anche all’interno della titania (TiO2). I
catalizzatori così preparati sono risultati molto promettenti per la produzione fotocatalitica di
idrogeno da alcoli e il loro studio è ancora in progresso.
I risultati sono incoraggianti in quanto evidenziano come la procedura di preparazione delle
strutture Pd@CeO2 sia estendibile anche a diverse combinazioni metallo-ossido che portano alla
preparazione di catalizzatori attivi in diversi ambiti.
Obiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile)
I principali obiettivi della futura ricerca sono l’estensione dell’approccio di incapsulamento ad altre
combinazioni metallo-ossido, la più accurata caratterizzazione dei materiali già preparati e
l’impiego di nuove metodologie per l’assemblaggio di strutture metallo-ossido ed il loro uso in
catalisi eterogenea.
1) M. Cargnello, C. Gentilini, T. Montini, E. Fonda, S. Mehraeen, M. Chi, M. Herrera-Collado, N.
D. Browning, S. Polizzi, L. Pasquato and P. Fornasiero, "Active and stable embedded Au@CeO2
catalysts for preferential oxidation of CO.", Chemistry of Materials 22 (2010), 4335-4345.
2) N. L. Wieder, M. Cargnello, K. Bakhmutsky, T. Montini, P. Fornasiero and R. J. Gorte, "A
study of the water-gas-shift reaction over Pd@CeO2/Al2O3 core-shell catalysts.", The Journal of
Physical Chemistry C (2010), in press, doi:10.1021/jp102965e.
3) V. Gombac, L. Sordelli, T. Montini, J. J. Delgado, A. Adamski, G. Adami, M. Cargnello, S.
Bernal and P. Fornasiero, “CuOx-TiO2 Photocatalysts for H2 Production from Ethanol and Glycerol
Solutions.”, The Journal of Physical Chemistry A 114 (2010), 3916-3925.
4) M. Cargnello, N. L. Wieder, T. Montini, R. J. Gorte and P. Fornasiero, "Synthesis of dispersible
Pd@CeO2 nanostructures by self-assembly.", Journal of the American Chemical Society 132
(2010), 1402-1409.
5) M. Cargnello, T. Montini, S. Polizzi, N. L. Wieder, R. J. Gorte, M. Graziani and P. Fornasiero,
“Novel embedded Pd@CeO2 catalysts: a way to active and stable catalysts.”, Dalton Transactions
39 (2010), 2122-2127.
6) L. De Rogatis, M. Cargnello, V. Gombac, B. Lorenzut, T. Montini and P. Fornasiero,
“Embedded phases: a way to active and stable catalysts.”, ChemSusChem 3 (2010), 24-42.
1) L. De Rogatis, T. Montini, V. Gombac, M. Cargnello and P. Fornasiero, “Stabilized metal
nanoparticles embedded into porous oxides: a challenging approach for robust catalysts.”, in
29
Nanorods, Nanotubes and Nanomaterials Research Progress (2008), Wesley V. Prescott and
Arnold I. Schwartz Editors, Nova Science Publishers, 2008, New York, pp. 71-123.
- “Metal-doped TiO2 for hydrogen production”, V. Gombac, T. Montini, M. Cargnello, M. Graziani
and P. Fornasiero, Slovenian Conference on Materials and Technologies for Sustainable Growth,
oral presentation, University of Nova Gorica, Ajdovscina, Slovenia, 12th May 2009
- Informal workshop Scuola di Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie and Int. Max-Planck
Research School for Science and Technology of Nanostructures, oral presentation “Rare-earths
oxides-based nanostructures as heterogeneous catalysts”, Max Planck Institute of Microstructure
Physics, Halle, 15th-16th July 2009
- “I giovani e la chimica in Friuli-Venezia Giulia”, oral presentation “Self-assembled materials
based on metallic nanoparticles for heterogeneous catalysis”, Department of Chemistry, University
of Trieste, 24th September 2009
- “Active and stable Au catalysts for H2 purification”, T. Montini, M. Cargnello, C. Gentilini, L.
Pasquato, P. Fornasiero, S. Mehraeen, N. D. Browning, E. Fonda, GOLD 2009, 5th international
conference on gold technology and applications, Heidelberg (Germany), poster presentation, 25th30th July 2009
- 2nd PhD workshop, Martin-Luther Universitat Halle-Wittenberg, Wittenberg, Germany, poster
presentation “Active and stable Au catalysts for H2 purification”, 10th-11th September 2009
- XV National School of Organometallic Chemistry, oral presentation “Pd@CeO2 dispersible
structures prepared by self-assembly for heterogeneous catalysis.”, Matteo Cargnello, Noah Wieder,
Tiziano Montini, Raymond J. Gorte and Paolo Fornasiero, Bertinoro (FC), 23-27 May 2010
- “Embedded phases: a way to active and stable catalysts.”, M. Cargnello, lecture, Universidad de
Cadiz (Spain), Facultad de Ciencias, Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería
Metalúrgica y Química Inorgánica, 10th June 2010
- XXXVIII National Congress of the Inorganic Chemistry Division of the Italian Chemical Society,
Trieste, Italy, “Embedded metal nanoparticles as heterogeneous catalysts: advantages and
disadvantages.”, M. Cargnello, P. Fornasiero, V. Gombac, M. Graziani, B. Lorenzut and T.
Montini, poster presentation, 14 September 2010
Partecipazione a congressi (come co-autore)
- “Photocatalytic H2 production over optimized CuOx-TiO2 nanocomposites.”, V. Gombac, T.
Montini, L. Sordelli, M. Cargnello, M. Graziani, P. Fornasiero, Summer School in catalysis 2009,
Porto Carras, Greece, May 2009 (poster presentation by V. Gombac)
- “Design of active and stable catalysts for H2 purification.”, T. Montini, M. Cargnello, C. Gentilini,
L. Pasquato, P. Fornasiero, S. Mehraeen, N. D. Browning, E. Fonda, E-MRS 2009 Spring Meeting,
Strasbourg, June 2009 (oral presentation by T. Montini)
30
- “Photocatalytic H2 production over optimized CuOx-TiO2 nanocomposites.”, P. Fornasiero, V.
Gombac, T. Montini, L. Sordelli, M. Cargnello, M. Graziani, VII Convegno Nazionale Consorzio
Scienza e Tecnologia dei Materiali, Tirrenia, Italy, June 2009 (oral presentation by P. Fornasiero)
Attività formativa
- Research center ICCOM-CNR Florence, Sesto Fiorentino, AFM experiments, 1-7 February 2009
- Sinchrotron Soleil, Gif-sur-Yvette, Paris, EXAFS experiments, 19-23 February 2009
- Indian Institute of Technology, Chennai, 31 March – 5 April 2009
- Universidad de Cadiz (Spain), Facultad de Ciencias, Departamento de Ciencia de Materiales e
Ingeniería Metalúrgica y Química Inorgánica, Prof. S. Bernal and Dr. J. J. Delgado, 1st June – 31st
July 2010
laurea)
- “Tecniche di caratterizzazione con luce di sincrotrone”, Prof. G. Vlaic, corso di laurea magistrale
in chimica, 40 hours
- “Proprietà fisiche dei materiali”, Prof. A. Franciosi, corso di laurea magistrale in chimica, 40
hours
- Course “Molecular self-assembling and nanostructures”, Dr. L. Casalis, Prof. A. Morgante, Prof.
L. Pasquato, 8 hours
- Course “Advanced Microscopy”, Dr. L. Felisari, Dr. C. Africh, 14 hours
- Course “Photoemission Spectroscopies”, Prof. A. Baraldi, 11 hours
- Annual meeting PhD School in Nanotechnology, 13-15 January 2009, total 20 hours
- “Information meetings for doctoral students”, 30 June 2009, 3 hours
- “Seminar on writing (and managing) a research project”, 16th October 2009, 4 hours
- Annual meeting PhD School in Chemical and Pharmaceutical Sciences and Technologies, 21-23
January 2009, total 10 hours
- 1st International Conference on Nanustructured Materials, Kottayam, Kerala (India), 6-8 April
2009
- Conference “Modeling reactions at the nanoparticle scale”, Prof. P. Westmoreland, 8 May 2009
- Conference “Chimica fisica delle interfasi in sistemi nanostrutturati”, Dr. I. Colombo, 15 May
2009
- Conference “Supramolecular Chemistry of Naphthalenediimides”, Dr. G. Dan Pantos, 8 June 2009
- Conference “New chemistry of dithiolenes: from biomimetic models to sensor”, Prof. Partha Basu,
13 July 2009
- Conference “NMR Techniques for Investigating the Supramolecular Structure in Solution”, Prof.
Alceo Macchioni, 17 September 2009
31
- 3rd year PhD students presentations, 26 November 2009
- Annual meeting PhD School in Chemical and Pharmaceutical Sciences and Technologies, 18-20
January 2010, total 10 hours
- Seminar on “How to present scientific results”, Dr. Hanna Mamzer, 22 January 2010, 7 hours
- Seminar “Combustili solari: nuove opportunità per la ricerca”, Prof. S. Perathoner, 1 March 2010,
1 hour
- Seminar “Energia per il XXI secolo”, Dr. N. Armaroli, 25 March 2010, 2 hours
- Sessione TEM, Dipartimento di Chimica Fisica, Università Cà Foscari di Venezia, Mestre, 14
Aprile 2010
- Sessione TEM, Dipartimento di Chimica Fisica, Università Cà Foscari di Venezia, Mestre, 14
Maggio 2010
- TEM-UCA Summer Workshop “Transmission Electron Microscopy on Catalytic Materials and
Nanoparticles”, Universidad de Cadiz (Spain), 12th-16th July 2010
- XXXVIII National Congress of the Inorganic Chemistry Division of the Italian Chemical Society,
Trieste, Italy, 13-16 September 2010
- Seminar “Can CexZr1-xO2 materials be suitable supports for polioxometallates?”, Prof. G. Ranga
Rao, 29 September 2010
- Seminar “Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine”, Prof. Sangeeta Kale, 23
November 2010
- 3rd year PhD students presentations, 23 November 2010
- Attività di tutorato per il Laboratorio di Chimica Generale per Scienze Geologiche con il Prof. P.
Fornasiero, totale 50 ore
- Esercizi di Chimica Generale e Stechiometria per il Corso Integrato di Chimica Generale per
Biotecnologie, STAN e Scienze Geologiche, 10 ore
32
Dottorando:
LUCA COZZARINI
Titolo della tesi:
Supervisore:
Tutore:
“Nanostructured materials for photovoltaic applications”
Prof. Valter Sergo
Dr. Vanni Lughi

Scopo del progetto di ricerca
Lo scopo del mio dottorato di ricerca è lo sviluppo di un materiale composito per
applicazioni fotovoltaiche basato su nanocristalli (“NC”) di semiconduttore. Tale progetto
propone la realizzazione di un materiale a struttura multifase, tramite l’inclusione di NC
all’interno di una matrice (materiale barriera) di un secondo semiconduttore. Questa
struttura dovrebbe introdurre una banda elettronica intermedia (“IB”) all’interno della
banda proibita del materiale barriera, migliorandone in tal modo l’efficienza di
fotogenerazione. Si prevede di arrivare a questo risultato partendo da NC bifasici (“coreshell”), sintetizzati grazie ad approcci di chimica colloidale, potenzialmente a costi e
impatto ambientale ridotti.

Attività svolta nel primo anno
Il secondo anno di ricerca è stato dedicato all’ottenimento di uno strato assorbitore
assorbitore nanocomposito da inserire in un prototipo di cella fotovoltaica. Si è cercato di
arrivare a questo obiettivo seguendo varie fasi: (a) ottimizzazione delle procedure di
cambio tensioattivo e solvente dei nanocristalli, (b) assemblaggio su un substrato
conduttivo, (c) rimozione della parte organica e (d) applicazione di un trattamento termico
per la densificazione del materiale barriera (semiconduttore componente la shell dei
nanocristalli) senza alterare la struttura dei core in esso inglobati. Dopo numerosi tentativi
non soddisfacenti con il sistema scelto in partenza, con struttura ad “anione comune”,
(CdSe/ZnSe), rivelatosi molto difficile a causa di problemi di diffusione (formazione di
una lega CdZnSe anziché di NC dispersi in una matrice di ZnSe), si è optato per lavorare
su sistemi diversi (CdSe/CdS e CdTe/CdS) andando a ridefinire da zero le procedure di
sintesi, cambio solvente e trattamento termico. Con queste coppie di semiconduttori
(struttura a “catione comune”) è stato possibile ridurre problemi di diffusione, ma non
ancora ottenere un metamateriale con le caratteristiche cercate. Si stanno attualmente
provando strade differenti, tra cui deposizioni di strati multipli di CdS tramite chemical
bath deposition/physical vapour deposition e nanocristalli per drop casting o dip coating.
Nel corso del secondo anno mi sono dedicato anche ad attività di ricerca e sviluppo
secondarie: (a) inclusione di nanocristalli di semiconduttori in una matrice polimerica
trasparente per la fabbricazione di filtri attivi (assorbitori nel blu, emettitori nel verde e
rosso) per LED commerciali; (b) sviluppo e sintesi di nanocristalli con composizione e
proprietà ottiche personalizzate (emissione dal near IR al UV) per scopi
didattici/commerciali.

Obiettivi da raggiungere per l’anno successivo
o
Ottenimento di un dispositivo funzionante
33
o

Prove di efficienza spettrale
o Ottimizzazione dei parametri di produzione, deposizione e trattamento termico
Pubblicazioni/abstracts in conferenze
o POSTER - L. Cozzarini, S. Cacovich, M. del Ben, F. Antoniolli and V. Lughi,
“Optical properties of CdSe/ZnSe core-shell nanocrystals”, NaNaX4: Nanoscience
with Nanocrystals international conference (poster session), Tutzing (Germany), 1115.04.2010
Attività formativa

Periodi di permanenza all’estero

18 ottobre 2010 – 20 aprile 2011 (durata totale del periodo) presso il Solar Energy
Research Facility del NREL1, Golden, CO, USA.
Ore di lezione seguite, I° anno (sostituite da lettura/studio personale):
Libri:
- J. Poortmans and V. Arkhipov, “Thin Film Solar Cells”, ISBN 0-4700916-6
- A. Guinier, “X-Ray Diffraction in crystals, imperfect crystals and
amorphous bodies”, ISBN 0-486-68011-8
A. Luque et al., “Solar cells based on quantum dots: multiple exciton
generation and intermediate band”, MRS Bulletin 32 (2007), 545-610
- P. Reiss et al., “Core/Shell semiconductor nanocrystals”, Small 5
(2009), 154-168
- J. Talapin et al., “Prospect of colloidal nanocrystals for electronic
and optoelectronic applications”, Chem. Rev. 110 (2010), 389-458
Ore di laboratorio svolte, II° anno
o Circa 800 ore del lavoro di ricerca sono state svolte nei laboratori del DMRN2
o Circa 300 ore di laboratorio come ospite presso il Solar Energy Research Facility del
NREL
Congressi, seminari ed incontri organizzati dalla scuola
o “Presentation of yearly research activity”, Università degli Studi di Trieste,
10.12.2009
o “Official workshop of the school”, Università degli Studi di Trieste, 18-20.01.2010
o H. Mamzer (University of Poznan, Poland) “How to present scientific results”,
Università degli Studi di Trieste, 22.01.2010
o M. Nobrega (University of Minho, Portugal) “Development of On-line Monitoring
devices for the extrusion process”, Università degli Studi di Trieste, 15.06.2010
o M. Fermeglia “Use of VPN and UGOV”, Università degli Studi di Trieste,
15.06.2010
o Veneto Nanotech “Presentation of Nanochallenge and Polymerchallenge”,
Università degli Studi di Trieste, 15.06.2010
Corsi avanzati seguiti – seminari – altre attività didattiche passive
o “NaNaX4: Nanoscience with Nanocrystals” international conference, Tutzing
(Germany), 11-15.04.20
Reviews:



1
2
-
National Renewable Energy Laboratory, 1617, Cole Boulevard, Golden, CO 80401, USA
Dipartimento dei Materiali e delle Risorse Naturali, Università degli Studi di Trieste, via Valerio 6A, 34127 Trieste, Italy
34

o X. Zhu (University of Austin, Texas) “Revolutionary Solar Conversion – Hot
Electrons and a Path to the Ultimate Solar Cell”, seminario, University of Colorado
at Boulder, 11.11.2010
Attività didattica attiva
o Circa 2 ore di lezione e 3 ore di supporto in laboratorio al corso “Materiali
nanostrutturati”(prof. Vanni Lughi – II semestre, AA 2009-2010)
o Co-relatore di due tesi di laurea triennale in Ingegneria Industriale (Stefania
Cacovich,“Modellizzazione e Sperimentazione delle Proprietà Optoelettroniche di
Eterostrutture Nanocristalline” e Caterina Stenta, “Misure elettriche e misure Hall
su film sottili di semiconduttori”)
o Supporto in laboratorio a una di laurea triennale in Ingegneria dei Materiali (Giulio
Pipan, “Studio su tensioattivi organici in polveri di nanocristalli di seleniuro di
zinco”) e una tesi di laurea quinquennale in Ingegneria dei Materiali (Luca Pavan
“Diffusione in Nanocristalli di Semiconduttori II-VI”)
35
Dottorando Elisa D’ESTE
Titolo della tesi: BIO-SAMPLE
ENVIRONMENT
MANIPULATION
USING
ADVANCED MICROSCOPY TECHNIQUES
Supervisore: prof. Alberto Morgante, dott. Dan Cojoc
Tutori (eventuali): dott. Enrico Tongiorgi
Durante questo anno innanzi tutto abbiamo confermato i risultati ottenuti lo scorso anno,
disostrando la possibilità di stimolare localmente neuroni in coltura per mezzo degli optical
Tweezers (OT). In particolare abbiamo dimostrato la possibilità di indurre una risposta
cellulare a una neurotrofina (BDNF) legata covalentemente a beads di silica, manipolati con
gli OT.
Ci siamo poi focalizzati su un problema biologico che può essere risolto con la nostra
tecnica, e in particolare sul movimento degli mRNA, poiché questo processo è alla base della
plasticità sinaptica (Tongiorgi et al., Molecular Neurobiology 2006). Al fine di visualizzare
gli mRNA in cellule vive, abbiamo utilizzato il sistema MS2 (Rodriguez et al., Seminars in
Cell & Developmental Biology 2007), che si basa su una di sequenza hairpin di RNA che
sono riconosciuti specificamente da una proteina, che a sua volta può essere legata alla GFP.
In questo modo mRNA ingegnerizzati, aventi sia la sequenza MS2 che la sequenza di
interesse, possono essere seguiti visualizzando la GFP. In questo anno prima abbiamo
preparato i costrutti con le diverse porzioni dell’mRNA del BDNF, poi abbiamo iniziato a
testarli. In alcuni casi siamo stati in grado di visualizzare i movimenti dell’mRNA lungo i
dendriti, però la tecnica non è semplice e necessita di essere ottimizzata.
Ci siamo anche focalizzati sulle proteine responsabili del traffico dell’mRNA e in particolare
sulle proteine che legano l’mRNA del BDNF. Studi precedenti indicando la presenza di siti
di legame per diverse RNA-binding proteins, quali ELAV-1, ELAV-2, ELAV-3 and ELAV4, CPEB-1 and CPEB-2, FMRP, FXR2, Staufen, Translin, KHSRP-1, ZBP-1, hnRNP a2/b1
(Annalisa Vicario, Tesi di Dottorato, dati non pubblicati).
Inizialmente abbiamo cercato le condizioni sperimentali per visualizzare le proteine
endogene in western blott, successivamente abbiamo cercato di mettere a punto un sistema
con consentisse di rilevare il legame di queste proteine all’mRNA di interesse. Abbiamo
usato un approccio di RNA-Biotin Pull Down, in cui una sonda RNA biotinilata è legata a
una resina funzionalizzata con la streptavidina dopo essere stata incubata con un omogenato
cellulare (Buratti et al., NAR 2004). Purtroppo il rapporto segnale/rumore era troppo basso in
tutte le diverse condizioni sperimentali testate e anche proteine che non legano l’mRNA
erano presenti. Questo sistema non era quindi affidabile.
Infine abbiamo costruito un setup di optical tweezers accoppiato a un setup di
microdissection. Questo strumento ha poi permesso lo sviluppo di una nuova tecnica per il
rilascio locale di molecole: il composto desiderato può essere inserito in liposomi che, dopo
essere stati posizionati nel punto di interesse con gli OT, possono essere bucati con un pulso
36
UV: In questo modo le molecole all’interno del liposoma diffondo nel terreno generando un
gradiente. Uno studente ha poi ottimizzato la tecnica e dimostrato la sua funzionalità.
Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile)
 Imaging of the RNA-binding proteins in immunofluorescence assay coupled to
fluorescence in situ hybridization to test their co-localization with BDNF mRNA
 Optimization of the MS2 system in living cells
 Analysis of other biological problems related to local delivery.
 POSTER: Local stimulation with sub-micrometric precision of BDNF signaling in
dendrites using optical tweezers. D'Este E., Baj G., Beuzer P., Ferrari E., Tongiorgi E. &
Cojoc D. (7th FENS Forum of European Neuroscience)
 POSTER: Optical delivery of neuroactive compounds through UV fusion of
functionalized liposomes. Pinato G., Cojoc D., D'Este E. & Tavano F. (7th FENS Forum
of European Neuroscience)
 POSTER: Focal stimulation of cultured neurons by Optical Tweezers. Elisa D’Este,
Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico Ferrari, Federica Tavano, Enrico Tongiorgi, Dan
Cojoc. (Nano- and Micro- Mechanics of living Cell Adhesion)
 POSTER: Cell mobility and metastatic spreading: a study on human neoplastic cells using
optical tweezers. Tavano, Bonin, D’Este, Pinato, Stanta, Cojoc (Venezia Nanotech Italy
2010)
 ORAL: Stimulation of neurons by optically manipulated liposomes. G. Pinato, T.
Raffaelli, E. D’Este, F. Tavano, D. Cojoc (EOS conference 2010, Paris)
Attività formativa
 Congresso della scuola in nanotecnologie; gennaio 2010; 10ore
 How to present scientific results; 22 gennaio 2010, 7 ore
 Metal Oxide nanomaterials in sensors and biomedicine, 23 novembre 2010
 Presentazioni dottorandi III anno, 23 novembre 2010
Statistica Biomedica e Software R, ANBI, 8-9 febbraio 2010, 8 ore
 Corso di base di Microsoft Access, ANBI, 25 giugno 2010, 8 ore
 Neuroni e attività elettrica, Giulietta Pinato, marzo 2010, 10 ore
 RNA structure and function, ICGEB, 23marzo-1 aprile 2010, 22ore
 Nano- and Micro- Mechanics of living Cell Adhesion, CISM, 13-18 giugno 2010, 30 ore
 7th FENS Forum of European Neuoscience, Amsterdam, 3-7 luglio 2010
 BDNF in affective disorders, BRAIN, 4 ottobre 2010, 1,5 ore
 Somatic release of serotonin, BRAIN, 11 maggio 2010, 1,5 ore
 Optical Tweezers Malaria, TASC, 11 settembre 2010, 1,5 ore
 Deficits in Neurotrophins, proneurotrophins and their receptors: mechanism of
neurodegeneration in Alzheimer’s disease, BRAIN, 26 maggio 2010, 1,5 ore
 La luce di Sincrotrone e le sue applicazioni, ITI Malignani, 1 ora
37
Candidato DANIEL ERA
Titolo della tesi: Applicazione delle nanotecnologie in problemi di farmacogenetica
Supervisore: Tullio Giraldi
L’obiettivo generale del progetto è valutare quanto approcci basati sulla farmacogenetica si prestino
ad essere traslati dalla fase della ricerca clinica, necessariamente condotta su campioni
dall’estensione numerica più limitata, alla pratica clinica corrente della medicina di comunità. Il
progetto di dottorato è indirizzato, inoltre, a valutare la possibile applicazione di metodologie e
nanotecnologie innovative nella medicina del territorio.
Il secondo anno di dottorato è stato incentrato sulla valutazione del problema clinico e sul suo
impatto nella medicina territoriale. Da questa valutazione può derivare l’eventuale indicazione
dell’opportunità di sviluppare devices nanotecnologici progrediti, adatti all’impiego nella medicina
generale e di comunità.
Per tale motivo, il secondo anno è stato dedicato al reclutamento dei pazienti idonei presso i
due centri dell’Azienda per i Servizi Sanitari di Trieste n.1 (ASS1), il Centro Cardiovascolare ed il
Distretto 1. Dei pazienti inclusi nello studio è stato eseguito un prelievo di materiale biologico
(cellule della mucosa orale) e sono stati raccolti i dati clinici necessari alla creazione di un database.
Nella parte finale dell’anno è stata effettuata l’analisi dei polimorfismi sul DNA estratto dai
campioni raccolti. L’analisi genetico - molecolare è stata finora condotta utilizzando strumentazioni
e tecniche standard comunemente impiegate nei laboratori, quali la PCR real time sfruttando sonde
di tipo Taq-Man® oppure il sequenziamento diretto mediante pyrosequencing.


Schillani G, Martinis E, Capozzo MA, Era D, Cristante T, Mustacchi G, Conte MA, De
Vanna M, Grassi L, Giraldi T. Psychological response to cancer: role of 5-HTTLPR genetic
polymorphism of serotonin transporter; Anticancer Research 30: 3823-3826 (2010);
Schillani G, Capozzo MA, Era D, De Vanna L, Grassi L, Conte MA, Giraldi T.
Pharmacogenetic of escitalopram and mental adaptation to cancer in palliative care: report
of 18 cases. (In stampa).
XI convegno nazionale della Società Italiana di Psico-Oncologia (SIPO). 1-3 ottobre 2009
Senigallia (An). Ruolo del polimorfismo genetico 5-HTTLPR del trasportatore della
serotonina nella risposta psicologica alla diagnosi di cancro della mammella (POSTER);
 34° congresso nazionale della Società Italiana di Farmacologia (SIF). 14-17 Ottobre Rimini.
Genetics interaction between citalopram antidepressant activity and MAO-A VNTR
polymorphism in palliative care of cancer (POSTER);
 XVII Congresso Nazionale della Società Italiana di neuropsicofarmacologia 22-25 settembre
2010, Cagliari. Ruolo del polimorfismo genetico 5-HTTLPR del trasportatore della
serotonina nella risposta psicologica alla diagnosi di cancro della mammella (POSTER);
 XIV Seminario Nazionale per dottorandi in Farmacologia e Scienze affini. Siena, Certosa di
Pontignano, 20-23 Settembre 2010. Pharmacogenetic research and its applications in
current clinical practice;

38
Attività formativa
•
Nanotechnology School Annual Meeting, January 2009;
Congress “Highlights in oncology. Recenti acquisizioni in oncologia”. February 11 2009,
Aviano (Pn);
III Meeting-Workshop “Nuove Prospettive in Chimica Farmaceutica”. February 13-14
2009, Castelvecchio Pascoli (Lu);
Prof. Maurizio Fermeglia “Uso del VPN per l’accesso remoto”. March 20 2009, Trieste;
Dr A. Bardelli “Cancer mutations and targeted therapies”. May 6 2009, Trieste;
Prof. PR Westmoreland, Dept. of Chemical Engineering, University of Massachusetts
Amherst, “Modeling reactions at the nanoparticle scale”. May 8 2009, Trieste;
Dr I. Colombo “Chimica Fisica delle interfasi in sistemi nanostrutturati”. May 15 2009,
•
Trieste;
Incontri informativi per i dottorandi organizzato dalla Sezione Ricerca e Dottorati in
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
collaborazione con il Sistema Bibliotecario di Ateneo. June 29 2009, Trieste;
34° National Congress of the Italian Society of Pharmacology “Il valore del farmaco per la
tutela della salute”. October 14-17 2009, Rimini;
Corso introduttivo alla farmacoepidemiologia, ASS1-ISS. November 19-21 2009, Trieste;
Dr H Mamzer, Sociology Department of Adam Mickiewicz University in Poznan (Poland),
“How to present scientific results in public” January 22, 2010, Trieste.
Prof. M Nobrega, University of Minho (Portugal) “Development of On-line Monitoring
devices for the extrusion process”. June 15, 2010, Trieste;
XIV Seminario Nazionale per dottorandi in Farmacologia e Scienze affini. Siena, Certosa di
Pontignano, September 20-23, 2010;
Dr S Kale, Defence Institute of Advanced Technology (DIAT), India. “Metal oxide
nanomaterials in sensors and biomedicine”. November 23, 2010, Trieste.
39
Dottorando RAFFAELLA FIOR
Titolo della tesi: Ionic channel behavior: development of a novel, non destructive method for
mechanical and electrical analysis of a single cell
Supervisore: prof. Orfeo Sbaizero
Descrizione delle tematiche di ricerca e dei principali risultati scientifici raggiunti
Scopo di questo lavoro di ricerca e’ quello di realizzare un dispositivo in grado di permettere la
valutazione delle proprieta’ meccaniche di singole cellule. Tale dispositivo micro elettro meccanico
(MEMS) inoltre deve poter essere utilizzato per valutare l’attivita’ dei canali ionici sensibili alla
stimolazione meccanica (mechanosensitive ion channels) con tecniche di tipo patch clamp ma anche
con l’uso di un microscopio a forza atomica (AFM) conduttivo.
Ho progettato e realizzato due tipologie di dispositivi. Il primo a base di silicio, il secondo in nitruro
di silicio su un substrato di ossido di silicio (completamente trasparente). I dispositivi a base di
silicio son stati ampiamente testati con singole cellule in vivo. Ho messo a punto una tecnica per
garantire l’adesione cellulare soltanto sulle piazzole di musura e non sull’intero dispositivo. Il
protocollo seguito prevede l’uso di octadeciltriclorosilano (ODS) e Pluronic F127 mentre le
proteine di adesione (fibronectina) possono venir depositate tramite una tecnica litografica senza
l’uso di maschere. Questi MEMS sono stati utilizzati sia con fibrobtasti NH3T3 che con
cardiomiociti.
Per quanto riguarda il MEMS completamente trasparente ho realizzato i primi prototipi. La
trasmittanza percentuale e’ del 85-90% dipendente dalle lunghezze d’onda.
Buoni risultati preliminari son stati raggiunti anche nell’utilizzo dell’AFM. Son state valutate le
proprieta’ morfologiche di cellule sia fissate che in vivo e son stati messi a puno tutti i parametri
della strumentazione.
Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo
Fino ad agosto saro’ visiting scholar nel Dipartimento di Bioingegneria all’Universita’ della
California San Diego e in questi mesi l’obiettivo sara’ quello di utilizzare i MEMS realizzati fino ad
ora, eventualmente modificarli, in modo da accoppiare lo studio delle proprieta’ meccaniche delle
cellule a quello delle proprieta’ elettriche utilizzando tecniche di patch clamp e un AFM conduttivo.
Le tecniche e le procedure ottimizzate verranno poi trasferite al laboratorio italiano dove
continuero’ questo tipo di attivita’.
3° Forum Nazionale dei Giovani Ricercatori di Scienza e Tecnologia dei Materiali
“Development of New MEMS for the Study of Mechanical and Morphological Properties
of Single Living Cells” R. Fior, S. Maggiolino, O. Sbaizero 22-24 Marzo 2010 Padova
40
3° Forum Nazionale dei Giovani Ricercatori di Scienza e Tecnologia dei Materiali
“Development of New MEMS for the Study of Mechanical and Morphological Properties
of Single Living Cells” R. Fior, S. Maggiolino, O. Sbaizero 22-24 Marzo 2010 Padova
AUTORE, speaker
Attività formativa
Dal 5 ottobre 2010 (in corso) visiting scholar presso University of California San Diego, UCSD
Dipartimento di Bioingegneria, tutor prof. Ratnesh Lal
-18-20 gennaio 2010 Congresso annuale della scuola di dottorato in Nanotecnologie;
- 22-24 Marzo 2010 3° “Forum Nazionale dei Giovani Ricercatori di Scienza e Tecnologia
dei Materiali” Padova
Corsi:
-26 giugno - 9 luglio 2010 "Molecular Self Assembly Nanostructures" UNITS
-22 ottobre 2010 “Clean Room Safety Orientation” UCSD
-22 ottobre 2010 “Analytical Lab Safety Orientation” UCSD
-3 novembre 2010 “Laboratory Safety principles/IIPP” UCSD
-15-19 novembre 2010 “E-beam writer training” UCSD
-1-3 dicembre 2010 “Microfabrication training” UCSD
Seminari:
- 6 maggio 2010 “Nanoscopic and redox Characterization of Metalloproteins Integrated with
Conductive Substrates” Dr. Laura Landolfi @ Area Science Park Basovizza
-10 maggio 2010 “Combining Atomic Force Microscopy with Micro-Electrode Arrays
for Studying the Mechano-Electrical Behavior of Cardiac Myocytes” Josè Francisco Saenz
UNIGE @università di Trieste DMRN
-15 giugno 2010 “Development of On-line Monitoring devices for the extrusion process” prof.
Miguel Nobrega of the University of Minho Portugal @UNITS
-15 giugno 2010 “VPN - U-GOV” prof. Maurizio Fermeglia @UNITS
-18 ottobre 2010 "Recent Advances in AFM and Indentation Instrumentation" Prof. Paul Hansma
UCSB @UCSD
-15 novembre 2010 “Biomaterials Design for Medical Device Applications” Prof. Sungho Jin
@UCSD
-16 novembre 2010 “Platform Technologies for Next Generation Regenerative Therapeutics”
Jeffrey M. Karp, PhD M.I.T. @UCSD
- 18 novembre 2010 “Nobel Laureate Lecture: From Molecular Biology to Immunology and
Neuroscience: A Journey of a Lifetime” Susumu Tonegawa, '68 PhD @UCSD
-23 novembre 2010 “Multiscale Characterization and Modeling of Cortical Bone” Iwona
Jasiuk, PhD University of Illinois at Urbana-Champaign @UCSD
Seminario sulle tecniche di coltura cellulare per i corsi di “Biomateriali” e “Organi artificiali e
Protesi” dei CdL Ingegneria dei Materiali (specialistica) e Ingegneria Elettronica indirizzo
Biomedico (triennale)
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Laboratorio per i corsi di “Biomateriali” e “Organi artificiali e Protesi” dei CdL Ingegneria dei
Materiali (specialistica) e Ingegneria Elettronica indirizzo Biomedico (triennale):
 prove di bio-compatibilità cellulare con 3 diversi materiali (Nickel, PET+oro, resina
polimerica) secondo norma UNI EN ISO 10993-5;
 valutazione della geometria e del rate di crescita di cellule su substrati diversi.
Correlatrice di 3 tesi di laurea triennale:
1. CdL Ingegneria Elettronica indirizzo biomedico “Progettazione, realizzazione e
caratterizzazione di un sistema di microfluidica per un bioreattore atto a
simulare la migrazione delle metastasi tumorali”
2. CdL Ingegneria dei Materiali “Funzionalizzazione di substrati in Silicio per
favorire e-o prevenire l’adesione cellulare”
3. CdL Ingegneria dei Materiali “Realizzazione e caratterizzazione di un
dispositivo micromeccanico per applicare sforzi su tessuti organici”
42
Dottorando Valeria Lanzilotto
Titolo della tesi: Self-assembling and charge transfer properties of thin organic films
Supervisore: Prof. Alberto Morgante
Durante il secondo anno di dottorato ho portato avanti, raggiungendo risultati importanti, le
tematiche di ricerca approcciate al primo anno. Il quadro generale in cui si colloca la mia attività è
incentrato principalmente sullo studio delle proprietà di ordinamento ed elettroniche (con
particolare interesse per il trasferiemnto di carica) di interfacce organico-inorganiche. Da un lato ho
condotto lo studio di sistemi più tradizionali quali film organici sottili su substrati metallici o di
semiconduttori, dall’altro ho intrapreso invece lo studio di sistemi più innovativi quali dispositivi
costruiti da singole molecole.
Per il primo tipo di sitstemi ho condotto una caratterizzazione completa del sistema Pentacene/TiO2.
Gli aspetti principalmente investigati sono stati:
1. Morfologia (Scanning Tunnelling Microscopy – Grupo ESISNA @ ICMM Instituto de
Ciencia de Materiales de Madrid);
2. Analisi quantitativa del modo di crescita del film (Heliam Atom Scattering – HASPES
branchline @ ELETTRA Synchrotron)
3. Geometria di adsorbimento (X-ray Adsorption Spectroscopy – ALOISA beamline @
ELETTRA Synchrotron; X-ray Standing Waves – ID 32 beamline @ ESRF)
4. Le investigazioni nell’ambito del trasferiemnto di carica (Resonant Photoemission
Spectroscopy – ALOISA beamline @ ELETTRA Synchrotron) non hanno messo in
evidenza risultati evidenti.
Nell’ambito delle ricerche condotte nel campo dell’elettronica a singola molecola passi importanti
sono stati condotti nella realizzazione di un sistema di acquisizione dati per misure ci conducibilita’
di singole molecole col metodo delle break-junctions. Il metodo consiste nel portare una punta STM
in contatto con una superficie d’oro e misurare la conducibilità durante il successivo allontamento
della punta. Dopo la rottura dell’ultimo contatto punta-campione (∼13 KΩ) una molecola in grado
di legare chimicamente entrambi gli elettrodi metallici può chiudere il gap esistente
tra di essi. In questo modo una singola molecola viene “catturata” tra gli elettrodi
consentendo di misurarne la conducibilità. L’idea base del set-up è quella di sfruttare l’elettronica
STM per portare la punta molto vicina alla superficie. La punta è infatti montata su un tubo
piezoelettrico che permettepiccoli spostamenti applicando tensioni ai suoi elettrodi (x, x-, y, y-, z).
L’elettronica STM grazie a un sistema di feedback basato sulla corrente di tunnelling è in grado di
regolare la tensione applicata in z affinchè la punta rimanga sempre alla stessa
distanza dalla superficie. In queste condizioni è possibile avvicinare (entrare in contatto) e
allontanare (rompere il contatto) la punta dalla superficie applicando in z un’ulteriore tensione,
questa volta alternata. Questo ha richiesto l’acquisto di una scheda DAC/ADC NI-4461 sia per la
generazione della modulazione da applicare in Z e sia per l’acquisizione della corrente associata.
Inoltre è satato necessario lo sviluppo del software per poter gestire la scheda.
Nonostante il set-up sia ancora in via di sviluppo sono già state fatte le prime misure di
conducibilità sia su oro pulito che in presenza di molecola. La molecola usata è una ftalocianina di
43
rame con delle piridine al posto dei benzeni esterni, tuttavia la preparazione del campione non è
stata ancora ottiamle per poter avere delle misure di conducibilità affidabili.
Per quanto riguarda il primo sistema Pc/TiO2 la caratterizazione è stata completa da tutti i punti di
vista. Il passo successivo è quello di mantenere questo tipo di substrato e utilizzare altri tipi di
molecole sempre appartenenti al gruppo degli idrocarburi aromatici policiclici e individuare quelle
che potrebbero avere le funzionalità atte per eventuale trasferimento di carica.
La messa a punto del sistema per la misura della conducibilità di singola molecola apre la strada per
testare qualsiasi tipo di molecola. Rimaniamo comunque ancora incentrati sull’impiego di
ftalocianine con l’obiettivo di raggiungere una buona preparazione del campione al fine di rendere
affidabili le misure condotte fino ad ora. Il passo successivo potrebbe essere quello di impiegare
molecole con al centro un atomo metallico paramagnetico per studiarne gli eventuali effetti sulla
conducibilità.
V. Lanzilotto, C. Sanchez-Sanchez, G. Bavdek, D. Cvetko, M. F. Lopez, J. A. Martin-Gago and L.
Floreano “Planar growth of Pentacene on the dielectric TiO2 surface”, The Journal of Physical
Chemistry submitted
“Lying-down Pentacene phases on (1X1)-TiO2(110)” V. Lanzilotto, C. Sànchez-Sànchez, G.
Bavdek, J. A. Martin Gago and L. Floreano, CNR-IOM Workshop, Trieste, 30/09-01/10/2010
(poster);
“We studied the growth of Pentacene molecules on the unreconstructed and stoichiometric surface
of TiO2 (110). At variance with its characteristic homeotropic growth mode, Pentacene is found to
be physisorbed on this dieletric substrate with its long molecular axis oriented parallel to the surface
along the [001] direction. Pentacene molecules thus fit the spacing between the Oxigen rows (~6.5
Å) of this anisotropic substrate, preserving the substrate lattice periodicity along the [110]
direction. Pentacene molecules couple side-by-side into long stripes running along the [110]
direction. In the opposite direction, head-to-head pentacene interaction drives the straightening of
the stripes and their spacing according to surface coverage. The individual Pentacene molecules are
found to be rotated by ~30° around their long axis, thus allowing for suitable coupling of second
layer molecules, according to the herringbone packing of the bulk crystal.”
“Thin organic films and their charge transfer properties : an outlook on single molecule devices”,
20th ANNIVERSARY OF THE HERCULES, Grenoble, 25-26/03/2010 (poster);
44
“One of the main goals of nanotechnology is the miniaturization of electronic devices through the
exploitation of unique properties of matter at the nanoscale. At present, many efforts have been
made to develop electronic devices in which a molecule between two electrodes plays the role of an
active conducting element. Although reliable and reproducible experiments have been reported, a
comprehensive conceptual understanding of electron transport in molecular system is lacking.
In this work, the main results obtained by means of a home-made STM break junction set up will be
presented. In the STM break junction technique an Au scanning microscope tip is repeatedly
crashed in and moved out of an Au surface in the presence of the molecule. As the Au point contact
is streched and finally broken, a molecule can be trapped between the tip and the substrate. It is
then possible to apply a bias to the electrodes and measure the current passing through the
molecule.
The electron tunnelling through the molecular junction is affected by the coupling between the
discrete energy levels in the molecule and the continuum states of the electrodes. To understand this
coupling, the single molecule conductance measurements will be discussed with the support of the
spectroscopic investigations of the same thin organic films on gold. In particular, by means of
Resonant Photoemission Spectroscopy it has been possible to disentangle molecular orbitals and
determine the ones involved in the charge transfer at the surface.”
1.“Lying-down Pentacene phases on (1X1)-TiO2(110)” V. Lanzilotto, C. Sànchez-Sànchez, G.
Bavdek, J. A. Martin Gago and L. Floreano, CNR-IOM Workshop, Trieste, 30/0901/10/2010 (poster);
2.“Thin organic films and their charge transfer properties : an outlook on single molecule
devices”, 20th ANNIVERSARY OF THE HERCULES, Grenoble, 25-26/03/2010
(poster);
Attività formativa
1.Workshop of the School of Nanotechnology 18-19/01/2010;
2.“How to present scientific results in public” by Hanna Mamzer from Sociology Department at
Adam Mickiewicz University in Poznan, Poland 22/01/2010;
3.“Dynamics of nanostructures: Diffusion, self-assembly, self-organization, DNA dolphins and
nano-boxes” by Prof. Flemming BesenbacherInterdisciplinary Nanoscience Center
(iNANO) Aarhus University,DK-8000 Aarhus C, Denmark 17/05/2010;
4. HERCULES 2010 Course Higher European Research Course for Users of Large
Experimental Systems, Grenoble, 21/02-26/03/2010;
01-05/02/10 Experiment “NEXAFS and resonant photoemission from a series of monosubstituted
ferrocenes chemisorbed on Si 100” at ELETTRA Synchrotron lab in Trieste, Italy,
“ALOISA/HASPES” beamline;
27/10/10 “Laboratorio di Fisica Sperimentale” Prof. Silvio Modesti;
45
Dottoranda: IMMACOLATA LUISI
Titolo della tesi: Identificazione di scaffold proteici per il legame di piccole molecole
Supervisore: Prof. Roberto Marzari (Università degli studi di Trieste)
Tutori: Prof. Daniele Sblattero (Università degli studi del Piemonte Orientale)
Il mio progetto di ricerca è basato sullo studio di scaffold proteici in grado di riconoscere e di legare
piccole molecole per il monitoraggio di farmaci e per la detection per applicazioni future in ambito
biosensoristico come nuovi scaffold molecolari. A tal fine sono state adottate diverse strategie
sperimentali che prevedono l’utilizzo di molecole non naturali quali il dominio sintetico E/K coiledcoil e molecole naturali quali Human Serum Albumin (HSA).
PRIMO APPROCCIO
La prima strategia prevede come oggetto di studio lo scaffold E/K coiled-coil. I domini coiled-coil
appartengono al gruppo di scaffold ad α-elica: si tratta di due α-eliche destrorse che dimerizzano fra
loro. Un gruppo di ricerca ha sintetizzato ex novo una nuova struttura scaffold chiamata E/K (Tripet
et al. 1996; Chao et al. 1998; Litowski and Hodges 2001) che consiste in un peptide eterodimerico
E e K formati da un’unica eptade ripetuta cinque volte, al quale sono state apportate mutazioni per
creare una tasca in grado di legare al suo interno diverse molecole e isolare poi nuovi interattori
molecolari con una maggiore affinità e stabilità rispetto a quelli wild type. E’ stata adottata una
mutagenesi random alle due epatadi centrali dello scaffold andando a sostituire gli amminoacidi
presenti con amminoacidi random codificati dalla tripletta NNK. Il primo passo per la costruzione
dello scaffold è stata la creazione di una libreria di mutanti E/K random di 2*108 cloni mutanti e la
successiva verifica della diversità mediante PCR e sequenziamento dei cloni ottenuti. La libreria è
stata selezionata mediante la tecnica del Phage-Display utilizzando due analiti di nostro interesse:
Aldosterone e Caffeina. Sono stati isolati alcuni cloni che mostrano una certa affinità
rispettivamente per ciascuna delle due molecole e sono in corso una serie di analisi di natura
biochimica per validare la maggiore affinità dei peptidi random selezionati, la stabilità e la struttura.
SECONDO APPROCCIO
Durante il secondo anno di dottorato è stato preso in esame lo studio di una proteina naturale, la
Siero Albumina Umana (HSA Human Serum Albumin) come scaffold proteico in grado di legare
alcuni farmaci e composti sia endogeni che esogeni. L’HSA è una proteina di 66KDa
(585amminoacidi), costituita da 3 domini omologhi ognuno con due sottodomini. La nostra
attenzione si è focalizzata sul sito I di legame dell’HSA che lega normalmente grandi molecole
eterocicliche, acidi dicarbossilici e altri composti.
a)ANALISI STRUTTURALE COMPUTAZIONALE di HSAbsI (300aa) ha permesso di ridurre
questo dominio a 100aa; la regione scelta contiene tutti gli amminoacidi a contatto con i ligandi e
tutte le cisteine che formano ponti disolfuro.
b) CLONAGGIO ED ESPRESSIONE DI HSA100: è stata clonata la sequenza nucleotidica
all’interno di un vettore procariotico per permettere l’espressione della proteina in fusione con un
tag, il GST (Glutatione S-Transferasi). Il sottodominio del sito I di legame dell’HSA è stato
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prodotto mediante un sistema batterico e purificato con cromatografia di affinità con resina al
glutatione (GSH). L’HSA ricombinante è stata validata mediante esperimenti di carattere biologico
e chimico quali:
c) Test ELISA e WESTERN BLOT: hanno rivelato la corretta espressione e produzione della
proteina mediante il legame con anticorpo specifico. Diverse prove sono state condotte presso il
dipartimento di Scienze Chimiche per studiare l’interazione con il farmaco Warfarin ed Efavirenz.
d) DINAMICHE MOLECOLARI: analisi di stabilità del frammento clonato sono risultate positive,
il subdominio mantiene il folding ed ha una struttura stabile.
e) ESPERIMENTI DI CINETICHE: cinetiche di addizione dell’acetone alla 6metossinaftaldeide
hanno confermato l’attività aldolasica del sito I dell’HSA.
f) MISURE DI FLUORESCENZA: è stato misurato il quenching di fluorescenza del triptofano
presente nella proteina ricombinante in presenza di concentrazioni crescenti di entrambi i farmaci
ed è risultata una buona interazione di questo subdominio con i ligandi. Il binding del Warfarin con
HSA ricombinante presenta una costante di dissociazione di 45.5µM e con l’HSA intera risulta
essere 17.2µM; il binding dell’Efavirenz con HSA ricombinante risulta 18.1µM e con l’HSA intera
è 12.3µM.
Sulla base degli studi del subdominio di 100 aa dell’HSAbsI, abbiamo pensato di mutare
determinate posizioni importanti per l’ingresso del farmaco e poi andare a studiare eventuali
miglioramenti e/o cambiamenti nell’affinità del sito per i due ligandi e comparare lo studio con le
precedenti misure del sito I wild-type dell’HSA e dell’HSA intera. Le posizioni sono state scelte a
partire da un allineamento e analisi di tutte le sequenze non conservate di tutte le albumine. In
particolare il subdominio di 100aa si può dividere in 2 subsiti che hanno il fondo idrofobico ed un
ingresso polare per cui sono stati presi in considerazioni i siti di ingresso e di contatto del ligando
con le due tasche idrofobiche: Ala215-Leu238-Leu260-Ile264-Arg257-His242-Ser287. È stata poi
sviluppata una strategia per il clonaggio in vettori di espressione che parte con il disegno di
oligonucleotidi sullo stampo del sito I HSA per inserire le mutazioni di nostro interesse.
Le prospettive future prevedono:
 Costruzione di una libreria mediante mutagenesi random nelle 7 specifiche posizioni
dell’HSA100.
 Identificazione e validazione dei cloni miutanti mediante sequenziamento.
 Selezione in silico della libreria mediante mutagenesi e docking flessibile.
 Studi di binding e di interazione mediante Biacore system, Fluorescenza e Calorimetria.
 Altri sistemi di espressione di questo scaffold.
Attività formativa
18-19-20 Gennaio 2010: Congresso annuale della scuola di dottorato in nanotecnologie
47
22 Gennaio 2010: “Comunicare progetti scientifici ad un pubblico internazionale” Hanna
Mamzer Ph.D.
19 Febbraio 2010: sapendo fare “Single Cell Proteomics” come la vendiamo a medici e biologi?
Prof. Giacinto Scoles SISSA-Elettra Nano Innovation Laboratory-SENIL
Aprile 2010: Esami finali dei dottorandi del III anno della scuola di nanotecnologie
15 Giugno 2010: “Veneto Nanotech Activities”;
“Sviluppo di dispositivi per il monitoraggio on line per il processo di estrusione” Dott. Miguel
Nobrega;
“VPN/ PORTAL/UGOV” Prof. M. Fermeglia;
21 Giugno 2010: “Il ruolo emergente delle Nanotecnologie nelle Scienze della Vita” Laboratorio
CNR-TASC-IOM, AREA Science Park
23 Novembre 2010: “Nanomateriali di ossido di metallo nei sensori e in biomedicina” Dr.ssa
Sangeeta Kale, Associate Professor Defence Institute of Advanced Technology (DIAT), INDIA
23 Novembre 2010: “Presentazione delle attività dei ragazzi del III anno della scuola di dottorato
per l’ammissione all’esame finale”
Attività di tutoraggio in laboratorio di TECNOLOGIE CELLULARI E MOLECOLARI a studenti
del I anno di corso di laurea specialistica in GENOMICA FUNZIONALE.
Attività di tutoraggio in laboratorio di biologia cellulare a più studenti della laurea triennale in
biologia molecolare per un periodo complessivo di tre mesi ciascuno, che prevede l’apprendimento
delle tecniche di laboratorio principali quali la preparazione di soluzioni e terreni di colture per
crescite batteriche, preparazione di glicerolati, preparazione di cellule competenti chimiche e di
cellule elettrocompetenti, trasformazione batterica, estrazione di DNA plasmidico, PCR
(Polymerase Chain Reaction), elettroforesi su gel d’Agarosio. Produzione e purificazione di
proteine ricombinanti, preparazione di gel di Acrilammide e Western blotting, test ELISA, PhageDISPLAY.
Supporto nella stesura della tesi di laurea triennale.
Correlatore in 2 lavori di tesi triennali:
STRATEGIE DI CLONAGGIO ED ESPRESSIONE DI PICCOLI PEPTIDI LEGANTI LA
MOLECOLA EFAVIRENZ
SELEZIONE DI UNA MINILIBRERIA DI SCAFFOLD PEPTIDICI CONTRO EFAVIRENZ
48
-Dottorando: Monica Marini
Titolo della tesi: Implementazione di logica in nanosensori bioinorganici ibridi
Supervisore: Giuseppe Firrao
Tutori (eventuali): Marco Lazzarino
Nell'anno in corso sono stati realizzati i costrutti autoassemblati costituiti da molecole a doppio
filamento di DNA (DNA origami) che erano stati oggetto di progetto e modellazione informatica
nell'anno precedente. Utilizzando il programma CaDNAno(SQ) è stato ottenuto il modello
definitivo per il DNA-Origami di base, realizzato ripiegando il filamento virale M13mp18 con
l'ausilio di 220 oligonucleotidi sintetici circa. Dopo una valutazione preliminare del costrutto via
elettroforesi standard su gel di agarosio allo scopo di valutare la formazione o meno di qualche
costrutto, per avere una valutazione delle reali forma e dimensioni dell'oggetto si è ricorsi all'uso di
tecniche di microscopia quali microscopio a trasmissione elettronica (TEM) e microscopio a forza
atomica (AFM). Verificata così l'effettiva coerenza strutturale e dimensionale tra il modello
informatico e i risultati ottenuti, è stato inserito sul piano superiore del disco interno dell'origami un
attuatore molecolare costituito da una molecola di DNA a singola elica (ssDNA, 'attuatore') con la
funzione di permettere l'apertura dell'oggetto esclusivamente in seguito al riconoscimento dell'acido
nucleico ad esso complementare, definito 'target'. Il principio di ibridazione fra acidi nucleici
permette così la formazione di una doppia elica che meccanicamente sposta le parti mobili del disco
interno dell'origami. Il funzionamento del sistema apertura/chiusura del dispositivo è stato
verificato sia con le suddette tecniche di microscopia che con sistema di trasferimento di energia per
risonanza (FRET) utilizzando un sistema di quenching FAM/BHQ-1. E' stato inoltre sviluppato un
DNA-origami modificando il precedente modello, inserendo un rilievo a forma di 'I' ed un foro a
forma di 'F' al fine di studiare la direzionalità dell'attacco di estremità protrudenti verso il basso
dall'origami e dirette verso superfici funzionalizzate ad hoc. Attualmente sono in corso gli studi
preliminari per rendere il sistema reversibile mediante taglio enzimatico e mediante ibridazione,
nonché gli studi per l'attacco direzionato dell'origami a superfici quali vetro ed oro.
Le attività di laboratorio svoltesi presso il dipartimento di Biologia e Protezione delle Piante e in
parte presso il centro di Biologia Molecolare di Basovizza sono state affiancate dalla conclusione di
un corso universitario presso l'università di Udine, seminari programmati dalla scuola di dottorato
in nanotecnologie e non, lo spring college on computational nanoscience all'Abdus Salam
International Centre (Miramare, TS) e infine il Congresso internazionale NanotechItaly 2010
(Mestre, VE).
1.
Sviluppo di meccanismi di ibridazione e strand displacement per il riutilizzo del dispositivo
dopo l'esposizione all'analita d'interesse;
2.
Validazione del dispositivo mediante campioni reali (con RNA estratto da piante affette da
Tobacco Mosaic Virus);
49
3.
Utilizzo di superfici nanostrutturate per la computazione dei risultati ottenute nei precedenti
due anni.
 Abstract e Presentazione del poster allo spring college “Computational nanoscience”, ICTP
Trieste dal titolo “DNA-Origami for hybrid nanosensors”. Autori: Marini M., Firrao G.
 Abstract e Presentazione di un poster dal titolo “DNA Origami for hybrid nanosensors”
presso NanotechItaly 2010, autori: Marini M., Piantanide L, Bek A, Lazzarino M, Musetti
R, Firrao G.
Attività formativa
laurea)
Gennaio 2010-Febbraio 2010, Conclusione del corso “Fondamenti di informatica” presso
l'università degli studi di Udine
Attività organizzate dalla scuola
 Presentazione attività dottorandi (20 ore): Gennaio 2010
 Seminario: 22Gennaio 2010 (6 ore). Università degli Studi di Trieste. Dr.Hanna Mamzer
“How to present scientifici results”
 15 Giugno 2010: Presentazione di “Nanochallenge and Polymerchallenge”, Veneto
Nanotech (0.5 ore)

Seminario: 15 Giugno 2010 (1 ora). Università degli Studi di Trieste. Prof Miguel Nobrega,
University of Minho in Portugal “Development of On-line Monitoring devices for the
extrusion process”.

Seminario: 15 Giugno 2010 (0.5 ore). Università degli Studi di Trieste. Prof Maurizio
Fermeglia “Use of VPN and UGOV”.

Seminario: 23 Novembre 2010 (1ora). Università degli Studi di Trieste, Dr. Sangeeta Kale
“Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine”
Altri seminari
 Presentazione dell'attività dei dottorandi dell'Univeristà degli Studi di Udine: Aprile-Maggio
2010 (2 ore).
 Seminario: 17 Maggio 2010 (1 ora). ELETTRA. Prof. Fleming Besenbacher “Dynamics of
nanostructures: diffusion, self-assembly, self-organization, DNA dolphins and nano-boxes”
 Spring college: 17-28 Maggio 2010 (70 hours). ICTP Trieste. “Spring college on
computational nanoscience”
 Seminario: 23 luglio 2010 (2.5 ore). Udine, parco del Cormor. Margherita Hack “Le quattro
dimensioni di Margherita Hack”
 Congresso (25 ore circa). Mestre, VE. NanotechItaly2010
 Attività di supporto nello svolgimento della tesi (in corso) di Luca Piantanide, studente
preso l'università degli studi di Trieste, inerente la visualizzazione di DNA Origami per
mezzo di microscopia a forza atomica.
 Correlatrice nello svolgimento della tesi (in corso) di Fredrik Francesconi, studente presso
l'Università degli Studi di Udine, inerente lo sviluppo e la modificazione di DNA Origami e
studio del loro comportamento in presenza di RNA d'interesse.
50
Dottorato: Elisa Migliorini
Titolo della tesi: The effect of nanotopography on cell differentiation: an alternative way
to guide embryonic stem cells into neurons.
Supervisore: Marco Lazzarino
Tutori (eventuali): Elisabetta Ruaro
Descrizione delle tematiche di ricerca e dei principali risultati scientifici raggiunti:
Il mio progetto di dottorato ha lo scopo di sviluppare una famiglia di substrati in cui la topografia
nanometrica induca e controlli il differenziamento di cellule staminali embrionali in neuroni.
Sono stati realizzati numerosi substrati per coltura cellulare in PDMS mediante soft lithography.
Tali substrati hanno strutture 2D semplici (linee e quadrati) con periodicità da 180 nm a 800 nm e
profondità compresa tra 100 nm e 500 nm.
Per il differenziamento di cellule staminali embrionali in neuroni è stato utilizzato un protocollo che
prevede l’induzione del differenziamento da parte di cellule stromali (SDIA).
Risultati preliminari del primo anno di dottorato indicavano che pillars di PDMS con periodo di 500
nm inducevano un significativo aumento della resa neuronale e della sopravvivenza rispetto alle
linee e al PDMS liscio.
E’ stato variato l’aspect-ratio dei substrati e sono state ottenute 2 geometrie differenti: pillar di 500
nm di periodo (larghi 250nm) e pillar 1 µm di periodo (larghi 400 nm) con altezza diversa da 35 a
400 nm. Cinque indipendenti colture cellulari sono state seminate su ogni tipologia di substrato ed è
stato osservato un aumento della resa neuronale con l’incremento dell’altezza dei pillar. Il substrato
che ha indotto una più alta resa neuronale è stato quello con pillars di 500 nm di periodo e con
altezza di 360 nm.
L’interazione cellula-substrato è stata analizzata su questi substrati utilizzano SEM ed è stata
osservata una crescita preferenziale dei neuriti all’apice dei pillar più alti mentre sui pillar più bassi
la crescita è casuale.
Sui pillar più alti è stata calcolata la resa neuronale in diversi momenti dopo l’induzione del
differenziamento (3, 6, 12, 24, 48, 72 e 96 ore dopo la semina) e tale resa è stata paragonata a quella
ottenuta su PDMS liscio. La maggiore differenza tra i due substrati è nelle prime 6 ore di
differenziamento.
E’ dunque possibile affermare che i pillar alti 360nm e con 500nm di periodo accelerano e
stimolano il differenziamento neuronale.
Obiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile):
1-Trasferimento dei pillars in ossido di silicio per valutare se il cambiamento delle proprietà
meccaniche hanno un effetto sul differenziamento neuronale.
2-Colture a lungo termine per identificare in quale tipologia neuronale i precursori differenziano
sui pillar di PDMS. Analisi dell’espressione genica di colture neuronali cresciute su
nanopillars.
51
3-AFM per studiare le proprietà meccaniche locali sia dei substrati che delle cellule e le forze di
adesione relative ad un singolo punto focale.
 Ban J*, Migliorini E*, Di Foggia V, Lazzarino M, Ruaro ME, Torre V. Fragmentation as a
mechanism for growth cone pruning and degeneration. Stem Cells Dev. 2010 Sep 13. [Epub
ahead of print]
 Lasalvia M, Perna G, Mezzenga E, Migliorini E , Lazzarino M, L’Abbate N and Capozzi V.
Atomic force microscopy investigation of morphological changes in living keratinocytes
treated with HgCl2 at not cytotoxic doses. J. of Microscopy. 2010 [Epub ahead of print]
 Migliorini E., Ban J., Di Foggia V., Ruaro ME., Torre V., Pozzato A., Grenci G., Tormen
M, Lazzarino M. Effect of nanopatterned substrates on growth cones activity. Eur Biophys
.J. 2009 Oct, (suppl 1) S89
 Kondra S, Laishram J., J. Ban J.,Migliorini E., Di Foggia V., Lazzarino M., Torre V., Ruaro
M.E. Integration of Confocal and Atomic Force Microscopy. Journal of Neuroscience
methods. 2009 Feb 15;177(1):94-107. Epub 2008 Oct 18.
 Laishram J., Kondra S., Avossa D., Migliorini E., Lazzarino M., Torre V. A morphological
analysis of growth cones of DRG neurons combining Atomic Force and Confocal
Microscopy. Journal of Structural Biology. 2009 Sept.
 “Effect of PDMS nanopatterned substrates on Embryonic Stem Cells differentiation into
neuronal lineage”. SLONANO 2010, 20-22 October Ljubljana, Slovenia. Oral presentation
 “Effect of nanopatterned substrates on ES-differentiation into neurons”. NeuroIITscience,
14-15 june 2010, Genova. Poster presentation
 “AFM live imaging of neuronal growth cones reveals a new nanometrical morphology”.
SLONANO 2009, 19-21 October Ljubljana, Slovenia. Oral presentation
 “AFM live imaging to analyze neuronal differentiation on nanopatterns” First Interim
meeting Nanoscale project. 23 Sept. 2009, Paris France. Oral presentation.
 “AFM live imaging of ES-derived neurons and growth cones retraction at the nanoscale”.
European Biophysics Congress EBSA: 11-15 July 2009. Genoa – Italy. Poster presentation
Attività formativa
Ore di lezione seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea):
 “Structural biology”, 02/2009 (24h). Docente: Silvia Onesti presso SISSA (dottorato in
biofisica)
 “Advanced imaging and spectromicroscopy”, 04/2009 (15h). Docente: Maya Kiskinova
presso Scuola di dottorato di Nanotecnologie
“Optofluidic school”, 06/2009 (40h). Coordinatore Dan Cojoc presso ICTP (summer
school)
“SEM”, 04/2009 (4h). Docente: Laura Felisari presso laboratorio TASC
Ore di laboratorio seguite:
 IOM-CNR laboratorio TASC dal 01/2009 (>60 ore). Tutor: Marco Lazzarino.
Attività: nano-microfabricazione
CBM dal 01/2009 (>60 ore). Tutor: Marco Lazzarino. Attività: AFM
SISSA dal 01/2009 (>60 ore). Tutor: Elisabetta Ruaro. Attività: colture cellulari e
saggi di immunofluorescenza.
52
Congressi:
 EBSA Genova 2009. 11-15/07/09 (35ore). Organizzatore: Alberto Morgante
 First interim meeting Nanoscale Project (Parigi). 23/09/2009 (8ore). Organizzatore:
Vincent Torre.
 How to write (and manage) a research project. 16/10/2009 (4ore). Organizzatore: Maurizio
Fermeglia,
 Slonano (Lubljana). 19-21/10/09 (20 ore). Organizzatore: Dragan Mihailović
 JPK user training session (Berlin). 06-07/05/10 (16 ore). Organizzatore: Löbbe Christian
(JPK)
 NeuroIITscience (Genova). 02-03/11/10 (18 ore). Organizzazione: IIT
 IOM workshop (Trieste). 30/09-01/10/10 (10 ore).Organizzatore: Alberto Morgante
 SLONANO 2010 (Lubljana). 20-22/10/10 (24 ore). Organizzatore: Dragan Mihailović
Seminari:
oHigh-resolution scanning X-ray diffraction microscopy. 22/01/2009. Pierre Thibault
o X-ray microscopy: dealing with real-life complexities. 22/01/2009. Chris Jacobsen
oNeuronal plasticity 08/04/2009 Prof. Francois Anserment & Prof. Pierre Magistretti
oModeling reactions at the nanoparticle scale 08/05/2009. Phillip R. Westmoreland
o Calcium control of gene regulation in an in-vitro model of neuronal plasticity 15/06/2009.
Giulietta Pinato
o How is Enzymatic Activity Determined by Protein Dynamics? 20/07/2009. Kerstin Blank
o Inhibition of scrapie prion replication by polyelectrolyte nanogold particles & Coated
Nanogold and the Brain. 22/07/2009. Fernanda Sousa
o Dopaminet summer school (CBM) 5-6/10/09. Stefano Gustincich
o Potential therapeutic use of neural stem cells for neurodegenerative disorders 15/3/10. Zaal
Kokaia
o Mechanical properties of C-cadherin and its dependence on calcium binding 15/4/10.
Aleandro Valbuena
o Combining Atomic Force Microscopy with Micro-Electrode Arrays for Studying the
Mechano-Electrical Behavior of Cardiac Myocytes. 10/5/10. Josè F. Saenz
o Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine. 23/11/10. Sangeeta Kale
53
Candidate Seid-Hossein Pakdast
Title of the thesis: Triple Coupled Cantilever
Supervisor: Marco Laszzarino
Research Activity
This project is divided into two main steps.
The first step was the simulation of a three-coupled microcantilevers system.
In this way, we can have a good estimation of the resonance frequency before fabricating the
device. The most interesting mode is the anti-symmetric one where the central cantilever is not
moving. In principle, the added mass breaks the symmetry of the three-coupled microcantilevers,
which triggers the onset of nonzero vibration amplitude of the middle cantilever. The results of the
simulations show clearly that placing an additional mass on one of the two outer microcantilevers
will trigger the middle one to oscillate. The ratio of the oscillation amplitudes measured on the
central and on a lateral cantilever has been calculated as a function of added mass on the third
cantilever. After adding more than 1ng in additional masses will decouple the three-coupled
microcantilevers. Further, simulations on displacement amplitude show that there is always present
of transversal vibration. The simulation of varying the length and width of the overhang has shown
us that there is a specific interval for optimizing the width and length of the overhang in order to
obtain the highest sensitivity. Finally, the simulations of two different masses, such as no-mass
added and 100pg added have shown that after a certain length of overhang the resonance
frequencies become more distinguishable.
The second step is the fabrication process of three-coupled microcantilevers systems. We started
from silicon nitride suspended membrane obtained using KOH-etch back-release technique. TCC
devices were then defined on those membranes by optical lithography and dry etching.
We selected the best devices in which defects and asymmetries in the fabrication process were not
affecting the overall behavior of the device, showing an amplitude ratio larger than 200. We placed
1µm and 4µm in diameters silica beads on one external cantilever and we measured the variation in
the oscillation amplitudes. The results were in good agreement with the simulations and frequency
shift method. Instead of adding masses, we also attempted to subtract masses by using Focused Ion
Beam (FIB). We removed a box in size of 3x3x2µm3 near the end of the microcantilevers.
Unfortunately, the boxes created optical interferences and perturbed the measurements.
Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international)
Workshop on Nano-Opto-Electro-Mechanical Systems Approaching the Quantum Regime
Educational Activity
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
18 June 2010 Fabrication of a Macroporous Microwell Array for Surface-Enhanced Raman
Scattering, Martina Zamuner
6-10 September 2010 Workshop on Nano-Opto-Electro-Mechanical Systems Approaching the
Quantum Regime at ICTP.
19-22 September Micro & Nano Engineering, MNE2010, Genova
20 - 22 October 2010, SLONANO 2010, Ljubljana
23/11/2010, Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine, Dr. Sangeeta Kale, Associate
Professor, University of Trieste
54
Dottorando GIACOMO SCIUTO
Titolo della tesi: Innovative LTHS Elements Design Based on Nanotechnologies
Supervisore: Roberto Muscia
Tutori (eventuali):

In questo secondo anno di lavoro si è proceduto alla progettazione dell'intero impianto di
approvvigionamento/stoccaggio dell'energia solare. Per prima cosa si è implementato un algoritmo
in grado di calcolare la radiazione solare che giunge sul suolo terrestre in funzione della latitudine,
longitudine, altitudine in condizioni di cielo sereno (Clear Sky Algorithm). Stabilite le potenzialità
energetriche del sito si è proceduto con la modellazione del sistema di approvigionamento (pannelli
solari a concentrazione parabolici ad 1 asse). In ultimo si è progettato il sistema di stoccaggio
dell'energia utilizzando un serbatoio di acctumulo misto acqua/PCM. I PCM sono confinati
all'interno del serbatoio in opportuni contenitori cilindrici. Sono state confrontate varie
configurazioni al variare del numero di cilindri, delle loro dimensioni e delle proprietà del materiale
in esso contenute. E' stato dimostrato che l'impiego di PCM consente di ridurre le dimesioni del
serbatoio di accumulo del 30-40% con la conseguente riduzione di perdite termiche e l'ovvio
rispamio in termini di materiale e ingombro. E' stata poi presa in considerazione la possibilità di
adoperare materiali a cambio fase dopati ed è stato effettuato un bilancio costi/benefici. Il bilancio
ha evidenziato che i benefici dell'impiego di dopanti nano-metrici risultano essere totalmente
insuffiicienti a coprire gli elevati costi di acquisto degli stessi. Più interessante invece l'aspetto
legato ai materiali macro dopanti (CENG) che grazie al costo contenuto risultano essere più adatti
allo scopo.
Si è in ultimo presentato il progetto “Biomass-Solar Power Plant for Low Temperature
Differential Stirling Engines.” alla manifestazione TR35-Giovani Innovatori, con la collaborazione
del collega/dottorando F. Zuddas.
Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile).
Per il prossimo anno si prevede di:
 costruire un serbatoio di accumulo PCM/acqua (con finanziamento privato) e testare le
funzionalità del serbatoio per uso domestico (ACS/Riscaldamento);
 continuare con la caratterizzazione termofisica di PCM commerciali nano-dopati idonei
per l’accumulo termico (attività iniziata il I anno);
 progettare e costruire il prototipo d'impianto (captazione/accumulo/utilizzatore).
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa).
R.Muscia, G.Sciuto - Analytic study of a new conceptual propulsion device for ships - International
Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering, Vol. 2, No. 2 (2010).
Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali).
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G.Sciuto, R.Muscia - Innovative latent heat energy storage elements design based on
nanotechnologies. - Poster Session - Spring College on Computational Nanoscience, ICTP, 17-28
May 2010, Miramare, Trieste.
Partecipazione a congressi (come relatore).
G.Sciuto, R.Muscia - Innovative latent heat energy storage elements design based on
nanotechnologies. - Sustainable Energy Challenges and opportunities, ECSAC, 23-27 August 2010,
Veli Losinj, Croatia.

Attività formativa
Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive:
PhD Final Conference 2009 – 18-20 January 2010 – University of Trieste.
How to present scientific results in public – H. Mamzer – 22 January 2010 – University of Trieste.
Comsol Workshop – C. Tozzo – 4 March 2010 – AREA Science Park, Trieste.
Sistemi Vibranti Multiasse Per Tavole Sismiche – P. Ibanez – 23 March 2010 – University of
Trieste.
Nano-Challenge and Polimer-Challenge – A. Talarico – 14 May 2010 – University of Trieste.
Spring College in Computational Nanoscience – 17-28 May 2010 – ICTP, Miramare, Trieste.
Virtual Privat Network and U-GOV– M. Fermeglia – 14 June 2010 – University of Trieste.
Developement of on line monitoring device for extrusion process - M. Nobrega – 14 June 2010 –
University of Trieste.
Sustainable energy: challenges and opportunities – 23-27 August 2010 –X International conference
on science, arts and culture, Veli Losinj, Croatia.
XIX Scuola estiva di calcolo parallelo – CINECA – 6-17 September 2010 – Casalecchio di Reno
(BO).
Metal Oxide nanomaterials in sensors and biomedicine –
University of Trieste.
S. Kale – 23 November 2010 –
Attività didattica di supporto e attività didattica attiva.
Revisione di articoli, libri e manuali per la creazione del necessario bagaglio culturale tecnico.
56
Federica Tavano [email protected] [email protected]
Titolo della tesi: Cell mobility and metastatic spreading: a study on human neoplastic cells
using Optical Tweezer
Supervisore: Dott.ssa Serena Bonin
Tutore: Dott. Dan Cojoc, Prof. Giorgio Stanta
 Tematiche di ricerca e principali risultati scientifici raggiunti
Nonostante l’intensa ricerca nel campo dell’oncologia degli ultimi decenni, la principale
causa di morte nel pazienti malati di cancro rimane ancora la metastasi. Il meccanismo che
caratterizza la mobilitazione delle cellule dal sito primario ai siti metastatici non è ancora
completamente chiara. E’ comunemente accettato in letteratura che le cellule tumorali
predisposte alla metastasi abbiano diverse proprietà biomeccaniche, siano meno rigide e più
elastiche di quelle caratterizzate da un minor potenziale metastatico.
Lo scopo del nostro studio è quello di analizzare la proprietà viscoelastiche di diversi tipi di
cellule tumorali corrispondenti a diversi tipi di tumori solidi, caratterizzate da diversi gradi
di aggressività. Lo studio delle proprietà meccaniche di queste cellule verrà associato ad una
serie di analisi molecolari per la caratterizzazione delle proteine del citoscheletro e della
membrana cellulare. Durante il primo anno è stato progettato e costruito un Optical Tweezer
set up, sono state scelte le linee cellulari, è stato scelto l’approccio sperimentale .
Durante questo secondo anno il set up e le condizioni sperimentali sono state ottimizzate,
sono state eseguite le misure di forza sulle prime line cellulari di breast adenocarcinoma:
MDA-MB 231, e MCF-7, corrispondenti, rispettivamente a un tipo tumorale più aggressivo
e a un tipo tumorale più simile ad una normale cellula epiteliale, con un potenziale
metastatico più basso.
Per ottenere informazioni dettagliate sulla rigidità delle cellule studiate, i dati ottenuti dagli
esperimenti sono stati analizzati utilizzando il modello di Kelvin body, un modello adatto
allo studio di corpi viscoelastici. Con queste analisi è stato possibile dare un interpretazione
dell’andamento delle “force elongation curves” ricavate dagli esperimenti di “tether pulling”
ed è stato possible valutare che, sia a temperatura ambiente (27C) sia a 37 C, il valore medio
della tether stiffness per MCF-7 era 5 volte più alto di quello delle MDA-MB. Inoltre,
prendendo in considerazione per ogni esperimento la lunghezza del tether e il tempo, in
corrispondenza del punto di forza massima si è potuta osservare una maggior correlazione
tra i due parametri in MCF-7 piuttosto che in MDA suggerendo quindi che le cellule MCF-7
presentino un sistema più uniforme e omogeneo.
Vogliamo raccogliere ulteriori dati a conferma di questi primi risultati per poi passare
all’analisi di un secondo modello tumorale. Sono iniziate inoltre le prime analisi
proteomiche sulle linee cellulari di breast adenocarcinoma. Abbiamo preso in
considerazione la proteina E-cadherin, una delle principali responsabili dell’adesione
57
cellula-cellula e quindi fondamentale nel mantenimento dell’organizzazione tissutale: MCF7 esprime E-Cadherin, MDA-MB 231 ne è priva.
 Area of research and main results
It is known that, despite the intensive research, the potentiality of metastatic progression is
always present and still in most of the cancer cases, to predict the patients clinical outcome
is rather difficult: the mechanism that characterises cell mobilization from the primary to the
metastatic sites is not completely unravelled. the primary causes of death in cancer patients
are still local invasion and metastasis The general statement for metastasis prone cells is to
become softer/more elastic.
Our goal is to analyse the viscoelastic properties of different types of cancer cell line
referred to different types of solid tumors characterised by different aggressiveness and
metastatic potentiality. Then we’re going to perform proteomic analysis on the same cell
lines to reveal possible significant differences at the proteomic level, in order to associate
mechanical analysis results with molecular analysis.
During the first year we designed and built a custom made Optical Tweezer set up, chose the
candidate cell lines for our measurements and set up the experimental approach.
During this second year we optimized the Optical Tweezer set up, the experimental
conditions and start with the measurements on breast cancer cell lines MDA-MB 231 and
more normal breast-like MCF-7, corresponding respectively to a very aggressive cell line
and to a cell line with lower metastatic potential.
Since cells behave as viscoelastic bodies, to get deeper informations on the cell bending
rigidity, tether stiffness and membrane viscosity, we fit our data with the Kelvin body
model. From this analysis we could give an interpretation of the force-tether elongation
curve, and find out values for the tether stiffness of the two cell lines. We found out that at
two different temperatures (27o C and 37o C), MCF-7 tether stiffness was 5 times bigger
than tether stiffness of MDA-MB 231, in both cases.
Furthermore, taking into considerations the maximum force exerted from the tether on the
bead during the tether pulling, the time needed to reach that point, and the tether length we
found out that correlation between this parameters is higher in MCF-7, suggesting that likely
this type of cell is not only stiffer but also more homogenous and organized than MDA-MB.
We should collect more data, but what we have at the moment is a promising indication
about stiffness and biomechanical behaviour of the analyzed cells. We also started with the
proteomic analysis with Western blot for E-Cadherine, a very important protein involved in
cell-cell adhesion. MCF-7 is positive for E-cadherine while MDA-MB 231 is not.

Obbiettivi da raggiungere il terzo anno
Durante il terzo anno verranno raccolte ulteriori analisi meccaniche sulle line di breast
cancer per confermare I primi dati ottenuti. Verranno poi eseguite misure su un secondo
modello tumorale (colorectal adenocarcinoma) utilizzando almeno due linee cellulari, con
58
diverso potenziale metastatico.
Con analisi proteomiche ( western blot and 2D gels) verranno caratterizzate le proteine
espresse a livello del citoscheletro e della membrana per studiare eventuali possibili
correlazioni tra particolari alterazioni dell’espressione proteica e differenze a livello del
comportamento biomeccanico delle stesse cellule.
Inoltre ho intenzione di condurre esperimenti di “tether pulling” utilizzando un altro set
up Optical Tweezer implementato con un microscopio a fluorescenza per visualizzare il
citoscheletro prima e dopo la manipolazione. L’obiettivo a lungo termine di questo studio è
quello di definire possibili marcatori di diffusione metastatica che potrebbe trovare
applicazone per la diagnosi delle lesioni neoplastiche considerate.

Plans for the third year
During the third year I will continue systematic mechanical analysis on breast cancer cell
lines to collect more data and confirm the first results. Then I’m going to start with
measurements on another tumor model: colorectal adenocarcinoma. Using at least two cell
lines (poorly differentiated and well differentiated cell lines)
I will start with proteomic analysis (2D gels and western blot) on cell lines from both
tumor models: in particular I’m going to characterize cytoskeleton and membrane proteins
to reveal possible significative differences at the proteomic level, in order to associate
mechanical analysis results with molecular analysis.
Furthermore I’m going to perform tether pulling with the other OT set up in our lab,
implemented with a fluorescence microscope to visualize cell membrane and cytoskeleton
before and after cell manipulation and mechanical stress.
The long term objective is to define possible biomarkers of metastatic diffusion that
could find applications for diagnosis and prognosis of the considered neoplastic lesions.

1.Abstract:”Cell mobility and metastatic spreading: a study on human neoplastic
cells using Optical Tweezers” F.Tavano, S.Bonin, E.D’Este, G.Pinato, G.Stanta,
D.Cojoc. Venezia, NanotechItaly 2010
2. Poster: “Optical delivery of neuroactive compound through UV fusion of
funcionalized liposomes” G.Pinato, D.Cojoc, E.D’Este, F.Tavano 7th FENS
forum of European neuroscience
3.Oral presentation:”Stimulations of neurons by optically manipulated liposomes”
G. Pinato, T. Raffaeli, E. D’Este, F.Tavano, D. Cojoc EOS Conference 2010
Paris
4. Poster: “High spatial resolution BDNF delivery by means of laser tweezers to
stimulate Federica Tavano, Enrico Tongiorgi, Dan Cojoc; EBSA 2009
5. Poster: “High Resolution Drug Delivery by Optical Tweezers Microscopy” Elisa
D’Este, Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico Ferrari, Federica Tavano, Enrico
Tongiorgi, Dan Cojoc; Super and High Resolution Imaging 2009
59
6. Poster: “Optical Tweezers as means to stimulate hippocampal neurons with
BDNF coated beads”; Elisa D’Este, Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico
Ferrari, Federica Tavano, Enrico Tongiorgi, Dan Cojoc; Nanobioviews-2nd
international symposium on Optical Tweezers in life scienceshippocampal
neurons signalling”; Elisa D’Este, Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico Ferrari,
 Corsi e seminari seguiti
congresso dottorandi Scuola di Dottorato in Nanotecnologie gennaio 2010
1)‘How to present scientific results in public’. It will be given by dr. Hanna
Mamzer, from the Sociology Department of Adam Mickiewicz
University in Poznan (Poland) (8 hours)
2)Summer School “Nano- and Micro Mechanics of Living Cell Adhesion”,
Udine 14-18 June 2010 (35 hours)
3)“Neurons and electric activity” Giulietta Pinato, 10 hours
4)“Microsoft Access” ANBI course, Udine 25 June 2010-12-13
5)Presentation of Research Activity held by third year pHD students, 23rd
noveber 2010
6)“Metal oxide nanomaterials in sensor and biomedicine” Dr Kaale, 23rd
novembre 2010
60
Dottorando CHIARA ZANUSSO –[email protected]
Titolo della tesi: “Nanotecnologie e oncologia: farmacocinetica e farmacogenomica per
ottimizzare le terapie antitumorali”
Supervisore: prof. Tullio Giraldi
Tutori (eventuali): dr. Giuseppe Toffoli
Lo scopo di questo studio è verificare l’incidenza di alcune varianti genetiche (polimorfismi)
coinvolte nei processi di cancerogenesi e nella progressione neoplastica. Il cancro prostatico è la
terza causa di morte negli uomini ed è un problema sanitario di rilevanza mondiale. I tassi di
incidenza e mortalità del tumore della prostata variano sostanzialmente in tutto il mondo: di
notevole importanza…i fattori di rischio ambientali, lo stile di vita e, probabilmente, la loro
combinazione con le varianti genetiche attraverso popolazioni di etnie e razze differenti. Le
caratteristiche genetiche del paziente sono uno dei fattori determinanti nella variazione interindividuale osservata nell’insorgenza del tumore e nell’outcome della terapia anti-tumorale. La
farmacogenetica si propone quindi di validare ed utilizzare nella pratica clinica alcuni marcatori
genetici al fine di personalizzare e ottimizzare la terapia. Per prima cosa è stata effettuata una
ricerca bibliografica per definire i polimorfismi genetici di possibile significato
prognostico/predittivo. Sono stati identificati polimorfismi a carico delle Glutatione S-Transferasi
(GST), trasportatori trans-cellulari (ATP-Binding Cassette) responsabili dell’estrusione del farmaco
dalla cellula, e polimorfismi a carico di geni del riparo del DNA. Sono stati arruolati 917 pts affetti
da carcinoma prostatico provenienti dal CRO di Aviano ed una popolazione di donatori di sangue
sani della regione Friuli Venezia Giulia. Le metodiche di analisi utilizzate per la valutazione dei
polimorfismi presi in esame si basano sull’amplificazione della porzione del gene di interesse
mediante tecnica PCR e successiva analisi con metodo TaqMan, che si basa su una misurazione
quali-quantitativa diretta del DNA amplificato mediante una sonda fluorescente, o con la tecnologia
del Pyrosequencing, una nanotecnologia di recente sviluppo che permette di identificare mutazioni
di tipo puntiforme (SNP) in modo molto semplice e veloce. Infine è stata effettuata un’analisi
statistica dei dati mediante il Fisher’s Exact test, sono stati calcolati odds ratios (OR) e il
corrispondente intervallo di confidenza al 95% (95% CI) per valutare il rischio relativo di
sviluppare il carcinoma prostatico.

Studio dei determinanti farmacoradiogenetici della tossicità e risposta al trattamento
chemioradioterapico nel carcinoma della prostata;
1. “FARMACOGENETICA DELLA CARDIOTOSSICITÀ DA ANTRACICLINE”
Chiara Zanusso e Giuseppe Toffoli,
(longabstract per il convegno dal titolo “Complicanze cardiovascolari in oncologia: ieri ed
61
oggi. La gestione delle problematiche” svoltosi a Napoli in data 25-26 marzo 2009)
2. “NANOTECHNOLOGIES AND ONCOLOGY: PHARMACOKINETICS AND
PHARMACOGENOMICS TO OPTIMIZE THE ANTITUMOR THERAPIES”
Chiara Zanusso, Erika Cecchin, Paola Biason, Elena De Mattia, Franca Sartor and Giuseppe
Toffoli
(Poster presentato al 2nd Phd workshop 10th/11 September 2009 presso Wittenberg)
(Abstract presentato al “Congresso Nazionale della Società Italiana di Chemioterapia”
svoltosi a Udine in data 14 ottobre 2009
Attività formativa
laurea)
 700 ore di studio e approfondimento degli argomenti trattati mediante libri e review di tipo
cartaceo e/o elettronico dal 1 gennaio 2010.
 700 ore di laboratorio presso la “Farmacologia Sperimentale e Clinica” del CRO di Aviano
diretta dal dr. Giuseppe Toffoli dal 1 gennaio 2010.
“Nanotechnology School Annual Meeting 2010” svoltosi in data 18, 19 e 20 gennaio 2010 dalle
ore 14-17, 9-17, 9-13 presso l’Università degli Studi di Trieste.
Seminar on 'How to present scientific results' dr. Hanna Mamzer svoltosi in data 22 gennaio
2010 dalle ore 10 alle ore 17 presso l’Università degli Studi di Trieste
“Presentation of Nanochallenge and Polymerchallenge by Veneto Nanotech” svoltosi in data 15
giugno 2010 dalle 14.00 alle 14.30
“Development of On-line Monitoring devices for the extrusion process” (prof. Miguel Nobrega
of the University of Minho in Portugal) svoltosi in data 15 giugno 2010 dalle 14.30 alle 15.00
“Use of VPN and UGOV” (prof. Maurizio Fermeglia) svoltosi in data 15 giugno 2010 dalle
15.00 alle 16.30
Seminari:
“Bone marrow modelling: new insights regulation of hemopoiesis” svoltosi in data 13 gennaio
2010 dalle ore 15 alle ore 16
“Young investigators event: la due-giorni dei giovani ricercatori dell’IRCCS CRO” svoltosi in
data 10 e 11 marzo 2010 dalle ore 14.30 alle ore 18.00
“Targeting tyrosine kinase receptors in solid tumors: the lesson of GISTs” svoltosi in data 12
marzo alle ore 15.00
“Connecting the Dots between Tumor Cell Metabolism and Statins as Anti-Cancer Agents”
svoltosi in data 3 maggio 2010 dalle 14.30 alle 15.30
“Recenti progressi in nanomedicina clinica visti da una prospettiva chimico-fisica” svoltosi in
data 8 giugno dalle 15.00 alle 16.30
“Mechanisms controlling the integrity of replicating chromosomes” (dr. Foiani) svoltosi in
data 11 giugno dalle 10.00 alle 11.00
62
“Strutturare un protocollo di ricerca” (dr. Foiani) svoltosi in data 11 giugno dalle 11.00 alle
12.30
“Multidisciplinarità in UroOncologia” svoltosi in data 10 settembre 2010 dalle 09.30 alle 19.00
“The future of technologies (an overview on research technology)” svoltosi in data 6 ottobre
2010 dalle 16.00 alle 17.00
“Infertilità, gravidanza e tumori” svoltosi in data 20 ottobre 2010 dalle 14.30 alle 19.00
“Seminari in Oncologia: diagnostica, clinica e ricerca” svoltosi in data 21 ottobre dalle 15.00
alle 17.00, 4 novembre dalle 15.00 alle 17.45, 11 novembre dalle 15.00 alle 17.30, 18 novembre
dalle 15.00 alle 16.15 e 25 novembre dalle 15.00 alle 16.30.
“Incontri finalizzati all’esposizione e alla discussione dei progressi ottenuti nell’ambito dei
progetti di ricerca della SOC di FSC” svoltosi nel seguente periodo dal 01/01/2009 al 31
dicembre 2009 dalle ore 13.15 alle 14.45
Corsi:
“L'operatore sanitario e la comunicazione in sanità: Power Point come strumento informatico
per presentazioni efficaci” svoltosi in data 3 e 9 febbraio 2010 dalle 15.00 alle 18.00
“Corso di inglese scientifico livello avanzato” svoltosi in data 6-13-20-27 maggio, 3-10-17-24
giugno, 30 settembre, 7-14-21-28 ottobre, 4-11 novembre 2010. 30 ore di lezione
“L’operatore sanitario e la gestione dei dati alfa-numerici: Excel come strumento per
elaborare e visualizzare efficacemente le informazioni” Svoltosi in data 24 novembre, 1 e 7
dicembre 2010 dalle ore 15.30 alle ore 17.30.
63
Dottorandi del 25 ciclo: •
AMBROSINI Stefano
Titolo della tesi: Crescita e caratterizzazione di nanostrutture (anche) con luce di sincrotrone
Supervisore: Silvia Rubini
Durante il primo anno di dottorato è stato messo a punto nel dettaglio un metodo di crescita di
nanofili autocatalizzati che permette di ottenere nanofili di pura fase cristallina zincoblenda con
accurato controllo su densità e lunghezza. E’ stato altresì compreso l’effetto di temperatura, flusso
di reattanti e orientazione del substrato sul processo di crescita di nanofili, e di conseguenza sulle
proprietà finali delle nanostrutture: morfologia, struttura cristallina e proprietà ottiche.
Attraverso l’impiego della luce di sincrotrone in misure di fotoemissione a raggi X in scansione
(SPEM), è stato possibile stimare la conducibilità elettrica dei nanofili a partire dalla caduta di
potenziale tra il punto irraggiato e il substrato, che si traduce in uno shift dell’energia cinetica degli
elettroni fotoemessi. I risultati indicano una conducibilità molto minore rispetto a strati epitassiali di
GaAs drogati alla stessa concentrazione nominale, ed anche rispetto a nanofili catalizzati oro
cresciuti in condizioni simili e misurati con la stessa tecnica.
Obiettivi da raggiungere per l’anno successivo
 Studio, comprensione ed applicazione di trattamenti di annealing termico su nanofili
autocatalizzati di GaAs
 Realizzazione di nanofili III-N autocatalizzati con il presente substrato (Siox) ed uno nuovo
(SiN)
 Realizzazione di nanofili di altri materiali autocatalizzati usando il protocollo attuale o sue
modifiche
 Confronto tra nanostrutture di diversi materiali in merito alle misure effettuate l’anno
precedente con la luce di sincrotrone
S. Ambrosini, M. Fanetti, V. Grillo, A. Franciosi and S. Rubini, submitted to Nanotechnology
- Self catalyzed GaAs nanowires on GaAs (100): growth and characterization
S. Ambrosini, M. Fanetti, V. Grillo and S. Rubini
- Catalyst consumption and structural changes in self-catalysed growth of GaAs nanowires by MBE
S. Ambrosini, M. Fanetti, V. Grillo and S. Rubini
64
Attività formativa
laurea)
Application of synchrotron radiation light, G. Paolucci, Università of Trieste. Corso di laurea della
laurea magistrale in fisica della materia, 04-05/2010
Summer school su ”The synchrotron Radiation and its Applications”, ICTP Trieste, Italy 519/4/2010
4 ore di insegnamento alla scuola media G. Luci, Muggia (TS) sull’uso di nanofili come
componenti fotovoltaici, 10-12/03/2010
65
Dottoranda SILVIA BIDOGGIA
Titolo della tesi: Gold nanoparticles as carriers for drug delivery applications.
Supervisore: Prof. Lucia Pasquato
Tutori (eventuali): /
L’obiettivo del mio progetto di ricerca consiste nella progettazione e sintesi di nanoparticelle di oro
(AuNPs) protette da un monostrato organico e nello studio del loro impiego per il trasporto e
rilascio di biomolecole e/o composti biologicamente attivi e che, a questo scopo, presentino le
seguenti caratteristiche:
- solubili in mezzi acquosi ed elevata stabilità in condizioni fisiologiche (in elevate
concentrazioni saline e in un ampio intervallo di valori di pH);
- essere stabilizzate da un monostrato organico autoassemblato a morfologia controllata per
poter penetrare la membrana cellulare senza alterare l’equilibrio cellulare;
- presentare sulla superficie gruppi funzionali per il trasporto di biomolecole;
- poter essere monitorate in vitro e in vivo con tecniche semplici.
NPs con un monostrato che contiene parti idrofobiche e parti idrofiliche – Janus NPs – mimano il
comportamento di certi peptidi e proteine che formano e stabilizzano canali nelle membrane
biologiche. Sono stati riportati di recente esempi di AuNPs con un monostrato composto da una
miscela di tiolati che differiscono per la lunghezza o per il gruppo terminale o per la diversa
lipofobicità e che questi monostrati risultano essere organizzati a fasce intorno alle NPs o a domini.
Per questi motivi è stato scelto di utilizzare tioli perfluorurati che consentono la formazione di
domini in monostrati misti. Inoltre, NPs protette da questi tioli dovrebbero essere degli ottimi agenti
di contrasto e consentire la “visualizzazione” delle NPs con tecniche di 19F MRI e di imaging ad
ultrasuoni. Abbiamo quindi progettato delle AuNPs protette da miscele di tioli perfluorurati e tioli
alchilici. La strategia per rendere le AuNPs solubili in acqua prevede o l’uso di residui di glicole
polietilenico come gruppo terminale dei tioli per fluorurati o l’introduzione di un gruppo terminale
carico come il gruppo solfonato che oltre a impartire solubilità in acqua favorisce il “binding” di
acidi polinucleici (PNA).
Sperimentalmente in questo primo anno è stata messa a punto la sintesi di AuNPs protette da tioli
perfluorurati anfifilici di diversa dimensione per studi applicativi preliminari. Sono state preparare
AuNPs protette da un monostrato misto formato dai tioli commerciali 1H,1H,2H,2H-perfluorodecan
tiolo e dal acido 11-mercaptoundecansulfonato. Questo campione è solubile in acqua solo a caldo. È
stata studiata e realizzata la sintesi dell’acido 12-mercaptododecansolfonato (MDDS). Sono state
preparati dei primi campioni di AuNPs con monostrato misto composto di miscele di MDDS e
perfluorodecan tiolo. Queste NPs sono completamente solubili in acqua, e sono state caratterizzate
con spettri UV-Vis, 1H NMR e con analisi TEM e TGA.
Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile).
Sintesi e caratterizzazione di AuNPs di diverse dimensioni e protette da monostrati misti con
differenti rapporti tra tioli perfluorurati e tioli alchilici.
Studio dell’organizzazione del monostrato con tecniche ESR e STM.
66
Studi di dinamica molecolare per la razionalizzazione dell’organizzazione del monostrato e per
lo studio di binding di biomolecole.
Studi sperimentali di binding di biomolecole e di permeazione di membrane.
Introduzione nel monostrato di AuNPs di elementi di targeting specifico.
Studio dell’impiego di AuNPs perfluorurate per imaging in sistemi modello.
Partecipazione a congressi (come relatore):
L. Pasquato, S. Bidoggia; Summer workshop on “Supramolecular functional materials”;
comunicazione orale dal titolo: "Morphology of mixed-monolayers protecting gold
nanoparticles", Bibione 20- 22 maggio 2010.
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (corso, data, docente, tipo di corso
di laurea):
Prof. A. Franciosi; “Proprietà fisiche dei materiali” (48 h); Corso di laurea magistrale in
chimica - sistemi nano strutturati e supramolecolari; febbraio-giugno 2010.
Prof. L. Casalis, prof. A. Morgante, prof. L. Pasquato; “Molecular self-assembling and
nanostructures” (16 h); School of Nanotechnology; giugno-luglio 2010.
Prof. L. Pasquato; ”Materiali organici” (32 h); Corso di laurea magistrale in chimica - sistemi
nano strutturati e supramolecolari; ottobre-dicembre 2010.
 “Congresso annuale della scuola di dottorato in nanotecnologie”; Università degli studi di
Trieste, 18-20 gennaio 2010.
 Prof. Hanna Mamzer, Sociology Department of Adam Mickiewicz University in Poznan
(Poland); Seminario “How to present scientific results in public”; Università degli studi di
Trieste, 22 gennaio 2010.
Summer workshop on “Supramolecular functional materials”; Bibione, 20-22 maggio 2010.
Veneto Nanotech; Seminario “NanoChallenge and PolymerChallenge”; Università degli studi
di Trieste, 15 giugno 2010.
Prof. Miguel Nobrega of the University of Minho in Portugal; seminario “Development of OnLine Monitoring devices for the extrusion process”; Università degli studi di Trieste, 15
giugno 2010.
Prof. Maurizio Fermeglia; seminario “Use of VPN and U-GOV”; Università degli studi di
Trieste, 15 giugno 2010.
Convegno scientifico “I giovani e la chimica in Friuli Venezia Giulia”; Dipartimento di scienze
e tecnologie chimiche, Udine, 24 settembre 2010.
Presentazione dei dottorandi del terzo anno della scuola di nanotecnologie; Università degli
studi di Trieste, 23 novembre 2010.
Dr. Sangeeta Kale, Associate Professor Defence Institute of Advanced Technology (India);
seminario “Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine”; Università degli studi di
Trieste, 23 novembre 2010.
Attività didattica di supporto per l’insegnamento di chimica organica I con laboratorio, corso di
laurea triennale in chimica, primo anno, Università di Trieste, 40 ore.
67
Candidate NAME SURNAME: Yan-xin Chen
Title of the thesis: Nanostructured Titanium Dioxide Based Materials for Photocatalysis and
Photoelectrocatalysis
Supervisor: Paolo Fornasiero
Tutors (if any): :Claudio Bianchini, Alessandro Lavacchi
Research Activity
Titania Nanotubes are excellent candidates as support materials for engineering metal catalyzed
materials for the solar production of hydrogen from aqueous solutions of renewable alcohols
because it has a high active surface area; good stability in both acidic and alkaline solutions and
cooperative effects between it and platinum.
In this year, we focussed on synthesis Pd/TiO2 NTs through the electrochemical deposition for
the use in electrolysers and photoelectrochemical cells.
The experimental procedures of Pd/TiO2 NTs preparation consisted in three parts of work.
1), In order to get a reliable preparation protocol for the Ti substrates, a simple original surface
preparation method based on electropolishing was established.
2), TiO2 NTs over large samples were synthesized through the anodization method. Allowing the
control of the tube length and width.
3), Pd nanoparticles with variable size distribution were added to the TiO2 NTs through Pulse
Electrodeposition method. The Material characterization of the Pd/TiO2 NTs was performed by
SEM, TEM, XRD methods. The Electrochemical Characterization and Functional Characterization
were carried out by cyclic voltammetry, Chronoamperometry and Electrolysis method.
The results proved that the Pulse Electrodeposition is an effective approach to the synthesis of
Pd/TiO2 NTs , and the Pd TiO2 NTs exhibit good catalytic activity and stability toward the ETOH
electrooxidation as it was shown by the preliminary electrolysis test.
Objectives for the following year (if applicable)
1), Optimization of the Pd/TiO2 NTs electrode architecture for the hydrogen production by
electrolysis from alcoholic solutions.
2), Testing of the Pd/TiO2 NTs electrode in photoelectrochemical cells
3), Pulsed electrodeposition of further noble metals and alloys on the ordered Ti nanotube
arrays.
Participation to conferences (as speaker)
- “Electrochemically shape-controlled synthesis of Fe nanoparticles, their structural characterization
and properties”, oral presentation, ICCOM-CNR Florence, Sesto Fiorentino, 24 March 2010
Educational Activity
Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities
- Annual meeting PhD School in Nanotechnology, 18-20 January 2010, total 25 hours
68
- 9° Congresso del Gruppo Interdivisionale di Chimica Organometallica della Società Chimica
Italiana ( Co. G.I.C.O), 8-11 June 2010, Firenze, Italy.- “Seminar on writing (and managing) a
research project”, 16th October 2009, 4 hours
- 9th International Symposium on Carbanion Chemistry, 20-24, July 2010, Firenze, Italy.
- The 61st Annual Meeting of the International Society of Electrochemistry, September 26th October 1st, 2010, Nice, France
- The China-Italy Regional Cooperation Forum on Technology and Innovation. 10-12
November, 2010, Firenze, Italy
Support educational activity and teaching
- Read the book《TiO2 Nanotube Arrays-Synthesis, Properties, and Applications-SPRINGER
2009》, 10-20 March, 2010, total 40 hours
- Read the book《Electrochemical Methods Fundamentals and Applications John Wiley & Sons,
Inc,1980》, 5-20 Auguest, 2010, total 60 hours
69
Dottorando MARIO GANAU
Titolo della tesi: Applicazioni nanotecnologiche nell’ambito delle neuroscienze quantitative:
analisi proteomica di cellule astrocitarie in condizioni di stress esterni e plasticità neuronale
Supervisore: Prof. GIACINTO SCOLES e Dr.ssa LOREDANA CASALIS (SENIL
Nanoinnovation Lab. - Sincrotrone Elettra, Trieste)
Il principale obbiettivo della presente Tesi di Dottorato è l’analisi proteomica di cellule astrocitarie
sotto influenza di stimoli esterni al fine di chiarire il ruolo delle cellule gliali nei processi di
oncogenesi. Il razionale per un approccio nanoquantitativo è quello di ottenere una metodica di
analsi proteomica precisa, ad alta sensibilità e basso costo, con potenzialità di screening in tempo
reale e sottotipizzazione di tumori cerebrali.
Durante il primo anno di Dottorato sono stati adottati due approcci paralleli e sinergici: 1) uno
basato sulla fabbricazione di microwells per l’immobilizzazione di cellule viventi, e 2) l’altro volto
all’ottimizzazione di nanopatches per l’analisi di proteine o anticorpi in soluzione.
1) La fase di microfabbricazione è stata condotta presso il laboratorio IOM INFM @ TASC.
Durante il 2010 ci si è proposti di realizzare in prima istanza microwells per
l’immobilizzazione di cellule procariote piuttosto che cellule eucariote vista la relativa
facilità di incubazione e coltivazione delle prime: i test condotti hanno suggerito di
realizzare microcostrutti in polydimethylsiloxane (PDMS) contenti multipli microwells di
forma cilindrica (diametro 10 µm; profondità 1 µm). Al fine di valutare la capacità delle
cellule selezionate (E.Coli gentilmente forniti dallo Structural Biology Lab @ Elettra) di
aderire e sopravvivere all’interno dei microwells di PDMS, sono stati condotti una serie di
trials, con e senza mezzo di coltura, che hanno dimostrato con successo la possibilità di
immobilizzare cellule viventi e di consentire la loro attiva replicazione all’interno dei micro
costrutti.
2) L’analisi proteomica è stata ottimizzata basandosi su tecniche di nanografting e
immobilizzazione diretta del DNA (DDI) con l’impiego del Microscopio a Forza Atomica
(AFM). In particolare è stata adottata la metodica di AFM-nanografting di patches di DNA a
singola elica (ssDNA) su self assembled monolayers (SAM) d’oro alklthiol-modificato con
successiva immobilizzazione delle proteine di interesse [ad esempio la streptavidina (STV)]
mediante ibridizzazione del ssDNA con il DNA complementare (cDNA) ad essa legato. Al
fine di confermare la funzionalità e specificità dei nanopatches così ottenuti, sono stati
condotti dei trials con una soluzione costituita da lisato cellulare di E.Coli in cui sono stati
immersi i nanopatches. Questi esperimenti hanno dimostrato la possibilità di catturare
anticorpi specifici presenti nella soluzione (ad esempio IgG antiSTV aggiunti al lisato
cellulare) e allo stesso tempo hanno escluso qualsiasi ibridizzazione aspecifica sui
nanopatches o sul circostante SAM, confermando così che la tecnica di DDI permette
un’analisi ad alta specificità e sensibilità.
Le due metodiche sono infine confluite nella realizzazione di un singolo device mediante
sovrapposizione dei nanopatches funzionalizzati sui microwells di PDMS al fine di catturare le
proteine secrete dalle cellule in esse contenute.
70
Il passo successivo nel percorso di ricerca è costituito dalla fabbricazione di microwells e
nanopatches specificatamente concepiti per l’immobilizzazione di astrociti e l’ottimizzazione delle
tecniche di nanografting e DDI per l’analisi delle proteine contenute nel loro proteoma o secretoma.
Nel corso del secondo anno ci si propone inoltre di impiegare la metodica su descritta per l’analisi
proteomica di E.Coli ingegnerizzati, così da realizzare uno screening rapido e a basso costo della
loro corretta trascrizione genica.
Attività formativa
laurea)
29 Aprile 2010: Toffoli Giuseppe, Lezione di “Farmacogenetica e Farmacogenomica”
Facoltà di Medicina UniTs
Inverno-Primavera 2010: Giacinto Scoles, Lezioni frontali di Nanotecnologia e Biochimica
18-20 Gennaio 2010: Congresso annuale della Scuola di Dottorato in Nanotecnologie c/o
UniTs
22 Gennaio 2010: Hanna Mamzer, Seminario “Autopresentation and preparing
presentations” e “Comunication in cross cultural environment” c/o UniTs
19 Febbraio 2010: Giacinto Scoles, Seminario “Sapendo fare “single Cell Proteomics”
come la vendiamo a medici e biologi?” c/o UniTs
8 Aprile 2010: Discussione della tesi di dottorato degli studenti diplomandi, Scuola di
Dottorato in Nanotecnologie c/o UniTs
21 Giugno 2010: Conferenza “Il ruolo emergente delle Nanotecnologie nelle Scienze della
Vita” c/o Area Science Park
Giugno-Luglio 2010: Lucia Pasquato, Alberto Morgante e Loredana Casalis, Seminari
“Molecular self-assembling and nanostructures” c/o UniTs
23 Novembre 2010: Sangeeta Kale, Seminario “ Metal oxide nanomaterials in sensors and
biomedicine” c/o UniTs
71
Candidato VALENTINA GIORGIS
Titolo della tesi: Development, design and characterization of Metamaterials with negative
refractive index
Supervisore: Filippo Romanato
Descrizione delle tematiche di ricerca e dei principali risultati scientifici raggiunti
Il progetto di ricerca è incentrato sui metamateriali ad indice di rifrazione negativo e si focalizza su
due diversi approcci: progettazione e fabbricazione di Split Ring Resonator (SRR) utilizzando la
litografia a raggi X e la fabbricazione di strutture fishnet su substrati multilayer metallo-ossido
sfruttando le tecniche di sputtering e wet e dry etching.
Alla fine del primo anno di dottorato ho ricevuto il training, e sono autorizzata ad utilizzare, le
macchine relative alla maggior parte delle tecniche necessarie al mio progetto: microscopia SEM,
analisi EDAX, crescite elettrolitiche di oro, deposizione sputtering, etching RIE, wet etching,
spinning dei resist, litografia ottica UV, litografia a raggi X, nanoimprinting.
I risultati principali relativi agli SRR sono: la preparazione delle membrane in nitruro di silicio per
le maschere a raggi X, la progettazione dei primi pattern con il software LayoutEditor e la
collaborazione con LaNN (Laboratory for Nanofabrication and Nanodevices) per la realizzazione
dei pattern sulle membrane con la tecnica EBL. Riguardo le strutture fishnet il lavoro portato avanti
finora consiste nell'ottimizzazione della deposizione dei layer metallo-ossido con lo sputtering su
substrati di silicio e vetro. E' stato iniziato un lavoro preliminare di etching del multilayer
utilizzando il RIE.
Oltre al lavoro relativo al progetto di dottorato ho collaborato al progetto ORION crescendo reticoli
in oro per la trasmissione straordinaria e producendo le immagini al SEM dei campioni cresciuti.
F. Romanato, M. Massari, T. Ongarello, M. Carli, G. Pirruccio, D. Sammito, V. Giorgis, D. Garoli,
R. Bozio, R. Pilot, R. Signorini, P. Schiavuta, F. Marinello, “Design, Fabrication and
characterization of Plasmonic Gratings for SERS”, submitted to Microelectronic Engineering
Denis Garoli, Marco Natali, Giuseppe Parisi, Michele Massari, Ongarello Tommaso,
Valentina Giorgis, Gianluca Ruffato, Enrico Sovernigo, Filippo Romanato, “Fabrication of negative
refractive index metamaterials in the visible spectral range”, MNE 2010
Altre pubblicazioni
D. Sammito, P. Zilio, G. Zacco, V. Giorgis, F. Romanato, “Nanotrutture plasmoniche per la raccolta
della luce, PV Technology, 4/4/2010, p,46
72
Attività formativa
laurea)
“Materiali nanotrutturati”, prof. V. Lughi, “corso di laurea specialistica in ingegneria dei materiali”,
secondo semestre
 Workshop of the School of Nanotechnology; 18-20 Gennaio 2010, Trieste
 Seminario 'How to present scientific result in public', dr. Hanna Manzer of Adam
Mickiewicz University in Poznan (Polonia), 22 Gennaio 2010, Trieste
 Workshop: Comsol Multiphisycs, 4 Marzo 2010, Padriciano, Trieste
 Summer School: International School of Quantum Electronics, 47th course advanced on




nanophotonics III: plasmonics and energy efficiency, 11-18 Luglio 2010, Erice, Ettore
Majorana Foundation Centre for Scientific Culture
MNE, International Conference on Micro & Nano Engineering, 19-22 Settembre 2010,
Genova
Workshop IOM, 30 Settembre – 1 Ottobre 2010, Area di Ricerca, Padriciano, Trieste
Course: “Fundamentals of electron microscopy and analytical techniques”, Dr. Regina
Ciancio, 12-13 Ottobre 2010, CNR-IOM Basovizza, Trieste
Seminario: “Metal oxide nanomaterials in sensor and biomedicine”, Dr. Kale of the Defence
Institute of Advaced Technology (DIAT) India, 23 Novembre 2010, Trieste
73
Candidato MARIANNA LUCAFO’
Titolo della tesi: Nanostructures as carriers for anticancer drug
Supervisore: Prof. Gianni Sava
Tutori (eventuali): Dott. Sabrina Pacor, Prof. Sonia Zorzet, Dott. Tatiana Da Ros
L’impiego di nanostrutture, come fullereni, in campo biomedico è di forte interesse, sia per le sue
possibili applicazioni terapeutiche che diagnostiche. Un potenziale vantaggio di questi composti è la
possibilità di essere strutturati per essere facilmente internalizzati dalle cellule e grazie alla loro
ampia area superficiale e volume interno posso agire come sistemi di drug delivery per il trasporto
di farmaci.
Durante questo primo anno è stata valutata la citotossicità di 5 diversi derivati fullerenici,
sintetizzati dal team del Prof. Prato del dipartimento di scienze farmaceutiche dell’università di
Trieste, su una linea di carcinoma mammario umano sensibile alla doxorubicina (MCF7) e
resistente alla stessa (MCF7/ADR). Individuato il fullerene meno tossico, sono stati eseguiti degli
studi di binding e di up-take per verificare l’efficacia del fullerene come vettore per farmaci. Gli
esperimenti hanno dimostrato che il composto è capace di legarsi rapidamente alla membrana
cellulare per poi essere internalizzato da entrambe le linee cellulari. Nella fase successiva è stata
eseguita la coniugazione tra il farmaco doxorubicina e il fullerene in duplice modo: in un caso la
doxorubicina è stata coniugata direttamente al fullerene, nel secondo caso, invece, un linker
tetrapeptidico è stato utilizzato per legare il farmaco al fullerene. Il tetrapeptide viene riconosciuto
da proteasi-tiolo dipendenti localizzate nei lisosomi delle cellule, al fine di creare un sistema
selettivo attivo solo a livello intracellulare che permetta il rilascio controllato della doxorubicina.
-Fullerene derivatives as carriers for anticancer drugs. 20-23 Settembre 2010, Certosa di
Pontignano (Siena), XIV Seminario nazionale per dottorandi in Farmacologia e Scienze
affini (Abstract e Presentazione Poster)
-Fullerene derivatives as carriers for anticancer drugs. Conferenza 20-22 Ottobre 2010, Mestre
(VE), NanotechItaly 2010 (Abstract e presentazione poster)
-New approaches in cancer therapy with fullerene derivatives. Convegno 24 Novembre 2010,
Milano, Nanotecnologie e veicolazione di Farmaci (AICC) (presentazione poster co-autrice)
Attività formativa
laurea)
Sostenute 30 ore di lezione frontale del corso in Farmacologia del corso di Laurea in Chimica e
tecnologia farmaceutiche, tenuto dal Prof. G. Sava dal 27\09\2010 al 29\10\2010;
Sostenute circa 40 ore di lezione formative sull’utilizzo del citometro a flusso dalla Dott. S. Pacor a
partire da febbraio 2010.
74
20-23 Settembre 2010, Certosa di Pontignano (Siena), XIV Seminario nazionale per dottorandi in
Farmacologia e Scienze affini.
Correlatrice nelle tesi di laurea della facoltà di Farmacia, dal titolo:
Studio di fullereni funzionalizzati come vettori per farmaci (Relatore Dott. Pacor S.);
Studio pilota su un modello di linfoma umano dell’attività antitumorale di nanoparticelle
veicolate specificatamente (Relatore Prof. Zorzet S.);
Tutor dell’LLC (Life Learning Center) per la divulgazione scientifico-tecnologica dedicate agli
studenti e insegnanti delle scuole superiori.
75
Graduate Student: Lucia Marsich
Email: [email protected]
Laboratory: DMRN University of Trieste
Title of the thesis: “Design and synthesis of functionalized metal nanoparticles for bio-analysis
with Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS)”
Supervisor: Valter Sergo
Tutors: Alois Bonifacio
Nei primi mesi del primo anno di dottorato mi sono concentrata sullo studio della letteratura e
sull’identificazione di substrati SERS-attivi adatti a quantificare la bilirubina nel siero.
Per questa applicazione sono state scelte delle nanoparticelle di argento prodotte tramite la
riduzione chimica del nitrato d’argento con il citrato. Il citrato adsorbito, sulla superficie metallica,
conferisce una carica negativa alle particelle; la bilirubina è anch’essa negative, quindi non può
interagire con il substrato. Per promuovere questa interazione le nanoparticelle sono state ricoperte
con la poli-L-lisina, un polimero con gruppi funzionali positivi.
Entrambe le nanoparticelle, non ricoperte e ricoperte con la poli-L-lisina, sono state caratterizzate.
La lunghezza d’onda della risonanza plasmonica è stata misurata con lo spettrofotometro UV-Vis.
Sono state raccolte delle immagini con il TEM per valutare la dimensione e la morfologia delle
nanoparticelle e aggiungendo un agente di contrasto,è stato possibile evidenziare lo strato di poli-Llisina attorno alle particelle. La carica superficiale è stata misurata tramite il potenziale zeta. La
presenza della poli-L-lisina è stata confermata anche dallo spettro SERS delle nanoparticelle
ricoperte. Tramite la spettroscopia SERS è stato dimostrato che è possibile misurare concentrazioni
di bilirubina libera minori a 1 µM soltanto in presenza delle nanoparticelle ricoperte; è stata valutata
la sensibilità del sistema ed è stato analizzato l’andamento dell’intensità degli spettri in funzione
della concentrazione di bilirubina. Aggiungendo l’albumina ai campioni è stata dimostrata la
selettività del substrato per la bilirubina libera.
Riassumendo, durante il primo anno ho sviluppato un substrato SERS-attivo, costituito da
nanoparticelle di argento ricoperte da poli-L-lisina, idoneo a misurare la bilirubina libera. Con
questo substrato è possibile misurare concentrazioni nanomolari di bilirubina libera (concentrazione
minima 10nM). Inoltre, in presenza dell’albumina, il substrato è selettivo per la bilirubina libera.
Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo:
Spettri SERS della bilirubina in presenza dell’albumina e della sulfadimetoxina, una sostanza
che riesce a rompere il legame tra la bilirubina e l’albumina;
Produrre un nuovo substrato costituito da nanoparticelle di forma triangolare, usando la poliL-lisina come riducente e stabilizzante;
Utilizzare le nanoparticelle ricoperte di poli-L-lisina con fluidi biologici e cellule.
Attività formativa
Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (sostituiti da studio personale.)
Libri:
R. Aroca, “Surface-Enhanced Vibrational Spectroscopy” 2006 John Wiley & Sons, Ltd
76
“Bile pigments and Jaudice , Edited by J. Donald Ostrow. New York: Marcel Dekker, Inc.,
1986.
Reviews:
Hyunhyub Ko, Srikanth Singamaneni, and Vladimir V. Tsukruk, ”Nanostructured Surfaces and
Assemblies as SERS Media”, Small 2008, 4, No. 10, 1576–1599
Richard J. C. Brown, Martin J. T. Milton, “Nanostructures and nanostructured substrates for
surface-enhanced Raman scattering (SERS)”, J. Raman Spectrosc. 2008; 39: 1313–1326
Xiu-Mei Lin, Yan Cui, Yan-Hui Xu, Bin Ren, Zhong-Qun Tian, “Surface-enhanced Raman
spectroscopy: substrate-related issues”, Anal Bioanal Chem, DOI 10.1007/s00216-009-2761-5
Laboratorio:
Circa 1000 ore nei laboratori del Dipartimento di Materiali e Risorse Naturali
Final Conference 2009 – Trieste dal 18 al 20 Gennaio 2010 (PhD School in Nanotechnology)
How to present scientific results, Trieste 22 Gennaio 2010
Yellow Retreat – Trieste, 08 – 09 Marzo 2010 (congresso sulla bilirubina organizzato dal Centro
Studi Fegato)
Corso itensivo su "Molecular self-assembling and nanostructures” , Trieste dal 23 Giugno al 13
Luglio 2010
Visita laboratori SENIL (Elettra) - Trieste, 20 Luglio 2010
XVI Scuola Nazionale di Scienza dei Materiali – Bressanone (BZ), 27 Settembre- 02 Ottobre
2010
“High-Resolution Integrated Micro Electrode Arrays (MEAs) for Imaging Neurophysiological
Signaling” – Trieste, 25 Ottobre 2010
Poster presentati:
Polylysine coated silver nanoparticles as sensors for bilirubin quantification using Surface
Enhanced Raman Spectroscopy (SERS); L. Marsich, A. Bonifacio, V. Sergo; XVI Scuola
Nazionale di Scienza dei Materiali – Bressanone (BZ)
Pubblicazioni:
Marsich, L., Moimas, L., Sergo, V., Schmid, C.; Spectroscopy 23, 2009; pp 227-232; “Raman
spectroscopic study of bioactive silica-based glasses: The role of the alkali/alkali earth ratio on
the Non-Bridging Oxygen/Bridging Oxygen (NBO/BO) ratio”.
In progress: Marsich L., Bonifacio A., Sergo V.; “Polylysine coated silver nanoparticles as sensors
for bilirubin quantification using Surface Enhanced Raman Spectroscopy”.
Supporto tecnico in laboratorio chimico e Raman a studenti.
Correlatrice per una tesi specialistica in ingegneria dei materiali, presso il DMRN.
77
Dottorando ANGELO PERONIO
Titolo della tesi: Catalisi eterogenea a livello delle singole molecole
Supervisore: prof. Giovanni Comelli
Tutori (eventuali): dr. Carlo Dri
La mia tematica di ricerca è lo studio di sistemi modello per la catalisi eterogenea a livello delle
singole molecole che li compongono, utilizzando le tecniche di microscopia e spettroscopia con
risoluzione sub-molecolare messe a disposizione da un microscopio a scansione ad effetto tunnel a
bassa temperatura (LT-STM).
L’attività principale di quest’anno è stata la prima introduzione nel nostro laboratorio della
spettroscopia mediante tunnelling inelastico di elettroni (STM-IETS), una tecnica che permette di
misurare l’energia dei modi vibrazionali di singole molecole. Per questo è stato necessario un
delicato lavoro di caratterizzazione ed ottimizzazione dell’apparato sperimentale e di messa a punto
delle procedure di misura e di analisi dati. Ho utilizzato quindi questa tecnica per caratterizzare il
legame NO-NH3 all’interno di singole unità di un complesso formato da queste molecole sulla
superficie (111) del platino monocristallino, in particolare misurando lo spostamento in energia del
modo vibrazionale molecola-superficie del monossido di azoto dovuto alla coordinazione con
l’ammoniaca.
È stato studiato anche l’adsorbimento dell’anidride carbonica sulla superficie (110) del nickel
monocristallino, un sistema modello per l’idrogenazione catalitica della CO2 a metanolo. In
particolare il confronto delle immagini STM delle molecole sulla superficie con simulazioni basate
sulla teoria del funzionale densità (DFT) ha permesso di determinare siti e geometrie di
adsorbimento; questi risultati sono stati pubblicati su Physical Review B. Nello stesso filone si
inserisce anche un periodo di misure svolto presso la linea di luce SuperEsca del Sincrotrone di
Trieste.
Durante il 2011 prevedo di proseguire lo studio del sistema NO-NH3/Pt(111) sia dal punto di vista
sperimentale (manipolazione di singole unità del complesso, caratterizzazione del complesso in
diversi stati di coordinazione) sia teorico/computazionale (simulazione DFT e confronto con le
misure vibrazionali). Parallelamente verranno studiate possibili migliorie tecniche per ridurre il
rumore nelle misure STM-IETS.
C. Dri, A. Peronio, E. Vesselli, C. Africh, M. Rizzi, A. Baldereschi, M. Peressi, G.
Comelli, Imaging and characterization of activated CO2 species on Ni(110), Phys. Rev. B 82,
165403 (1-6) (2010), DOI: 10.1103/PhysRevB.82.165403
78
Poster presentati al workshop dell’Istituto Officina dei Materiali del CNR, Padriciano (TS), 30
settembre – 1 ottobre 2010:
CO2 activation and hydrogenation on Ni model catalysts: an atomic-scale investigation by
spectroscopy and microscopy measurements and ab-initio calculations; E. Vesselli, M. Rizzi, C.
Dri, A. Peronio, C. Africh, X. Ding, A. Baraldi, A.Baldereschi, M. Peressi, and G. Comelli
STM-based tools for the investigation of chemical processes at the atomic level: FastSTM and
single molecule vibrational spectroscopies; C.Dri, A.Peronio, C.Africh, F.Esch and G.Comelli
Attività formativa
laurea)
Corsi seguiti:
Catalisi eterogenea, modulo del corso di laurea magistrale in Chimica dell’Università degli Studi di
Trieste, docente Paolo Fornasiero, 16 ore, marzo 2010.
Statistica avanzata per l'analisi dati, corso del corso di laura magistrale in Fisica dell’Università
degli Studi di Trieste, docente Edoardo Milotti, 48 ore, ottobre-dicembre 2010.
Spettroscopie di fotoemissione e spettromicroscopie, corso della Scuola di Dottorato in Fisica
dell’Università degli Studi di Trieste, docenti Alessandro Baraldi, Andrea Goldoni e Andrea
Locatelli, 25 ore, novembre-dicembre 2010.
Laboratorio: la quasi totalità della mia attività di ricerca nel 2010 si è svolta presso il laboratorio
SSR-STM dello IOM-CNR laboratorio Tasc.
Scuola Synchrotron and free-electron-laser sources and their multidisciplinary applications, Abdus
Salam International Centre for Theoretical Physics, Trieste, circa 70 ore, 26 aprile – 7 maggio 2010.
Spring college on Computational nanoscience, Abdus Salam International Centre for Theoretical
Physics, Trieste, circa 70 ore, 17 - 28 maggio 2010.
Workshop dell’Istituto Officina dei Materiali del CNR, Padriciano (TS), circa 12 ore, 30 settembre
– 1 ottobre 2010.
Correlatore della tesi di laurea triennale in Fisica “Studio delle proprietà vibrazionali di singole
molecole di ammoniaca adsorbite su Pt(111) mediante microscopia a scansione a effetto tunnel a
bassa temperatura”.
79
Candidato DAVIDE SAMMITO
Titolo della tesi: Design, Fabrication and Characterization of Plasmonic Nanostructures for Solar
Cells Light Harvesting Enhancement
Supervisore: Prof. Filippo Romanato
I plasmoni polaritoni di superficie (SPP) sono onde elettromagnetiche accoppiate al plasma di
elettroni di un metallo all’interfaccia con un dielettrico che possono essere eccitate tramite reticoli
nanostrutturati realizzati sulla superficie. Durante il primo anno mi sono principalmente occupato di
studiare l’integrazione di reticoli plasmonici sulla superficie superiore di celle solari bulk in Silicio,
allo scopo di sfruttarne le proprietà di confinamento e manipolazione della luce per aumentare
l’assorbimento di radiazione solare e ridistribuire l’energia in zone del dispositivo ad alta
probabilità di raccolta dei portatori foto-generati. Dal punto di vista della modellizzazione ho
effettuato delle simulazioni numeriche delle configurazioni di campo EM in queste nanostrutture
metalliche per analizzare i diversi meccanismi di trasmissione della luce al variare delle
caratteristiche geometriche. In particolare è emerso che tramite il fenomeno della trasmissione
straordinaria della luce (EOT) è possibile aumentare l’assorbimento di fotoni nel vicino infrarosso
entro pochi micron nel Si (fino a +51.3% entro 80µm per λ=1µm) mentre eccitando modi SPP si ha
una notevole intensificazione del campo entro poche centinaia di nanometri (fino a +350% entro
300nm). Ho anche implementato un codice per la risoluzione delle equazioni dei semiconduttori
che, a partire dal profilo di generazione calcolato con le simulazioni ottiche, stima la corrente creata
nella cella. Dal punto di vista fabbricativo, ho individuato un flusso di processo per l’integrazione
dei reticoli plasmonici sulle celle solari e ho effettuato con successo prove preliminari di
realizzazione di tali nanostrutture periodiche. Le tecniche di nanopatterning impiegate consistono in
una combinazione di litografia laser interferenziale, dry etching ed evaporazione termica e sono
compatibili per la produzione su larga scala. Infine ho collaborato allo sviluppo di un sistema
goniometrico per esposizioni ad angoli variabili con litografia a raggi X, che potrà essere impiegato
per la realizzazione di master per nanoimprinting, in alternativa al patterning con litografia
interferenziale.
o Integrazione dei reticoli plasmonici in celle solari in Silicio di prima generazione fornite dai
partner del progetto ORION e caratterizzazione elettro-ottica.
o Studio dell’applicazione di nanostrutture plasmoniche su celle a film sottile di seconda
generazione di tipo organico.
o P. Zilio, D. Sammito, G. Zacco, and F. Romanato, “Absorption profile modulation by means
of 1D digital plasmonic gratings”, Optics Express, vol. 18, Aug. 2010, p. 19558.
80
o G. Zacco, A.Sonato, D. Sammito, G. Ruffato, M. Morpurgo, D. Silvestri, M. Carli, G.
Brusatin and F. Romanato, “Sinusoidal plasmonic crystals for bio-detection sensors”,
submitted to Microelectronic Engineering
o D. Garoli, F. Romanato, P. Zilio, M. Natali, F. Marinello, T. Ongarello, D. Sammito, D. De
Salvador, “Fabrication of “nano-rocket-tips” for plasmonic nanofocusing”, Microelectronic
Engineering, in press
o F. Romanato, M. Massari, T. Ongarello, M. Carli, G. Pirruccio, D. Sammito, V. Giorgis, D.
Garoli, R. Bozio, R. Pilot, R. Signorini, P. Schiavuta, F. Marinello, “Design, Fabrication and
Characterization of Plasmonic Gratings for SERS”, submitted to Microelecronic
Engineering
o Poster: “Role of Resonances of Digital Plasmonic Gratings in Absorption Profile
Remodulation in Silicon Solar Cells”, P. Zilio, D. Sammito, G. Zacco, and F. Romanato,
OSA Optical Nanostructures for Photovoltaics, 2010, Karlsruhe (Germany) and CNR-IOM
Workshop, 2010, Trieste (Italy)
o Poster and conference proceedings: “Absorption Profile Remodulationin Silicon Solar Cells
by Means of Plasmonic Gratings”, D. Sammito, P. Zilio, G. Zacco, and F. Romanato, 25th
EUPVSEC - WCPEC-5, 2010, Valencia (Spain)
o Oral: “Design, fabrication and characterization of plasmonic gratings”, M. Massari, T.
Ongarello, G. Pirruccio, P. Zilio, G. Ruffato, M. Carli, D. Sammito, V. Giorgis, D. Garoli,
R. Bozio, R. Pilot, R. Signorini, P. Schiavuta, F. Marinello, F. Romanato, 36th MNE, 2010,
Genova (Italy)
o Poster: “Sinusoidal plasmonic crystals for bio-detection sensors”, G. Zacco, A.Sonato, D.
Sammito, G. Ruffato, M. Morpurgo, D. Silvestri, M. Carli, G. Brusatin and F. Romanato,
36th MNE, 2010, Genova (Italy) and CNR-IOM Workshop, 2010, Trieste (Italy)
o Poster: “Fabrication of “nano-rocket-tips” for plasmonic nanofocusing”, D. Garoli, F.
Romanato, P. Zilio, M. Natali, F. Marinello, T. Ongarello, D. Sammito, D. De Salvador, 36th
MNE, 2010, Genova (Italy)
Altre pubblicazioni
o D. Sammito, P. Zilio, G. Zacco, V. Giorgis, F. Romanato, “Nanostrutture plasmoniche per la
raccolta della luce”, PV Technology, 4/4 2010, p. 46
Attività formativa
laurea)
o “Materiali nanostrutturati”, prof. V. Lughi, corso di laurea specialistica in ingegneria dei
materiali, secondo semestre
o “Laboratorio di materiali elettrici e fotovoltaici”, prof. A. Massi Pavan, corso di laurea
specialistica in ingegneria dei materiali, secondo semestre
o Workshop della Scuola di Nanotecnologie: 18-20 Gennaio 2010
81
o Seminario: ‘How to present scientific results in public’, dr. Hanna Mamzer of Adam
Mickiewicz University in Poznan (Poland), 22 Gennaio 2010
o Workshop: Litografia a fascio elettronico con Jeol JBX-6300FS, 25-29 Gennaio 2010 presso
Nanofab, Venezia – Marghera
o Workshop: Comsol Multiphysics, 4/3/10 Trieste
o Summer school: International school of quantum electronics, 47th course advances on
nanophotonics III: plasmonics and energy efficiency, 11-18/07/10 Erice, Ettore Majorana
Foundation and Centre for Scientific Culture
o Seminario: “Development of On-line Monitoring devices for the extrusion process”, prof.
Miguel Nobrega of the University of Minho, 15/06/10
o Seminario: “Use of VPN and UGOV”, 15/06/10
oWorkshop IOM, 30/09 – 1/10/2010
o Corso: “Fundamentals of electron microscopy and analytical techniques”, Dr. R. Ciancio, 1213/10/10 Laboratorio TASC
oSeminario: “Metal oxide nanomaterials in sensors and biomedicine”, Dr. Kale of the Defence
Institute of Advanced Technology (DIAT) India, 23/11/10
o Lettura libri:
 “Plasmonics – fundamentals and applications”, S. Maier
 “Handbook of photovoltaic science and engineering”, A. Luque, S. Hegedus
o Dimostrazione in clean room delle tecniche di fabbricazione litografica del laboratorio TASC
per gli studenti del corso di laurea di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell’Università di
Padova, 21/01 e 25/11/2010
82
Progetti Dottorandi del 26 ciclo:
Sono inclusi in questa parte del documento i progetti scientifici dei seguenti dottorandi del 26 cilco:
CASSESE Damiano, CERVELLATI Fabio, CORVAGLIA Stefania, DAL COL Valentina.
FRASSETTO Andrea, LOGHI Stefano, MINIUSSI Elisa, MITRI Elisa, PALMA Giuseppina,
RADIVO Andrea, ROMEO Michele, SAJID Hussain, SANTESE Francesca, TAVAGNACCO
Letizia, VAIDYA Shital, VIRGILIO Francesca.
Graduate Student
Damiano Cassese
Laboratory: IOM – Laboratorio Nazionale Tasc
Title of the thesis: Design and realization of nanoelectromechanical and plasmonic devices for
Raman spectro-microscopy
Supervisor: Marco Lazzarino
Research Activity foreseen
State of the art and motivations
AFM microscopy is a largely used and very effective technique to investigate surfaces in many
scientific fields. The topological maps obtained by AFM could be greatly improved coupling the
profile measurements with a spectroscopy analysis of the chemical species present on the surface.
Raman spectroscopy offers the means to obtain many detailed information about chemical bonds,
but due to the low cross section (up to 1012 less than the elastic scattering) the signal is quite weak;
however if this technique is coupled with a field enhancement, like SERS (surface-enhanced Raman
spectroscopy), it becomes a strong candidate for the purpose of recognizing the chemical species of
the surface. 3,4
SERS surfaces are widely used in the analysis of very diluted samples, such as DNA, cells and any
kind of sample with a low concentration; however the spatial resolution of techniques based on
Raman such as micro-Raman is in the micrometers scale. It's quite impossible to couple the AFM
and Raman spectroscopy this way.
A recent development of micro-Raman is TERS (Tip Enhanced Raman Spectroscopy): a tip
designed to locally enhance the electric field is hold close to the portion of surface to analyze; the
Raman signal is very intense in the proximity of the tip and thus the spatial resolution greatly
increased5.
The integration of the aforementioned techniques in the same micro-electromechanical device can
achieve much faster, and reliable analysis of the sample with higher resolution; the topographic map
can also be directly coupled with the spectrography. This was achieved in recent works modifying
the structure of an AFM cantilever6: a photonic crystal was created on the extremity of an AFM
3Jun A., Katsumasa F.,N.I. Smith and S.Kawata, Nanoletters,
4J. B. Jackson and N.J.Halas, PNAS, December 28, 2004 vol. 101, no. 52
5T.Schmid, A.Sebesta, J.Stadler, L.Opilik, R.M. Balabin, R.Zenobi, Proc. of SPIE Vol. 7586, 758603
6F.De Angelis, G.Das, P.Candeloro, M.Patrini, M.Galli, A.Bek, M.Lazzarino, I.Maksymov, C.Liberale, L.C.Andreani,E. Di Fabrizio,
Nature Nanotechnology, 5, 2009
83
cantilever cutting some cavities in the cantilever beam, which act as waveguides; the laser radiation
creates plasmon polaritons, focused on the tip to create strongly enhanced Raman excitation in a
region just a few nanometers across.
Objectives for the three years
The objective of the project is to design and fabricate a cantilever chip capable of AFM and TERS
measurements, putting a metal sphere of the right dimensions on the tip of an AFM cantilever. We
aim to achieve this goal by growing at the end of the AFM cantilever a silicon nanowire, terminated
with a gold nanosphere of the right dimensions: the nanowire will act as both an AFM tip and a
TERS device due to the gold nanoparticle. This device will then be used for Raman maps at the
nanoscale, both for inorganic (nanotubes, nanowires, graphene, etc.) and organic samples, such as
cells and proteins. The work can be divided as follows
 Chip design
 Chip fabrication
 Optimization of Raman mapping
 TERS spectroscopy and TERS mapping
Objectives for the first year
The following objectives are set for the first year:
 Chip design and realization, except for the integration of the TERS elements (nanowires)
 Growth of silicon nanowires
 Optimization of the Raman spectroscopic setup and realization of Raman maps
Research project
Project steps and related instruments:
 Design:
 COMSOL finite elements simulation of the structures for the mechanical and thermal
behaviour of the devices
 Optical mask design: LEDIT design program
 Fabrication
 Optimization of the cantilever chips fabrication: optical lithography, wet and dry etching
(RIE, ICP-RIE, etc.)
 Development of the nanowires growth processes (PECVD, optical litography)
 Raman measurements
 Optimization of the Raman micro-spectroscopy system (AFM, Andor spectrograph)
 Raman maps of samples at micro-scale
 Raman maps of samples using the fabricated TERS cantilevers.
Educational activity foreseen
 Summer School of Nanotechnology and any other activity organized by the School.
 Winter collage in Optics: advances in nano-optics and plasmonics (and preparatory school)
at ICTP
 Study of review articles on TERS and Raman spectroscopy; study of textbooks on
plasmonics and Raman spectroscopy.
84
85
Name: Fabio
Surname: Cervellati
E-mail: [email protected]
phones: 051-2088123 (in the morning); 347-8960596 (in the afternoon)
Information on the project:
Supervisor: Prof. Lorenzo Breschi
Tutor: dott. Milena Cadenaro
Title: Effect of nano-structured titanium implant and biomaterial on preservation of alveolar bone
in extraction sockets.
Program of the research activity:
State of the art:
Nanodentistry is an emerging field with significant potential to yield new generation of
technologically advanced clinical tools and devices for oral healthcare (1,2). Novel nanostructured
biomaterials have shown their potential application to replace bone, to guide its regeneration and to
avoid the socket collapse after tooth extraction with applications in oral surgery, oral implantology,
maxillo-facial surgery and periodontology. The dimensions of their crystals seem to determine a
mechanism of active resorption by osteoclasts, with an increased bone substitution rate, in less time
(3).
Concerning implant-dentistry, nanotechnologies look promising to provide a greater rate and extent
of osseointegration (4-7). The nanometer scale crystalline deposition on their surface holds promise
in immediate and accelerated loading protocol, immediate replacement in extraction sockets, the use
in aesthetic areas where bone preservation is critical or in poor-quality or volume of bone.
Expected advancements:
Challenges of future ‘‘nano-implant-dentistry’’ include planning and accurate evaluation of
potential beneficts in vivo of innovative nanostructured surfaces and bone replacements materials
(8). In particular, the simultaneous placement of dental implant with a bone graft substitute, both
nano-engineered, seem promising for a better socket preservation after tooth extraction favoring the
ideal functional and aesthetic fixture placement.
Objectives to reach in the three years:
- To complete the study protocol concerning short-term clinical and radiological evaluation in all
the study population.
-To reach 2-year follow-up in at least 50% of the study population.
86
Objectives to reach in the first year:
-To place implants in at least 20% contact the manufacturers and obtain all the required
nanostructured materials and surgical equipment needed for the research protocol.
Literature:
1 – Kumar PS, Kumar S, Savadi RC, John J. Nanodentistry: a paradigm shift from function to
reality. The Journal of Indian Prosthodontic Society 2011, 17:62-65.
2 - Freitas RA Jr. Nanodentistry. Journal of the American Dental Association 2000, 131:15591565.
3 - Brandt J, Henning S, Michler G, Hein W, Bernstein A, Schulz M.
Nanocrystalline
hydroxyapatite for bone repair: an animal study. J Mater Sci Mater Med. 2010;21:283-294.
4 - Mecall RA, Rosenfeld AL. Influence of residual ridge resorption patterns on implant fixture
placement and tooth position. 1.Int J Periodontics Restorative Dent. 1991;11:8-23.
5 - Pietrokovski J, Massler M. Alveolar ridge resorption following tooth extraction. J Prosthet Dent.
1967;17:21-27.
6 - Schropp L, Wenzel A, Kostopoulos L, Karring T. Bone healing and soft tissue contour changes
following single-tooth extraction: a clinical and radiographic 12-month prospective study. Int J
Periodontics Restorative Dent. 2003;23:313-323.
7 - Bartee BK. Extraction site reconstruction for alveolar ridge preservation. Part 1: rationale and
materials selection. J Oral Implantol. 2001;27:187-193.
8 – Kumar SR, Vijayalakshmi R. Nanotechnology in dentistry. Indian Journal of Dental Research
2006 17:62-65.
87
Dottorando STEFANIA CORVAGLIA
Laboratorio di lavoro: SENIL lab (Sincrotrone Trieste)
Titolo della tesi: Modellare substrati alla nanoscala per la caratterizzazione di singole cellule
Supervisore: Dr. Loredana Casalis - Dr. Denis Scaini
Attività di ricerca prevista
Stato dell’arte e motivazioni
Uno dei principali motivi della mancanza di affidabilità nell’analisi di proteine per la diagnostica
clinica e lo screening è connesso ad un problema di poca sensibilità. Di conseguenza, molti test,
per essere affidabili, devono essere effettuati su un campione analitico che sia omogeneo e
possibilmente abbondante. Le attuali tecniche in-vitro non riescono ad rilevare accuratamente
piccole differenze nel contenuto, funzione ed interazione di proteine a partire da poche o singole
cellule. Un approccio nanotecnologico potrebbe aggirare questo attuale limite nella rivelazione di
proteine poco abbondanti. Gli array di proteine permettono analisi multipla in parallelo di migliaia
di interazioni che comprendono interazioni proteina-proteina, proteina-ligando o proteina-farmaco,
screening enzima-substrato e saggi diagnostici multianalita (Kingsmore, 2006; Borrebaeck et al.,
2009). In un microarray o in un chip, queste rilevazioni possono essere effettuate con un uso
minimo di materiale, generando un grande quantità di dati. Poiché le proteine meno abbondanti
sono anche quelle di maggiore interesse, c’è dunque un noto interesse per altre tecnologie che siano
altamente sensibili e specifiche per la rivelazione di proteine, la quantificazione e l’analisi della loro
diversa espressione in condizioni normali e patologiche.
Il principale trend nella scienza degli array di proteine è la miniaturizzazione, in quanto essa
permette non solo un’alta sensibilità, ma anche la parallelizzazione, di un sistema ad alto
rendimento. L’alta sensibilità del sistema permette la rivelazione di proteine in piccole quantità e di
loro stati transienti. Molte delle proteine cellulari (più del 90%) si pensa siano presenti in poche
copie (Miklos et al., 2001). Questa capacità di rivelare piccole quantità di proteine ha due principali
applicazioni. Da una parte, la fabbricazione di strutture su microscala offre la possibilità di
analizzare campioni molto diluiti, dall’altra parte, permette di effettuare saggi biologici su singole
cellule o popolazioni di singole cellule. Questi strumenti su scala microscopica per screening ad alta
efficienza di singole cellule sono molto adatti per studi di proteine citosoliche o secrete.
Tutti questi nuovi strumenti si rivolgono a molte problematiche associate a quest’area di ricerca.
Prima di tutto essi si adattano perfettamente ad ospitare un piccolo numero di cellule disponibili per
lo studio. Inoltre, possono risolvere l’eterogeneità della popolazione di cellule a disposizione. Le
attuali tecniche sono in grado solo di mediare una grande quantità di cellule. Infine, queste tecniche
possono essere progettate in modo da avere la sensibilità richiesta da un processo analitico, per
rivelare eventi rari.
L’obiettivo principale di questo progetto prevede la fabbricazione di un dispositivo di micropozzetti per l’intrappolamento e la caratterizzazione del proteoma di cellule rare (es. cellule
staminali adulte). Questo dispositivo, basato su litografia soffice per la parte dell’intrappolamento, e
microscopia a forza atomica (AFM) per creare nanoarray di anticorpi e per la lettura del sensore,
promuove l’adesione e la vitalità di cellule su materiali biocompatibili, opportunamente
funzionalizzati, permettendo la caratterizzazione morfologica delle cellule, a livello di singola
cellula. Il microambiente cellulare confinato di questi pozzetti assicura una sensibilità senza
88
precedenti nella rivelazione di proteine in tempi affidabili. Il dispositivo di micropozzetti potrebbe
inoltre implementare un cell-sorter offrendo quindi la possibilità di studiare separatamente diversi
tipi di singole cellule. In parallelo, chiudendo il nostro dispositivo con un nanoarray di proteine,
prodotto con litografia via-AFM [Bano F. et al, Nano Lett., Vol. 9, No. 7 (2009); Sanavio B, et al.
ACS nano. 4(11):6607-16 (2010)], è possibile effettuare studi di proteomica a livello di singola
/poche cellule.
Inoltre, si può prevedere la possibilità di fornire differenti stimoli ad ogni cellula, correlando così
cambiamenti chimico/morfologici con il profilo proteico delle singole cellule.
Obbiettivi da raggiungere nei tre anni
Il nostro obiettivo è quello di costruire un dispositivo che offra la possibilità di studiare
singole/poche cellule sortate, importante per la caratterizzazione di cellule rare dal punto di vista sia
fisiologico che proteomico.
Per questo il nostro obiettivo è:
-Lo sviluppo e la caratterizzazione di nuovi substrati per l’adesione cellulare, la vitalità e la
differenziazione di cellule staminali.
-Sviluppo e caratterizzazione di un pattern di nanopozzetti per l’intrappolamento di cellule
-Studio di un problema medico o biologico, correlato ad
una alterazione proteomico-
morfologica delle cellule
-Immobilizzazione di anticorpi per l’intrappolamento di specifici antigeni con la costruzione di
uno specifico nanoarray
Obbiettivi da raggiungere per il primo anno
-Studio dello stato dell’arte mediante la lettura di articoli e review
-Sviluppo e funzionalizzazione di nuovi substrati biocompatibili per l’adesione, la crescita
cellulare e la differenziazione di cellule staminali
-Caratterizzazione meccanica e topografica dei substrati cellulari
-Sviluppo di un pattern di nanopozzerri
-Intrappolamento cellulare all’interno dei pozzetti opportunamente funzionalizzati
-Crescita delle cellule nell’ambiente controllato di un pozzetti chiuso
-Costruzione di un array di proteine via Microscopia di Forza Atomica-AFM (tecnica del
nanografting)
Progetto di ricerca
Una proposta dell’attività di ricerca è rappresentata nel diagramma di Gantt:
89
2011
t1
2012
t2
t3
t1
2013
t2
t3
t1
t2
t3
Studio dello stato dell'arte attraverso lettura di articoli e review
Studio e applicazione di nuovi strumenti
Sviluppo e funzionalizzazione di nuovi substrati biocompatibili
per l'adesione cellulare, la crescita e la differenziazione di cellule
staminali
Caratterizzazione meccanica e topografica dei substrati
Sviluppo di un pattern di nanopozzetti
Funzionalizzazione dei pozzetti e intrappolamento di cellule
Crescita di cellule nell'ambiente controllato del pozzetto
Costruzione di nanoarray via-AFM
Stimolazione diversa di ogni cellula
90
Dottorando VALENTINA DAL COL
Laboratorio di lavoro: MOSE
Titolo della tesi: In silico prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to
cancer targeted prevention
Supervisore: Sabrina Pricl
Tutori (eventuali) Maurizio Fermeglia
Le recenti scoperte sulla natura dei processi genetici, implicati nelle trasformazioni neoplastiche,
permettono di identificare le lesioni cellulari che promuovono il cancro, individuando target
selettivi per la progettazione di nuovi agenti terapeutici efficaci.
La classe di proteine che meglio sembra corrispondere a questo tipo di esigenze interessa le Protein
Tirosin Chinasi (TK): infatti ben 30 differenti inibitori delle chinasi si trovano in fase di
sperimentazione pre-clinica e clinica.1
Le protein chinasi, enzimi che catalizzano la fosforilazione proteica 2 , costituiscono una delle
famiglie proteiche più rappresentate, con il 2-3% del genoma degli eucarioti che codifica per
rappresentanti di questa famiglia3. Per assolvere al meglio al loro compito si trovano sotto diretto
controllo di stimoli provenienti sia dall’esterno che dall’interno delle cellule. Le chinasi giocano,
inoltre, un ruolo fondamentale nella trasduzione del segnale essendo connesse tramite una reciproca
rete di controllo con le protein fosfatasi, enzimi deputati all’idrolisi del fosfato trasferito dalle
chinasi alle proteine.2
Date tali premesse non è sorprendente che molte malattie siano causate da un’aberrante espressione
e/o attività delle protein chinasi. Attualmente oltre la metà dei proto-oncogeni identificati codifica
protein chinasi e molti altri sono substrati e/o effettori di queste.
In sintesi, numerosi fattori individuano nelle protein chinasi un valido target farmacologico: 1)
virtualmente ogni processo di trasduzione del segnale è regolato da chinasi; 2) le chinasi vengono
attivate dall’amplificazione di numerose mutazioni geniche in un’ampia varietà di tumori umani; 3)
possono essere sviluppate piccole molecole altamente selettive a causa dell’elevato grado di
conservazione del sito di binding dell’ATP; 4) l’inibizione dell’attività chinasica nelle cellule sane è
solitamente ben tollerata.2
Approcci, che beneficiano della cristallografia e del modelling molecolare 3D, permettono di
sviluppare inibitori potenti e selettivi.
Attualmente l’Imatinib rappresenta il più soddisfacente farmaco inibitore delle chinasi, in uso
clinico, indirizzato, in particolare, per il dominio tirosinchinasico di abl, c-Kit e PDGF-R.4
La scoperta della sua attività a livello multichinasico ha permesso l’estensione del suo utilizzo ai
tumori gastrointestinali, primo esempio di terapia indirizzata verso tumori solidi .
Nonostante il notevole successo clinico della terapia, i pazienti più sensibili al trattamento
subiscono una ricaduta a causa della resistenza acquisita.
Infatti, a causa del necessario trattamento cronico, alcune classi tumorali esprimono una nuova
mutazione nelle chinasi target, rendendole in questo modo insensibili al farmaco.
91
Il problema consiste nell’individuare se le mutazioni resistenti siano pre-esistenti o se vengano
acquisite in seguito al trattamento con l’inibitore.5 Recentemente nella leucemia cronica mieloide,
con resistenza all’Imatinib, sono stati dimostrati entrambi i meccanismi.
RIFERIMENTI:
[1]
Janne PA, Gray N,Settleman J Nat Rev Drug Discov 2009; 8:709-723
[2]
Pierotti M, Negri T, Tamborini E, Perrone F, Pricl S, Pilotti S Mol Oncol 2010; 4:19-37
[3]
Lander ES et al. Nature 2001; 409:860-92
[4]
Dileo P et al. Int J Cancer 2011; 128: 983-990
[5]
Pierotti M, Tamborini E, Negri T, Pricl S, Pilotti S Nat Rev Clin Oncol 2011; 8: 161-170
La ripresa della crescita tumorale a causa di una resistenza acquisita al farmaco può essere
promossa da differenti meccanismi, uno dei più comuni è la presenza di mutazioni secondarie nel
target tirosin chinasico. Queste alterazioni genetiche e i conseguenti cambiamenti nella sequenza
proteica spesso alterano la struttura del dominio catalitico chinasico, portandolo ad avere una
minore affinità per il recettore.
Nel caso particolare si tratterà di sviluppare i seguenti punti:
1. In silico 3D modelling del target utilizzando tecniche avanzate di dinamica molecolare che
permettono di calcolare le interazioni tra la proteina simulata virtualmente e il composto
terapeutico.
2. In silico selezione dei farmaci da analizzare da librerie di composti.
3. Confronto dei risultati ottenuti con le tecniche in silico e in vitro.
4. Progettazione di nuovi possibili scaffold farmacologici sulla base dei risultati ottenuti.
Utilizzando l’analisi in silico è possibile predire cambiamenti strutturali introdotti dalle mutazioni,
misurare la forza delle interazioni tra la proteina modello e il farmaco, determinare l’efficacia del
composto calcolando l’affinità di binding.
Nel primo anno si prevede, quindi, di considerare:
1. Selezione dei sistemi di interesse, lavorando in stretta collaborazione con gli sperimentalisti:
utilizzare il file della struttura cristallografica o costruirlo per omologia qualora non fosse
presente.
2. Individuazione del sito di binding e, se possibile, verifica dello stesso attraverso prove
cristallografiche.
3. Verifica dell’affinità di binding attraverso approcio MM/PBSA ed esperimenti
computazionali di mutagenesi quali ad esempio l’alanine-scanning.
4. Individuazione delle relazioni struttura proprietà.
Progetto di ricerca
L’evidenza che terapie basate su meccanismi che bersagliano geni o pathway di geni critici per lo
sviluppo tumorale si siano rivelate efficaci in tumori in cui è presente un “molecular driver”,
92
suggerisce la possibilità che altri tumori, molecolarmente più complessi, possano mostrare analoghe
alterazioni.
L’obiettivo principale è cercare di prevenire la ricaduta del tumore nei casi in cui la deregolazione
delle tirosinchinasi sia il maggior evento patologico.
Un modello di simulazione molecolare al calcolatore costituisce un tool ideale per modellare i target
mutati resistenti ai farmaci e per selezionare ottimi farmaci inibitori per le varianti, vincendo i
meccanismi di resistenza.
In seguito all’analisi dei sistemi da valutare si ritiene possibile utilizzare un approccio
computazionale articolato in diversi stadi:
generazione di strutture 3D di recettori wild-type e mutati per completare strutture
cristallografiche già esistenti ma soprattutto generazione di strutture 3D ex novo tramite la
tecnica dell’Homology modeling;
determinazione della stabilità termodinamica dei recettori attraverso procedure computazionali
ad hoc basate su tecniche di perturbazione dell’energia;
calcolo delle energie di binding farmaco-recettore (sia wild-type che mutato) mediante
l’applicazione di tecniche computazionali basate su simulazioni estensive di dinamica
molecolare;
proposte di modifica/design di principi attivi sulla base delle evidenze ottenute ai punti
precedenti, validazione dei sistemi in vitro e preclinici in vivo.
Il progetto si propone l’obiettivo di opporsi alla mutazione Darwiniana delle varianti mutate delle
proteine target ( sia che si tratti di mutazioni pre-esistenti che indotte dal farmaco ) attraverso un
design mirato di farmaci diretti contro le nuove singole varianti.
L’obiettivo ultimo è la valutazione dell’efficacia di questa prevenzione innovativa, concettualmente
indirizzata, che potrebbe potenzialmente cambiare il normale decorso della patologia tumorale.
TASK 1 Definizione dei sistemi di interesse e creazione dei modelli
Verranno selezionati i sistemi proteici di interesse ai quali applicare le tecniche del modeling
molecolare. Qualora sia disponibile nel Protein Data Bank (PDB) il file PDB relativo alla struttura
cristallografica della proteina di interesse si procederà controllandolo e, nel caso sia necessario,
riparandolo con software appositi.
Nel caso in cui non sia presente la struttura si costruirà, attraverso la tecnica dell’Homology
modeling, un modello tridimensionale, in silico, della proteina d’interesse.
Sempre a livello computazionale verranno generati i vari mutanti delle proteine prese in
considerazione.
TASK 2 Docking molecolare
Attualmente la progettazione di nuovi farmaci si avvale di metodologie computazionali ed il
docking molecolare viene frequentemente utilizzato per predire la geometria del complesso
proteina-recettore. Viene spesso utilizzato per predire l’affinità di binding di ligandi in esperimenti
di screening virtuali e per studiare le relazioni struttura attività nella sintesi di nuovi composti.
93
La predizione del corretto posizionamento del complesso strutturale si articola principalmente in
due fasi: (i) campionamento dell’energia di legame di ogni conformazione del complesso; (ii)
valutazione dell’energia di legame di ogni conformazione del complesso.
Si tratta del punto di partenza per una dinamica più complessa. Nel presente progetto si andrà ad
effettuare il docking dei farmaci più comuni tra gli inibitori delle tirosin chinasi con i sistemi
proteici tirosinchinasici di maggiore interesse nelle patologie neoplastiche per individuare le
possibili interazioni.
L’obiettivo è discernere i vari risultati in modo da portare alle fasi successive solamente i migliori.
TASK 3 Dinamica molecolare
Applicazione di un modello molecolare 3D che, attraverso l’approccio Molecular
Mechanics/PoissonBoltzmann Surface Area (MM/PBSA), è in grado di calcolare le interazioni tra il
modello di proteina virtuale simulato e il farmaco e di determinarne l’efficacia, mediante analisi
dell’affinità di binding. Gli esperimenti computazionali di mutagenesi, attraverso la tecnica
dell’alanine-scanning, vengono eseguiti per identificare i residui critici per il binding di ciascun
inibitore alla corrispondente chinasi , precedentemente al trattamento.
L’alanine-scanning, metodo di sistematica sostituzione di amminoacidi potenzialmente rilevanti con
alanina, è particolarmente utile per l’identificazione di residui funzionali. E’ una tecnica molto
impiegata a livello sperimentale ma largamente utilizzata anche a livello computazionale. Tecniche
di dinamica molecolare avanzata potranno essere impiegate per modellare, studiare e caratterizzare i
dettagli strutturali e la stabilità di tutti i wild type e delle possibili mutazioni delle chinasi coinvolte
nelle patologie considerate. Il calcolo dell’energia libera del complesso di binding potrà permettere
un’accurata valutazione di tutti i differenti inibitori verso una particolare chinasi, sia nella variante
wild type che nella mutata.
Un confronto dell’affinità dei farmaci tra il recettore wild type e mutato fornisce importanti
indicazioni sulla selettività dei composti per le diverse chinasi, questo contribuisce ai criteri per una
scelta tra miglior attività e minori effetti collaterali.
TASK 4 Confronto dei risultati ottenuti con le tecniche computazionali e gli studi in vivo
E’ necessario che i risultati delle molecole testate in silico vengano confrontati con i valori ottenuti
con gli esperimenti in vivo per verificare che ci sia una corrispondenza.
TASK 5 Discussione e disseminazione
Si tratta della fase conclusiva del ciclo durante la quale si procede alla produzione di relazioni e
pubblicazioni scientifiche per divulgare i risultati ottenuti nella ricerca di farmaci selettivi che siano
in grado di vincere i meccanismi di resistenza messi in atto durante i processi neoplastici.
Attività didattica prevista
-Amber Workshop 3-6 maggio 2011 Barcellona;
-Capitoli di libri e articoli da concordare con il Supervisor.
94
Graduate Student ANDREA FRASSETTO
Laboratory: Clinica Odontoiatrica e Stomatologica
Title of the thesis: Nanostructural analysis of the adhesive interface in dentistry
Supervisor: Prof. Milena Cadenaro
Tutor: Prof. Lorenzo Breschi
Research Activity foreseen
Carious lesions are the most common degenerative disease of human population. In order to restore
teeth affected by the carious process, dental bonding systems are required to bond the resin
restorative materials to the remaining tooth structure after all the carious affected tissue is removed.
The adhesive procedures rely on three different steps, which are acid-etching, priming and bonding
of the dental substrate. As reported in literature in order to guarantee an adequate marginal sealing
of the restoration, adhesive systems should form the hybrid layer, i.e. the proper impregnation of the
acid-exposed dentin collagen fibrils by resin monomers. It has been reported that an incomplete
infiltration of the demineralized dentin collagen network may occur, leaving voids and porosities
with unprotected collagen fibrils then exposed to the oral environment. The adhesives systems’
evolution over the past decade followed the clinical request of simplification, thus resulting in the
incorporation of increasing concentrations of ionic and hydrophilic resin monomers to satisfy the
necessity to bond to a wet dentine substrate and to simultaneously etch and bond enamel and
dentine. However, such objectives are accomplished at the expense of creating potentially
permeable, unstable resin matrices that are prone to water sorption, resin leaching and hydrolysis
over time. These extrinsic degradation mechanisms of the resin-dentine interface are accompanied
by intrinsic degradation mechanisms originated from beneath dentine hybrid layer by the slow
action of matrix metalloproteinases (MMPs). The release and activation of these endogenous
enzymes during bonding to dentin are thought to be responsible for the in vitro and in vivo
manifestation of thinning and disappearance of collagen fibrils from incompletely infiltrated hybrid
layers in aged, bonded dentine. The presence of nanoporosities derived from the uncompleted
adhesion causes the phenomenon of “nanoleakage”, defined as the diffusion of small ions or
molecules within the hybrid layer in the absence of gap formation, which is detectable using silver
nitrate as a tracer to disclose the open nanometer sized pathways within the hybrid layer. Thus, the
major aim should be the reduction of the degradation phenomena.
References
Breschi L, Mazzoni A, Ruggeri A Jr, Cadenaro M, Di Lenarda R, De Stefano Dorigo E. Dental
adhesion review: Aging and stability of the bonded interface. Dent Mat 2008;24:90-101
Sano H, Shono T, Takatsu T, Hosoda H. Microporous dentin zone beneath resin-impregnated layer.
Oper Dent 1994;19:59-64
Sano H, Takatsu T, Ciucchi B, Horner JA, Matthews WG, Pashley DH. Nanoleakage: leakage
within the hybrid layer. Oper Dent 1995;20:18-25
95
Tay FR, King NM, Chan KM, Pashley DH. How can nanoleakage occur in self-etching adhesive
systems that demineralize and infiltrate simultaneously? J Adhes Dent 2002;4:255-69
Van Meerbeek B, Vargas M, Inque S, Yoshida Y, Perdigão J, Lambrechts P, Vanherle P.
Microscopy investigations. Techniques, results, limitations. Am J Dent 2000;13:13D-18D
Van Meerbeek B, De Munck J, Yoshida Y, Inoue S, Vargas M, Vijay P, Van Landuyt K,
Lambrechts P, Vanherle G. Buonocore memorial lecture. Adhesion to enamel and dentin: current
status and future challenges. Oper Dent 2003;28:215-235
Orgel JP, Irving TC, Miller A, Wess TJ. Microfibrillar structure of type I collagen in situ. Proc Natl
Acad Sci U S A. 2006;103:9001-5
Garnero P, Ferreras M, Karsdal MA, Nicamhlaoibh R, Risteli J, Borel O, Qvist P, Delmas PD,
Foged NT, Delaissé JM. The type I collagen fragments ICTP and CTX reveal distinct enzymatic
pathways of bone collagen degradation. J Bone Miner Res 2003;18:859-67
Pashley DH, Tay FR, Yiu C, Hashimoto M, Breschi L, Carvalho RM, Ito S. Collagen degradation
by host-derived enzymes during aging. J Dent Res 2004;83:216-21
The research activity of these three years will be the analysis of different factors, which are claimed
to play a crucial role in nanoleakage development and failure of bonded interface, such as:
1) Insufficient impregnation of the demineralized dentin by adhesive blends and hydrolytic
phenomena;
2) Analysis of new inhibitors of the enzymatic activity of dentin endogenous matrix
metalloproteinases (MMPs);
3) Influence of collagen cross-linkers in the inhibition of MMPs’ activity and subsequent
increase of mechanical properties of the adhesive layer.
The first part of the program will focus on the literature review of the adhesive layer degradation
and nanoleakage development and on laboratory training, including an accurate analysis of the
interaction of different adhesive systems with the dentin substrate, by the application of adhesive
agents on human dentin surfaces, then stored in appropriate in vitro conditions to simulate the oral
environment for different time intervals in order to assess nanoleakage expression.
Research project
An accurate analysis of the morphological modifications that occur at the resin/dentin interface over
time will be performed by means of nanoleakage assessment techniques. The bond strength test of
the bonded interfaces by means of a microtensile test will be performed in order to evaluate the
effectiveness in terms of adhesion of the different adhesive systems over time as well as the ability
96
of MMPs inhibitors to contribute to the preservation of the collagen fibrils and nanoleakage
reduction, thus resulting in increased stability of the bonded interface over time.
Moreover collagen denaturation will be investigated by means of specific immunoassays. Collagen
degradation generates several collagen fragments; two of them (ICTP and CTX) will be quantified
by means of commercialized immunoassays. These data will be correlated with the loss of
mechanical properties of dentinal collagen, in particular the biaxial flexural modulus of elasticity.
Then, the use of collagen cross-linkers will be analyzed in order to evaluate their efficacy in
increasing collagen resistance to degradation phenomena.
In conclusion, the combination of these analyses will allow determining the effectiveness of the
experimental MMPs inhibitors and collagen cross-linkers and their ability in the reduction of
nanoleakage development and maintenance of the bond strength over time.
Educational activity foreseen
For the first year the educational activity will mainly consist in the examination of available
literature and the acquisition of the fundamentals basis and skills needed for the development of the
research project.
97
Dottorando STEFANO LOGHI
Laboratorio di lavoro: Clinica Odontostomatologica
Titolo della tesi: Microscopic and ultramicroscopic evaluation and optimization of materialtissue interface in dentistry.
Supervisore: Prof. Daniele Angerame Tutori: Dott. Matteo De Biasi, Dott. Davide Sossi
Il Mineral Trioxide Aggregate (MTA) ha dimostrato potenziali capacità di un materiale endodontico
in numerosi studi in vivo ed ex-vivo (Torabinejad & Chivian 1999). E’ stato ampiamente usato
come un materiale da otturazione canalare (Torabinejad et al. 1993, Aqrabawi 2000) e per terapie su
tessuto pulpare vitale, compresi gli incappuccoamenti pulpari e pulpotomie su denti immaturi con
polpa vitale (apexogenesis) (Abedi & Ingle 1995). L’MTA è composto da una miscela di ossidi ed è
costituito da fini particelle idrofile che induriscono a contatto con l’acqua (Camilleri et al. 2005a).
Torabinejad et al. (1995) hanno dimostrato che l’MTA risulta avere un inizialmente pH di 10,2 che
aumenta a 12,5 tre ore dopo la sua miscelazione. Sono possibili tuttavia, variazioni dei valori di pH
nei tessuti dell’ospite per pre-esistenti, al tempo del posizionamento dell’MTA, patologiche
condizioni tissutali che potrebbero alterare le sue proprietà chimiche (Lee et al. 2004). Per esempio,
un ambiente a pH acido può impedire la naturale reazione dell’MTA (Torabinejad & Chivian 1999),
e ridurne la resistenza e la durezza (Torabinejad et al. 1995). Lee et al. (2004) ha dimostato che
prima dell’idratazione, le particelle di polvere dell’MTA, variavano di misura da micro a nano
strutture. Osservazioni morfologiche relative a MTA idratato e conservato in acqua distillata
possedevano una struttura riorganizzata con un modello di crescita epitassiale, il quale era
composto in cristalli cubici e aghiformi. I risultati dell’idratazione dell’MTA conservato a pH5 ha
rilevato che non erano stati trovati cristalli con forma simile ad aghi in tutti i materiali.
Tuttavia era stata osservata una tendenza indicante che, più acida era la soluzione, più aumentavano
le porosità nei campioni (Namazikhah 2008). E’ molto dibattuto in letteratura se un pH acido
influenzi o meno la capacità di sigillo. Shaghiri et al. (2008) hanno provato la necessità di un tempo
molto lungo per creare una dispersione del materiale in campioni conservati ad alti valori di pH. Al
contrario, in studi di dye leakage in ambiente a basso pH non risultavano alterazioni di perdita di
sigillo e quando l’MTA era usato con matrici a base di solfato di calico, il leakage si era anche
ridotto (Roy et al. 2001).
E’ possibile considerare la microdurezza superficiale ed interna dell’MTA come un indicatore del
processo d’indurimento a seguito di una esposizione ad una gamma di soluzioni acide durante
l’idratazione. I possibii cambiamenti della micro e nano morfologia delle caratteristiche strutturali
dei campioni, possono influenzare la capacità di sigillo del sistema canalare nel tempo.
References
98
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Roy CO, Jeansonne BG, Gerrets TF. Effect of an acid environment on leakage of root-end filling materials. J
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Saghiri MA, Lotfi M, Saghiri AM, Vosoughhosseini S, Fatemi A, Shiezadeh V, Ranjkesh B. Effect of pH on
sealing ability of white mineral trioxide aggregate as a root-end filling material. J Endod 2008;34:1226-9
Torabinejad M, Watson TF, Pitt Ford TR (1993) Sealing ability of a mineral trioxide aggregate when used as
a root-end filling material. Journal of Endodontics 19, 591–5.
Torabinejad M, Hong CU, McDonald F, Pitt Ford TR (1995) Physical and chemical properties of a new rootend filling material. Journal of Endodontics 21, 349–53.
Torabinejad M, Chivian N (1999) Clinical applications of mineral trioxide aggregate. Journal of Endodontics
25, 197– 205.
Scopi del presente progetto di ricerca sono:
1)
Valutazione di possibili alterazioni fisico-chimiche del materiale Mineral Trioxide
Aggregate (MTA) per endodonzia chirurgica, se sottoposto ad idratazione con pH acidi e
conseguente possibile diminuzione della sua capacità di sigillo.
2)
Studio sull’adattamento dei materiali da otturazione endodontica ortograda e retrograda e
ottimizzazione dei rapporti materiali-pareti canalari attraverso indagini di
microinfiltrazione (fluid filtration) e micro-computed tomography (µCT).
3)
Studio delle micro e nano interazioni dei materiali da ricostruzione utilizzati dopo il
posizionamento dell’MTA.
4)
Valutazione della risposta biologica nell’utilizzo dell’MTA
Gli obbiettivi di studio del primo anno sono valutare il comportamento dell’MTA se sottoposto ad
indurimento in ambiente acido considerando le implicazioni cliniche di un eventuale alterazione
dell’interfaccia MTA-dentina.
A tal scopo sono stati programmati una serie di studi riguardanti:
a) microdurezza di superficie e profonda, sottoponendo dei cilindri di materiale a differenti pH;
b) valutazione mediante SEM delle alterazioni del materiale dopo attacco acido.
Progetto di ricerca
Attività 2.1 Microdurezza superficiale e profonda dell’MTA.
Microdurimetro
99
Attività 2.2 Morfologia dell’ MTA indurito in ambiente acido.
SEM
Microrugosimetro
Lezioni Corso di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria:
1)
Odontoiatria Conservatrice e Endodonzia nel Corso Integrato di Odontoiatria
Riabilitativa III
2)
Odontoiatria Conservatrice e Endodonzia nel Corso Integrato di Odontoiatria
Ricostruttiva
100
Dottorando ELISA MINIUSSI
Laboratorio di lavoro: Laboratorio di Fisica delle Superfici (Dipartimento di Fisica-Università
degli Studi di Trieste, Sincrotrone Trieste e Laboratorio TASC IOM-CNR)
Titolo della tesi: Interaction of metal nanoclusters with graphene and low dimensional systems
Supervisore: Dr. Alessandro Baraldi
A partire dagli anni ’90, ricerche condotte sui nanocluster metallici, costituiti da aggregati di alcune
decine o centinaia di atomi, hanno messo in luce le proprietà straordinarie di questi sistemi,
stimolando grande interesse verso il loro studio. I nanocluster rappresentano uno stato della materia
intermedio tra gli oggetti macroscopici e la materia su scala atomica, e come tali sono al centro di
un’intensa attività di ricerca nell’ambito delle nanotecnologie. Uno degli obiettivi primari delle
nanotecnologie, infatti, risiede nella comprensione, nel controllo e nella manipolazione su scala
nanometrica di oggetti di dimensione intermedia tra quella dei singoli atomi e quella dei solidi di
bulk. La discretizzazione dei livelli elettronici a cui si assiste quando le dimensioni di un aggregato
diventano molto piccole (indicativamente inferiori ai 100 atomi) si riflette in una modificazione
delle proprietà ottiche, termodinamiche e magnetiche dei cluster [P.Gambardella et al., Science 300,
1130 (2003)]. Di grande interesse sono, inoltre, la reattività e le caratteristiche morfologiche degli
array in cui i cluster si dispongono quando vengono depositati su un alcune superfici [C. Becker et
al., Two-dimensional templates, Springer (2008)].
In questo contesto, un candidato ideale per la crescita supportata dei cluster è il grafene cresciuto in
modo epitassiale sulle superfici dei metalli di transizione. Il grafene, un singolo strato di atomi di
carbonio disposti in un reticolo a nido d’ape, è un materiale bidimensionale dotato di uniche
proprietà di trasporto (conducibilità termica ed elettrica) e di straordinaria resistenza meccanica. Il
suo isolamento, risalente al 2004 [K.S. Novoselov et al., Science 306, 666 (2004)], è recentemente
valso il premio Nobel per la Fisica ai suoi scopritori, Geim e Novoselov.
Immagine STM di un array di cluster
di
Ir
su
grafene/Ir(111).
un
supporto
Ogni
cluster
di
è
costituito in media da 70 atomi.
Dimensioni dell’immagine: 0.5Å ×
0.5Å. Tratta da [Diaye et al., New. J.
Phys. 11, 103045 (2009)].
Il mismatch tra la costante reticolare del grafene e quella del substrato su cui viene cresciuto dà
luogo alla formazione di una sovrastruttura, nota come reticolo di moirè, che grazie alla sua
101
corrugazione periodica consente l’ancoraggio di aggregati metallici alla superficie e la loro
disposizione in un assetto ordinato a lungo raggio, come recentemente provato in studi di
microscopia [A.T. Diaye et al., Phys. Rev. Lett. 97, 215501 (2006); A.T. Diaye et al., New. J. Phys.
11, 103045 (2009)]. In tal senso il grafene funge da template per la deposizione di nanocluster
metallici. È inoltre noto da numerosi studi che la scelta di una diversa superficie metallica è
associata ad una diversa forza di interazione tra grafene e substrato, che si riflette in una
corrugazione del reticolo di grafene e periodicità diverse [A.B. Preobrajenski et al., Phys. Rev. B 78,
073401 (2008)]. Si comprende quindi come la possibilità di crescere epitassialmente il grafene,
oltre che su cristalli singoli, anche su altri substrati come leghe bimetalliche e su layer
pseudormorfici di metalli di transizione, apra nuove prospettive per la creazione di supporti
caratterizzati da un’interazione grafene-substrato variabile e idealmente controllabile a piacere.
Quest’ultima, a sua volta, influenza l’interazione tra il layer di grafene e i nanocluster metallici che
vi vengono depositati.
Purtroppo l’impiego dei convenzionali metodi di crescita, basati sul self-assembly dei cluster sul
substrato, consente soltanto una descrizione statistica delle possibili configurazioni del sistema in
analisi; tale limite può essere superato utilizzando aggregati atomici selezionati in massa, in cui tutti
gli elementi hanno le stesse dimensioni, si trovano nella stessa configurazione locale e sono
composti da un identico numero di atomi. In queste particolari condizioni tutti i cluster rispondono
in modo uniforme agli stimoli esterni, un aspetto che li rende particolarmente interessanti dal punto
di vista delle applicazioni, dalla catalisi eterogenea alla sensorica, fino alla memorizzazione di dati
su supporti magnetici. Una produzione selettiva di nanocluster metallici può essere ottenuta
impiegando una sorgente di cluster, ossia una macchina che, sfruttando i principi dell’ablazione
laser, dell’espansione supersonica e della selezione in massa, consente di generare aggregati di
dimensioni ben definite. Una sorgente di questo tipo, il cui disegno è stato recentemente
completato, verrà costruita presso i laboratori della Sincrotrone Trieste e dello IOM-CNR in stretta
collaborazione con il gruppo sperimentale del Prof. Heiz, uno dei leader mondiali nel campo dei
cluster selezionati in massa.
Obiettivi da raggiungere nei tre anni
Le tematiche di ricerca che intendo affrontare nel corso dell’attività dottorato si sviluppano
principalmente su due fronti, strettamente legati l’uno all’altro: la crescita epitassiale del grafene su
diversi substrati, che rappresenta una continuazione del percorso intrapreso durante la mia tesi di
laurea specialistica, e lo studio di nanocluster su sistemi a bassa dimensionalità –in particolare su
sistemi grafene-metalli di transizione-. Il mio percorso si articolerà prevedibilmente nei seguenti
punti:
 Studio della crescita epitassiale del grafene su cristalli singoli di metalli di transizione;
 Fabbricazione e caratterizzazione di nuovi substrati per la crescita supportata del
grafene, includendo leghe bimetalliche di superficie, strati pseudomorfici di metalli
cresciuti su altri supporti e ossidi di superficie;
102


Deposizione di nanocluster di metalli di transizione su opportuni substrati –sia superfici
metalliche pulite, sia sistemi grafene-metallo-, e caratterizzazione delle proprietà
morfologiche, elettroniche e chimiche degli aggregati così ottenuti;
Messa a punto e commissioning di una sorgente per la produzione di nanocluster
selezionati in massa. La macchina, una volta ultimata, verrà impiegata in progetti di
ricerca su tali sistemi, condotti sia con tecniche di microscopia, sia con tecniche di
spettroscopia. Va sottolineato come il successo di questo progetto, che rappresenta un
grande investimento anche in termini di tempo e di risorse umane, renderà disponibile
presso il laboratorio Elettra una macchina all’avanguardia, unica nel panorama della
ricerca in Italia e una delle poche nel mondo.
Obiettivi da raggiungere per il primo anno
Nel primo anno mi pongo l’obiettivo di portare a termine la fase preliminare del lavoro in
programma per il mio dottorato; più specificamente:
 Studio della crescita epitassiale del grafene su nuovi substrati, in particolare leghe
binarie metalliche di superficie (metalli di transizione 4d e 5d), allo scopo di affinare il
controllo dell’interazione grafene-substrato. La caratterizzazione dei sistemi così ottenuti
verrà realizzata mediante l’uso di tecniche di diffrazione (LEED) e di fotoemissione ad
alta risoluzione energetica (XPS, UPS) e di assorbimento (XAS);
 Costruzione ed assemblaggio dei componenti della sorgente di nanocluster, attualmente
in fase di realizzazione nel Laboratorio di Fisica delle Superfici. Test preliminari del
sistema di pompaggio differenziale e della valvola piezoelettrica utilizzata per il
controllo del flusso di elio nella camera di termalizzazione dei cluster, allineamento e
test del laser Nd:YAG impiegato per l’ablazione della superficie metallica del target.
 Periodo di ricerca all’estero, della durata di quattro mesi, presso il Dipartimento di
Chimica-Fisica della Technische Universität di Monaco di Baviera. In questa fase
apprenderò sul campo i principi di funzionamento e le modalità operative delle sorgenti
di nanocluster e acquisirò una serie di nozioni e di abilità tecniche legate alla
nanofabbricazione degli aggregati metallici. Svolgerò una serie di esperienze di
laboratorio basate sull’impiego dei cluster selezionati in massa in studi di microscopia e
spettroscopia.
Progetto di ricerca
Come illustrato nei punti precedenti, il mio lavoro si articolerà essenzialmente in due filoni: da una
parte l’attività di ricerca sarà incentrata sulla crescita epitassiale del grafene su diversi substrati, allo
scopo di controllare la morfologia e reattività del layer di carbonio variandone l’interazione con il
substrato; l’attività sperimentale sarà poi rivolta alla fabbricazione e caratterizzazione di nanocluster
metallici su superfici solide. Un terreno comune tra i due temi di ricerca riguarderà l’utilizzo del
grafene supportato come template per la crescita dei cluster metallici.
Saranno impiegate a questo scopo tecniche sperimentali allo stato dell’arte, sia di spettroscopia sia
di microscopia: più precisamente, impiegherò l’XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy), sia da
sorgente convenzionale sia da radiazione di Sincrotrone, il LEED (Low Energy Electron
Diffraction), il LEEM (Low Energy Electron Microscopy) e l’STM (Scanning Tunneling
Microscopy). L’attività sperimentale sul campo sarà costantemente affiancata e supportata dalle
simulazioni teoriche sui sistemi studiati, condotte con tecniche basate sulla teoria del funzionale
103
densità, che verranno realizzate dai gruppi di ricerca teorici che lavorano in stretta collaborazione
Grafene
Preparazione di leghe metalliche e layer pseudomorfici da utilizzare per la crescita del grafene
Crescita epitassiale del grafene sui nuovi substrati: studio della morfologia
Crescita epitassiale del grafene sui nuovi substrati: studio delle proprietà elettroniche
Crescita epitassiale del grafene sui nuovi substrati: studio delle proprietà chimiche
Nanocluster metallici
Test dei nuovi supporti grafene/substrato per la deposizione/crescita di nanocluster
Studio della proprietà strutturali, elettroniche e chimiche dei cluster
Sorgente di nanocluster
Assemblaggio dei componenti meccanici e ottici della sorgente
Cablaggio elettrico
Test del sistema di pompaggio e della valvola piezoelettrica
Commissioning del laser a Nd:YAG
Primi esperimenti di produzione di cluster metallici
Utilizzo della macchina in esperimenti di microscopia e spettroscopia sui cluster
Introduzione del filtro di massa per la selezione dei nanocluster
Esperimenti su cluster selezionati in massa
L’attività didattica che intendo svolgere durante il primo anno sarà mirata ad approfondire le mie
conoscenze, sia tecniche che teoriche, su tematiche afferenti in particolare al mio progetto di
ricerca. La mia attenzione sarà quindi rivolta a corsi, scuole e seminari incentrati –come interesse
generale- sulla radiazione di sincrotrone e su tecniche di spettroscopia e microscopia attinenti alla
mia attività di ricerca, e, più specificamente, sul grafene supportato e sui nanocluster metallici.
Seminari di questo tipo vengono organizzati con periodicità presso la sede della Sincrotrone Trieste
e del Laboratorio TASC, ed è quindi mia intenzione prendervi parte. Altri, prevedibilmente,
avranno luogo presso l’Università degli Studi di Trieste o presso le sedi dell’ICTP e della SISSA.
Queste lezioni frontali saranno affiancate dalla lettura di articoli e review specifici per approfondire
le mie conoscenze sulle tematiche di cui mi occuperò –grafene e nanocluster metallici in primo
luogo- e per tenermi aggiornata sugli sviluppi più recenti della ricerca in questi settori.
Durante il periodo di soggiorno presso la Technische Universität di Monaco di Baviera seguirò
inoltre un corso specifico sulle proprietà chimico-fisiche dei nanoaggregati.
104
3° anno, 2° semestre
Attività prevista
con il nostro. Questo approccio multidisciplinare offrirà l’opportunità di investigare aspetti diversi
e complementari dei sistemi studiati –struttura elettronica, morfologia (su scale diverse), reattività,
consentendo di tracciare un quadro il più possibile completo della situazione in analisi.
Elisa Mitri
Laboratorio di lavoro: CNR-IOM- Laboratorio TASC, Trieste
Titolo della tesi: Microspettroscopia infrarossa (MIRS) di cellule vive in ambiente fisiologico
Supervisore: Massimo Tormen
Tutori: Gianluca Grenci
Lisa Vaccari
La micro-spettroscopia infrarossa (MIRS) è tra le tecniche spettroscopiche vibrazionali più usate
come strumento per l’analisi di singole cellule. I principli vantaggi della MIRS sono elencati di
seguito:
i-richiede minime quantità di campione
ii-è una tecnica label-free in quanto le caratteristiche biochimiche del campione fungono da
marker intrinseco
iii-l’analisi MIRS richiede meno tempo rispetto a molti altri saggi biologici, è minimamente
invasiva, non distruttiva, non tossica nè mutagenica, contrariamente ad altre tecniche come
la spettroscopia RAMAN [1,2].
Nonostante le grandi potenzialità la MIRS soffre di alcune limitazioni:
-Limitata risoluzione spaziale a causa dell’elevata lunghezza d’onda impiegata
-Il forte assorbimento dell’acqua, le cui bande oscurano quasi completamente le Amide I e
Amide II (1700-1500 e 1580-1480 cm-1 rispettivamente), caratteristiche delle cellule [3].
Con l’uso di sorgenti di luce ad alta brillanza, come la luce di sincrotrone (SR), si può operare al
limite di diffrazione, riuscendo a distinguere e caratterizzare i maggiori compartimenti cellulari [4].
Grazie a ciò, la MIRS è una tecnica utile per lo studio e la comprensione della risposta delle cellule
a stimoli di svariata natura (chimico-fisici, meccanici) con potenziali ricadute applicative in campi
quali: trials clinici di medicinali, nano-tossicologia, meccano-biologia e molti altri.
Finora, il principale limite per l’affermazione della SR-MIRS come tecnica di base per l’anilis
cellulare si è rivelato essere l’assorbimento dell’acqua. Tanto che è possibile ritrovare in letteratura
solo alcuni esperimenti relativi a cellule vive [5,6,7]. Più recentemente, nel corso del dottorato di
ricerca G. Birarda è stato dimostrata l’applicazione delle tecniche di micro-fabbricazione per la
costruzione di sistemi microfluidici adatti alle misure MIRS [8,9]. I risultati conseguiti nello studio
di protocolli di fabbricaione aventi come susbtrato il CaF2, un materiale trasparente sia all’IR che
all’UV, dimostrano che l’accoppiamento tra micro-fabbricazione e IR micro-spettroscopia può
aprire nuove e stimolanti prospettive nelle scienze biologiche.
[1] H. N. Holman, K. A. Bjornstad, M. P. McNanara, W. R. McKinney, E.A. Blakely, J. Bioned. Opt.,7, 2002, 417
[2] H-Y. N. Holman et al, J. Biol. Phys, 29, 2003, 275
[3] K. Rahmelow, W. H. Bner, Appl. Spectrosc, 51, 1997, 160
[4] P. Dumas, L. Miller, Journal of Biological Physics, 29, 2003, 201-218
[5] P.Hereaud et al., FEMS Microbiology Letters249, 2005, 219-225
[6] D. Moss et al., Vib. Spec., 381, 2005, 185-191
105
[7] H.-Y. N. Holman et al., Anal. Chem., 81, 2009, 8564-8570
[8] G. Birarda et al., Microelctronic Engineering, 87, 2010, 806-809
[9] G. Birarda et al., Vib. Spec., 53, 2010, 6-11
Obiettivi da raggiungere nei tre anni
Durante i tre anni di dottorato lavorerò all’ottimizzazione dei protocolli di fabbricazione e
sigillatura per la realizzazione di dispositivi microfluidici basati sul CaF2, che permettano di
monitorare dinamicamente la risposta di singole cellule sottoposte a differenti stimoli (chimicofisici) tramite SR-MIRS. Si utilizzeranno la litografia ottica e l’erosione chimica come principali
strumenti per la definizione della geometria dei circuiti fluidici sul substrato. La progettazione di
canali, serbatoi, connessioni con l’esterno (sistemi di pompaggio e raccolta) ed eventualmente altri
elementi fluidici sarà effettuata in modo da consentire il controllo del microambiente cellulare. Tra i
maggiori parametri da controllare nella produzione del chip finale troviamo la velocità dei flussi
(sia in entrata sia in uscita), la generazione di gradienti chimici, la stimolazione meccanica da
“shear stress” indotto con flusso di liquido e/o da riduzione della sezione del canale. Verrà anche
investigata la possibilità di modificare la superfice del dispositivo direttamente in contatto con le
cellule al fine di chimica investigare se e quali modiche della struttura superficiale (intesa come
topografia o funzionalizzazione chimica) possano influenzare processi cellulari come l’adesione, la
proliferazione e il differenziamento. Le questioni da affrontare e risolvere sono:
- Ottenere un ben definito lay-out sul substrato CaF2 combinando foto-litografia ed erosione
chimica
- Messa a punto di protocolli di sigillatura e chiusura dei canali fluidici
- Ottimizzare le procedure per il nano-pattrening e la funzionalizzazione chimica su CaF2
- Ottimizzare della piattaforma e test di funzionamento utilizzando specifici casi biologici.
Obiettivi da raggiungere per il primo anno
Durante il primo anno di dottorato mi prefiggo di ottenere i seguenti risultati:
-Apprendere le principali tecniche di fabbricazione (litografia UV, Chemical etching)
-Definizione di un layout per il dispositivo microfluidico da impiegare per i primi esperimenti
sulla proliferazione cellulare
-Definire un protocollo di incollaggio
-Apprendere le metodologie base per la coltura delle cellule
-Apprendere le conoscenze di base della SR-MIRS.
Progetto di ricerca
Il progetto si organizza nel corso di 36 mesi, come illustrato di seguito dalla lista di Work Packages
(WP) e dal grafico di Gantt.
WP 1: Design e realizzazione della cella microfluidica per colture cellulari IR-UV Trasparente
Task 1.1: Acquisizione delle conoscenze di base dei processi di microfabbricazione
Task 1.2: Studio di lay-out adeguati per implementare le diverse funzionalità richieste:
controllo dei flussi, controllo spaziale delle concentrazioni di specie chimiche, rilascio
106
localizzato e temporizzato di chemicals, somministrazione di sollecitazioni meccaniche
(shear stress, deformazione meccanica)
Task 1.3: Progettazione di una camera esterna per alloggiare i dispositivi e che soddisfi le
caratteristiche: termostatatura a 37°C, 5% tenore di CO2, connessioni con sistema di
pompaggio/raccolta dei waste all’esterno, dimensioni complessive compatibili con il setup di misura
Task 1.4: Integrazione dei dispositivi e della camera esterna e montaggio del set-up di
misura.
Task 1.5 Acquisizione delle conoscenze di base della SR-MIRS.
WP 2: Sviluppo delle tecniche fabbricative per la realizzazione dei dispositivi
Task 1.1: Individuazione delle soluzioni praticabili e scelta delle tecniche litografiche
opportune; design dei processi fabbricativi
Task 2.2: Test dei processi litografici su substrati IR-trasparenti (CaF2, BaF2), ovvero test
di adesione di resist commerciali, processibilità dei materiali, mantenimento delle
proprietà di trasmissione IR
Task 2.3: Funzionalizzazione superficiale di substrati IR: deposizione di Si, SiOx o Si3N4
tramite sputtering e/o PECVD; caratterizzazione IR-UV dei nuovi substrati così ottenuti;
test dei processi litografici sui substrati; funzionalizzazione chimica su pattern definiti
tramite ink-printing
Task 2.4: Test di bio-compatibilità dei materiali e substrati utilizzati tramite citofluorimetria
Task 2.5: Individuazione e ottimizzazione dei processi di chiusura dei dispositivi fluidici
Task 2.6:Fabbricazione e integrazione con la camera-termostato esterna e dei dispositivi
ottimizzati per gli esperimenti scelti
WP 3: Test ed utilizzo dei dispositivi sul set-up di misura (Beamline SISSI@Elettra)
Task 3.1. Acquisizione delle conoscenze di base della SR-MIRS: acquisizione e
trattamento dei dati
Task 3.2: Integrazione delle celle fluidiche sul set-up di misura presso la beam-line:
progetto e costruzione di un opportuno holder in grado di alloggiare la cella
microfluidica sul microscopio IR
Task 3.3: Misure di test sui modelli cellulari in dispositivi di tipo “statico”, ovvero senza
flussi dinamici controllati
Task 3.4: Misure di test, in condizioni di stimolazione assente, con uso dei modelli cellulari
iniettati nei dispositivi dinamici e con ricambio continuo (in flusso controllato) di
medium
Task 3.5: Studio degli effetti sul ciclo cellular apportati dall’introduzione nel sistema di
specifici chemicals e nanomateriali ingegnerizzati (NME), sia come nanoparticelle che
come superfici nanostrutturate.
107
2011
Attività
Trimestre 1
Trimestre 2
Trimestre 3
2012
Trimestre 4
Trimestre 1
Trimestre 2
Trimestre 3
2013
Trimestre 4
Trimestre 1
Trimestre 2
Trimestre 3
Workpackage 1: design dispositivo microfluidico
Task 1.1: Acquisizione delle tecniche di microfabbricazione
Task 1.2: Design del lay-out per le celle microfluidiche
Task 1.3: Design holder/haeter
Task 1.4: Caratterizzazione dei regimi di flusso interni al dispositivo
Task 1.5: Acquisizione delle conoscenze di base dalla SR-MIRS
Workpackage 2: Ottimizzazione delle strategie di fabbricazione
Task 2.1: Definizione dei processi fabbricativi
Task 2.2: Test dei processi fabbricativi su materiali IR trasparenti
Task 2.3: Funzionalizzazione dei substrati IR
Task 2.4: Test di biocompatibilità
Task 2.5: Ottimizzazione dei protocolli
Task 2.6: Fabbricazione della camera con holder/heater
Workpackage 3: Integrazione del setup FTIR e esperimenti
Task 3.1: Acquisizione delle conoscenze tecniche dell'SR-MIRS
Task 3.2: Integrazione della camera fluidica e setup della beamline
Task 3.3: Esperimenti su modelli cellulari in dispositivi statici
Task 3.4: Esperimenti su modelli cellulari in dispositivi dinamici
Task 3.5: Esperimenti di nano-tossicologia
Legenda
Milestone
Durante il primo anno di dottorato mi impegnerò a seguire i seguenti corsi:
Nanotecnologie e Nanomicroscopie 1, corso di laurea magistrale in biotecnologie
mediche, docente Dr. C. Dri
Nanotecnologie e Nanomicroscopie 1, corso di laurea magistrale in biotecnologie
mediche, docente Dr. G. Grenci
Biologia animale e biologia vegetale, corso di laurea magistrale a ciclo unico in
chimica e tecnologie farmaceutiche, docente Dr. S. Pacor
108
Trimestre 4
Dottoranda GIUSEPPINA PALMA
Laboratorio di lavoro: Elettra
Titolo della tesi: Celle fotovoltaiche dye-sensitized nanostrutturate
Supervisore: Dott. Alessandro Fraleoni Morgera
L’attività di ricerca di questo dottorato ha come oggetto lo sviluppo e l’ottimizzazione di celle
fotovoltaiche nanostrutturate con riferimento alle “dye sensitized solar cells” (DSSC)1. Le DSSC
convenzionali constano di cinque elementi: 1) un fotoanodo, 2) un film di materiale semiconduttore
mesoporoso, generalmente ossido metallico, 3) un colorante, 4) un elettrolita e 5) un controelettrodo come mostrato in Fig.1.
Fig.1: Schema illustrativo di una tipica DSSC
La luce viene assorbita dal colorante (“Dye”) che è ancorato alla superficie dell’ossido metallico,
generalmente TiO2. La fotoeccitazione del colorante, seguita dall’iniezione di un elettrone nella
banda di valenza dell’ossido metallico dà luogo a buche elettroniche, che vengono colmate da un
sistema elettrolitico. Lo stesso elettrolita viene poi rigenerato dal controelettrodo attraverso un
circuito elettrico esterno.
Un’accelerazione allo sviluppo delle DSSC è venuto dall’applicazione delle nanotecnologie nel
settore. Infatti, la scarsa efficienza dei primi dispositivi dovuta alla poca superficie disponibile
sull’ossido metallico depositato sull’elettrodo, migliora notevolmente se si adoperano particelle
nanometriche di TiO2.2
Di grande interesse è perciò la sintesi di nanostrutture mesoporose di semiconduttori. Studi
preliminari mostrano che il metodo ASB-SANS (Auxiliary Solvent-Based Sublimation-Aided
Nanostructuring) può essere un’utile ausilio nella creazione di strutture mesoporose3. Il metodo si
basa sull’utilizzo di una matrice sublimante che, depositata insieme con il materiale di interesse,
funge da “impronta” per la formazione della struttura di quest’ultimo. Il materiale di interesse
(denominato target material e indicato con TM) viene miscelato al sublimante (SS) e ad un solvente
109
ausiliario (AS). L’evaporazione di AS e in seguito la sublimazione di SS portano alla formazione di
array di nanofibre, connesse tra loro o isolate in relazione al rapporto SS/TM.
Alcuni esempi di strutture ordinate ottenute con ASB-SANS sono riportate in figura 2.
(a)
(b)
(c)
Figure 2: foto SEM di nanostrutture ottenute con ASB-SANS preparate su wafer di Si/SiOx: nanotubi di carbonio (a); Poli3-esiltiofene, P3HT (b); nanoparticelle di ITO (c).
Di grande interesse è quindi la possibilità di adoperare la tecnica ASB-SANS per generare
nanostrutture di TiO2, o altri ossidi, sotto forma di dispersioni omogenee o patternate di
nanoparticelle, oppure di nanostrutture non sferoidali, eventualmente organizzate con livelli
gerarchici per ottenere il massimo vantaggio in termini di area superficiale ricopribile dal colorante.
L’efficienza di una DSSC dipende anche dalla struttura chimica del colorante4 e dalla stabilità delle
interfacce del sistema fotovoltaico. A tale scopo si studieranno dei dye che, data la loro struttura
chimica, funzionino da ponte tra l’ossido metallico e l’elettrolita. Sarà presa in esame una nuova
classe di leganti ottenuti a partire da carboidrati recentemente sviluppata5. I gruppi funzionalizzabili
presenti sullo scheletro zuccherino, infatti, possono essere utilizzati per conferire ai composti
proprietà fisiche specifiche come solubilità in solventi non convenzionali o come siti di ancoraggio
per l’attacco diretto di polielettroliti6 considerati ad oggi gli elettroliti solidi di elezione per
dispositivi DSSC.
Bibliografia
[1] Grätzel, M., J. Photochem. Photobio A: Chem. 2004, 164, 3 Conversion of sunlight to electric power by
nanocrystalline dye-sensitized solar cells
[2] O’Regan, B., Grätzel, M. , Nature 1991, 353, 737, A low-cost, high-efficiency solar cell based on dye-sensitized
colloidal TiO2 films
[3] Fraleoni-Morgera A., Setti L., Method of treating a material, the so-obtained material and devices containing such
a material, publication N.WO2008059342,; Fraleoni-Morgera A., Fast Fabrication of Large Area, Nanostructured
Arrays
out
of
Polymers
and
Carbon
Nanotubes
by
Wet-processing,
2010,
Small,
in
press
(DOI:
10.1002/smll.201001281)
[4] Mishra, A., Fischer, M., Bäuerle, P., Ang. Chem. Int. Ed. 2009, 48, 2474 Metal-Free Organic for ColoranteSensitized Solar Cell: From Structure: Property Relationship to Design Rules
[5] Ruffo, F., Del Litto, R., De Roma, A., D’Errico, A., Magnolia, S., Tetr. Asym. 2006, 15, 2265
Bis(phosphinoamides) based on sugars for highly enantioselective allylic substitution: inversion of stereocontrol by
switching from glucose to mannose ; Del Litto, R., De Roma, A., Ruffo, F., Inorg. Chem. Comm. 2007, 10, 622 A
convenient route from simple sugars to new chiral bis(phosphinoesters) for asymmetric catalysis
[6] Li, B. et al., Solar Energy Marterials & Solar Cells 2006, 90, 549 Review of recent progress in solid-state dyesensitized solar cells
110
Gli obiettivi principali di questo progetto sono:
1. fabbricazione di dispositivi DSSC simili a quelli riportati in bibliografia;
2. fabbricazione di film di nanoparticelle di ossidi metallici (TiO2, ZnO, Al2O3) già utilizzati
nella messa a punto di DSSC, ma utilizzando il metodo ASB-SANS, in modo da
promuovere una crescita ordinata dei nano pattern, che saranno studiati dettagliatamente.
Tra i parametri che verranno esplorati in relazione ai pattern ottenuti menzioniamo:
I. la natura e le caratteristiche fisiche e chimiche dei componenti del sistema target
material/sublimante/solvente ausiliare come la polarità, la struttura cristallina, il
punto di ebollizione e di fusione, ecc…;
II. le concentrazioni relative dei tre target material/sublimante/solvente ausiliare
all’interno del sistema;
III. l’influenza della temperatura e della pressione sul processo di formazione delle nano
strutture, della natura del substrato su cui avviene la deposizione e il metodo di
deposizione.
3. sintesi di coloranti strutturalmente simili a quelli riportati in letteratura5 che funzionino da
leganti per il metallo e da siti di ancoraggio per l’elettrolita, andando a creare un sistema
unificato metallo/colorante/elettrolita;
4. studio delle variazioni sull’efficienza di DSSC costruite con i film ordinati di nano particelle
ottenuti al punto 2 e i leganti sintetizzati al punto 3.
 Ricerca bibliografica e studio di testi e articoli relativi allo sviluppo di DSSC
 Fabbricazione di dispositivi DSSC come da letteratura
Progetto di ricerca
Le attività legate agli obiettivi prefissati saranno suddivise come illustrato nel diagramma che
segue:
Attività
I anno
II anno
III anno
Work Package 1
Work Package 2
Work Package 3
Work Package 4
Schema 1 Diagramma di Gantt per le attività previste.
Nell’ambito del progetto si stabiliranno collaborazioni nazionali ed internazionali fra le quali quella
con Sincrotrone Trieste, il cui personale apporterà un aiuto efficace nella caratterizzazione dei
materiali nanostrutturati eseguendo indagini che coinvolgono la luce di sincrotrone (SPEM, XPS,
SAXS e XPEEM). Altre collaborazioni riguarderanno gruppi di ricerca dell’Università degli Studi
di Trieste che sono principalmente orientati verso lo sviluppo e l’ottimizzazione di celle
fotovoltaiche e l’esplorazione di applicazioni pratiche di materiali nano strutturati.
111
Data la complessità dell’argomento, che include sviluppi a più livelli, non è escluso che potranno
verificarsi variazioni rispetto al piano di attività presentate
Work Package 1: Fabbricazione di dispositivi DSSC come da letteratura
La prima fase di lavoro riguarderà la realizzazione di dispositivi sulla base di un’attenta analisi
bibliografica. Punti importanti di questo lavoro preliminare saranno legati a:
1.Scelta dei materiali per la realizzazione dei dispositivi
2.Messa a punto di un set-up di caratterizzazione delle performance delle celle realizzate
3.Realizzazione di un prototipo di DSSC e sua ottimizzazione.
Work Package 2: Realizzazione di nano pattern attraverso il metodo ASB-SANS.
In questa fase saranno effettuate prove di fabbricazione di strutture ordinate di nanoparticelle di
ossidi metallici già considerati adatti nel campo delle celle fotovoltaiche, come l’ossido di titanio e
l’ossido di zinco. Le prove saranno condotte passando al vaglio tutti i parametri che sembrano
governare il processo di formazione.
Inoltre si tenterà di ottenere delle strutture ordinate degli stessi ossidi inglobandoli all’interno di
nano/mesostrutture di colorante allo scopo di rendere ancora maggiore la superficie attiva esposta ai
processi chimici. Lì dove non sia possibile usufruire di coloranti nanoscopici in commercio si
provvederà alla loro sintesi attraverso i comuni metodi sol-gel per la preparazione di nanoparticelle.
Tutte le nanostrutture ottenute con gli approcci descritti saranno soggette a caratterizzazione
topologica e morfologica con tecniche quali SEM, TEM, AFM, XRD.
Work Package 3: Carboidrati come building-block per la sintesi di leganti/coloranti
La fase di sintesi di leganti a partire da carboidrati sarà al centro di questa terza fase di lavoro in cui
verranno sviluppate procedure di sintesi sulla base di quelle già in uso, per la produzione di
coloranti con funzione di legante e di sito di attacco per l’elettrolita. Tutti i leganti saranno
adeguatamente caratterizzati con tecniche spettroscopiche e di massa.
Work Package 4: Studio dell’efficienza di DSSC costruite con i nuovi leganti
Le conoscenze maturate nelle fasi precedenti portano all’ultima fase di lavoro che consisterà nello
studio dell’efficienza di dispositivi prodotti con i nuovi leganti e con le nanostrutture ottenute con il
metodo ASB-SANS. I risultati saranno utili per avere un quadro generale delle variabili che
agiscono sull’effettivo funzionamento dei dispositivi e sulla loro capacità di convertire la luce in
energia.
L’attività didattica consisterà principalmente nello studio di testi e articoli pubblicati inerenti allo
sviluppo delle DSSC e nella frequenza di alcuni corsi universitari oculatamente scelti tra quelli
attivati. Nel corso del dottorato sono previste, inoltre, diverse partecipazioni a convegni e scuole
aventi come tema centrale la ricerca nel campo fotovoltaico.
112
Dottorando: Radivo Andrea
Laboratorio di lavoro: LILIT TASC
Titolo della tesi: Studio sperimentale della fisica di dispositivi fotovoltaici organici
nanostrutturati
Supervisore: Massimo Tormen
Tutori: Simone Dal Zilio, Enrico Sovernigo
Attività di ricerca prevista.
Con la cosiddetta “terza generazione di dispositivi fotovoltaici” si punta ad ottenere, mediante l'uso
di materiali ed architetture innovative a film sottile, dispositivi per la conversione energetica della
radiazione solare, che siano economicamente competitivi con altre fonti energetiche, e con un
campo di applicazione più ampio rispetto alle celle di generazione precedente.
I materiali organici in ambito fotovoltaico sembrano essere una delle alternative più promettenti.
Infatti, celle organiche possono essere prodotte in film ultra-sottili su substrati sottili, leggeri e
flessibili con tecniche di produzione ad alto “throughput”, come la stampa continua “roll to roll”,
con la prospettiva di costi ridotti a meno di 1 $ per ogni Watt di potenza installata ed applicabili in
settori come l'architettura urbana e l'alimentazione di dispositivi portatili.
Per molti anni, dalla prima dimostrazione di un dispositivo fotovoltaico organico ad
eterogiunzione[1] fino all’inizio del nuovo secolo, le caratteristiche delle celle organiche sono
rimaste lontane da quelle minime necessarie per un loro impiego industriale, in particolare in
termini di rendimento (inferiore al 1%) e di stabilità nel tempo in condizioni operative. Tuttavia,
nell'ultimo decennio una nuova architettura dello strato attivo, nota come “bulk heterojunction”,
caratterizzata dalla separazione in fasi nanometriche delle due componenti di una miscela (blend) di
molecole e/o polimeri accettori e donatori di elettroni, e la selezione di nuovi materiali e protocolli
di processo, hanno consentito di elevare notevolmente i rendimenti [2] fino al valore attuale di
8.3%[3], permettendo l'inizio della commercializzazione di questi dispositivi[4].
La fisica che regola generazione e separazione delle cariche nei materiali organici è stata studiata
ampiamente. Tuttavia la complessità del tema lascia ancora ampio spazio per ulteriori studi, sia
della fisica di base, che di quella dei dispositivi.[5] La separazione di una coppia di cariche opposte
nei materiali organici richiede una serie di passaggi.
Inizia con l'assorbimento di un fotone (di adeguata energia) e la conseguente creazione di stati
eccitati, o “eccitoni”: Coppie di cariche residenti sulla stessa molecola (Frenkel excitons) o su
molecole vicine (Charge Transfer “CT” excitons) rimangono legate da interazione coulombiana di
0.1-0.5 eV che impedisce una separazione efficiente delle cariche per eccitazione termica.
Gli eccitoni possono diffondere, ovvero le eccitazioni possono migrare da molecola a molecola, non
sottoposte all'influenza dei campi elettrici a causa della loro neutralità elettrica, e raggiungere
l'eterogiunzione tra i materiali accettore e donatore.
La separazione di carica può infatti avvenire in modo efficiente sulla superficie di una
eterogiunzione tra due materiali con una differenza di affinità elettronica sufficiente a rendere
113
termodinamicamente favorevole la separazione delle cariche, rendendo il materiale con l’affinità
elettronica maggiore accettore di elettroni e l'altro donatore. Gli eccitoni nei materiali organici
diffondono però a distanze piuttosto brevi (5-20nm) e questo comporta un’elevata probabilità di
ricombinazione per gli eccitoni generati ad una distanza dalla giunzione superiore a quella di
diffusione.
Gli eccitoni che raggiungono l'eterogiunzione subiscono delle transizioni a stati differenti la cui
probabilità dipende da livelli energetici e natura dei due materiali, accettore e donatore. Oltre alla
dissociazione di carica sono stati infatti riscontrati diversi altri stati intermedi (stati vibrazionali che
termalizzano rapidamente) e/o stati di singoletto e tripletto che possono condurre a ricombinazioni
radiative o non radiative. Generalmente lo stato intermedio che fa da “precursore” allo stato di
cariche libere è uno stato di CT, ovvero "di trasferimento di carica" (CT) analoghi agli eccitoni di
CT tra molecole vicine dello stesso tipo, in cui però elettrone e buca legati da interazione
colombiana (più debole della precedente) sono localizzati a cavallo dei due materiali . Alla natura
degli stati di CT ed alle interfacce tra donatore ed accettore sono legate fondamentali proprietà delle
celle fotovoltaiche organiche, in particolare la tensione di circuito aperto (Voc) e la probabilità di
separazione di carica, per questo la completa comprensione di questo stato è molto importante.
I materiali organici con effetto fotovoltaico utilizzabili per le celle organiche sono numerosissimi,
esiste inoltre la possibilità di sintetizzarne di nuovi, funzionalizzare quelli già disponibili o regolare
parametri come il grado di polimerizzazione o la selezione di diverse forme isomeriche. Questo
permette ampia scelta nell'individuazione di una coppia di materiali in modo da ottimizzare
l'assorbimento ottico, i livelli energetici, cercando di soddisfare anche le necessità imposte dai
processi produttivi. In particolare vengono ricercati: nuovi materiali accettori nella classe dei
fullereni modificati o al di fuori di essa, cercando di aumentarne l'apporto alla generazione di
eccitoni (attualmente per lo più prodotti dal materiale donatore con minimo apporto dal materiale
accettare) rispetto ai materiali attualmente utilizzati (in genere fullereni); materiali organici a gap
ottico basso, più vicino al picco dello spettro solare, per aumentare l'efficienza di assorbimento
dello spettro solare, essendo la maggioranza dei materiali organici caratterizzati da un gap ottico
piuttosto ampio. [7,6,8]
Oltre ad agire sulla natura dei materiali per massimizzare parametri quali la lunghezza di diffusione,
i coefficienti di assorbimento e l'ampiezza della banda spettrale in cui si ha assorbimento e la sua
corrispondenza con la parte più intensa dello spettro solare, una direzione in cui lavorare è
rappresentata dall’architettura e dalla nanostrutturazione delle fasi di donatore ed accettore, in modo
da ottenere fasi compenetrate con giunzione ad alto sviluppo superficiale, che garantiscano alta
probabilità agli eccitoni di raggiungere l'eterogiunzione prima della ricombinazione e al contempo
consentano un trasporto efficace di carica. Attualmente i migliori risultati sono stati ottenuti
mediante una struttura di percolazione ottenuta per segregazione di fase di una codeposizione (per
spin coating di miscele di polimeri in soluzione) dei due materiali seguita da cottura. Questo sistema
permette un ottimo rendimento di separazione di carica, ma non una buona raccolta di carica agli
elettrodi in quanto le cariche devono seguire un non ottimale percorso di percolazione. Gli sforzi
attuali sono quindi concentrati ad ottenere una giunzione interdigitata nanostrutturata che permetta
114
contemporaneamente buona separazione di carica ed ottimale raccolta agli elettrodi.[9] Un'altra
strada su cui si lavora è l’introduzione e l’ottimizzazione di un “electrode buffer layer” inserito per
un miglior accoppiamento dei livelli elettronici di strato attivo e del elettrodo. I buffer layer possono
essere utilizzati anche per evitare il quench degli eccitoni sugli elettrodi (meccanismo che causa
perdita). Questi strati detti “EBL” (exciton blocking layer) da inserire tra materiale attivo ed
elettrodi, hanno una triplice funzionalità di impedire agli eccitoni di raggiungere il metallo e
ricombinandosi, di proteggere lo strato organico dalla deposizione del metallo (ad elevata
temperatura) e fungere da optical layer. [10].
Bibliografia:
[1] Tang C.W. Appl.Phys.Lett. 48, 183-185 (1986)]
[2] Christoph J. Brabec, Srinivas Gowrisanker, Jonathan J.M. Halls, Darin Laird, Shijun Jia and Shawn P. Williams.
Adv. Mater. 2010, 22, 3839–3856 Polymer–Fullerene Bulk--Heterojunction Solar Cells
[3] Martin A. Green, Keith Emery, Yoshihiro Hishikawa and Wilhelm Warta; Prog. Photovolt: Res. Appl. 2011; 19:84–
92; Solar cell efficiency tables (version 37)
[4] http://www.konarka.com/
[5] Tracey M. Clarke and James R. Durrant, Chem. Rev. 2010, 110, 6736–6767 Charge Photogeneration in Organic
Solar Cells
[6] Yen-Ju Cheng, Sheng-Hsiung Yang, and Chain-Shu Hsu, Chem. Rev. 2009, 109, 5868–5923 Synthesis of
Conjugated Polymers for Organic Solar Cell Applications
[7] Peter Peumans, Aharon Yakimov, and Stephen R. Forrest, (Journal of Applied Physics V.93 n° 7, 1 April 2003)
Small molecular weight organic thin-film photodetectors and solar cells.
[8] Barry P. Rand, Jan Genoe, Paul Heremans and Jef Poortmans, Prog.Photovolt Res.Appl. 2007 15659–676. Solar
Cells Utilizing Small Molecular Weight Organic Semiconductors
[9] Fan Yang, Max Shtein and Stephen R. Forrest, Nature Materials Vol 4 January 2005 Controlled growth of a
molecular bulk heterojuction photovoltaic cell
[10] Sean E. Shaheen, Christoph Winder, and N. Serdar Sariciftci. Applied Physics Letters Vol.80 Num 7, 18 febbruary
2002 Christoph J. Brabec, Effect of LiF/metal electrodes on the performance of plastic solar cells
I principali obbiettivi del progetto sono:
 Caratterizzazione delle proprietà optoelettroniche dei materiali organici utilizzati e
studio del loro variare a seguito dei processi di produzione delle celle fotovoltaiche
organiche.
 Utilizzo dei dati ottenuti dalla caratterizzazione, per l'ottimizzazione dei processi di
produzione delle celle fotovoltaiche organiche, in particolare con nanoarchitetture
innovative, al fine di migliorare il rendimento del dispositivo finale.
 Elaborazione dei dati ottenuti dalla caratterizzazione per una miglior comprensione della
fisica dei dispositivi fotovoltaici organici.
Il primo anno sarà principalmente dedicato all'acquisizione di know-how e setup degli strumenti
necessari. Nello specifico :
 Acquisizione know-how su diverse tecniche di produzione e processi utilizzati per la
produzione e nanostrutturazione di celle fotovoltaiche organiche, in modo da creare in
115
modo autonomo i campioni necessari a caratterizzare materiali e processi. In
particolare: fotolitografia, nano-imprinting, self-assembly, copolimeri a blocchi
evaporazione termica a vuoto, sputtering, spin coating, RIE.
 Setup, calibrazione ed acquisizione know-how sulle tecniche di caratterizzazione
necessarie al lavoro di tesi.
 Studio bibbliografico sulla fisica delle celle fotovoltaiche organiche.
Progetto di ricerca:
Il progetto sarà incentrato principalmente sulla caratterizzazione di celle e materiali al fine di
utilizzare i risultati per migliorare processi produttivi e scelta materiali. In particolare, misure di
fotoluminescenza, di mobilità dei portatori, di lunghezza di diffusione degli eccitoni, di morfologia
tramite microscopie elettroniche, diffrattometria X ed AFM, serviranno a caratterizzare i materiali e
saranno poste in correlazione con le misure di efficienza quantica, di efficienza di conversione
energetica, dei dispositivi finali, al variare di metodologie di produzione, struttura utilizzata e
materiali impiegati. Schematicamente il progetto può essere suddivisi nelle seguenti attività:
Caratterizzazione:
 Delle proprietà di singoli materiali impiegati nelle celle e loro variazione nelle varie fasi
del processo in particolare: lunghezza di diffusione, mobilità elettronica, cristallinità,
dimensione domini ed orientazione, assorbimento ottico, emissione ed
elettroluminescenza.
 Delle celle assemblate in particolare: verifica strutture e nanostrutture, efficienza
quantica, proprietà optoelettroniche, rendimento e caratteristica elettrica con simulatore
solare.
Sperimentazione:
 Di diversi sistemi di deposizione e lavorazione dei materiali organici per celle
fotovoltaiche, in particolare deposizione termica a vuoto e deposizione da soluzione e
loro ottimizzazione a partire dai dati di caratterizzazione.
 Di diversi layout, processi di produzione e di nano-strutturazione di celle fotovoltaiche
organiche e loro ottimizzazione a partire dai risultati di caratterizzazione
Elaborazione:
 Di protocolli di fabbricazione ottimizzati per processi di produzione delle celle, a partire
dall'analisi dell'influenza dei processi di produzione scelti e dei loro parametri, sulle
proprietà dei materiali organici utilizzati e conseguentemente sul rendimento della cella.
 Dei dati di caratterizzazione al fine di comprendere meglio la fisica delle celle
fotovoltaiche organiche in particolare per: la previsione delle caratteristiche della cella a
partire dalle proprietà optoelettroniche dei materiali attivi utilizzati; la determinazione
delle condizioni energetiche necessarie ad ottimizzare il rendimento e quindi facilitare la
scelta di materiali e processi; l'identificazione ed il controllo dei passaggi di stato
coinvolti del processo che va dalla creazione dell’eccitone alla generazione di cariche
libere passando per lo stato di transizione di carica, in modo da ridurre le perdite
energetiche e massimizzare il rendimento.
 Complementi di fisica - [010MI] (Lanceri Livio)
60h - Studio individuale.
116
Graduate Student MICHELE ROMEO
Laboratory: Computational Quantum Chemistry
Title of the thesis: Development and applications of DFT and TDDFT methodologies for the
description of spectroscopic observables in condensed systems.
Supervisor: Prof. Giovanna Fronzoni
Research Group of Theoretical Chemistry
Dip. Scienze Chimiche e Farmaceutiche.
Room 459
Tel. +39-040-558-3948
<[email protected]>
Theoretical understanding of electronic states is a fundamental step for the atomic scale
investigation of materials, being intimately linked with their experimental characterization.
Electronic spectroscopies have a prominent role for the diagnostics of material properties and their
theoretical simulation provides indispensable support to correctly interpret the experimental
findings. First principles computation of excited states in large systems requires large efforts and
there are still several challenges one has to face when aiming at a reliable description of their
electronic spectra. At present the main thrust of the developments of quantum methods towards the
nanoscale regime takes place within the realm of density functional theory (DFT) and its extension
to the time dependent approach (TDDFT) [1]. As concerns the modeling of the solid system, the
conceptually simple and usually highly accurate finite cluster approach can be adopted, as the
events described are strongly localized within the bulk or on the surface of solids. Furthermore the
cluster model allows the use of the existing computer codes previously developed in the field of
molecular quantum chemistry, fully exploiting their performances and experience in their
applications. The validity of the TD-DFT approach with a cluster model for the simulations of core
excited spectra in bulk and surface materials has been confirmed by recent works [2-5]. The
simulation of NEXAFS spectra of molecules adsorbed on surfaces has emphasized some
difficulties in describing the main experimental features due to the complexity of a correct
representation of the real adsorbed system [6,7]. The complexity of the problem will be tackled
systematically in the PhD work.
The project aims at the development and applications of DFT and TDDFT methods for the
simulation of core-level NEXAFS (Near edge X-Ray Absorption Fine Structure) and XPS (X-ray
photoelectron spectroscopy) spectra of molecules adsorbed on surfaces. The high sensitivity of
NEXAFS spectroscopy to the local environment of the absorbing atom makes it useful to
characterize such complex systems. In particular, the study of organic molecules bound to
117
semiconductor surfaces and on metal surfaces has been the focus of considerable attention in recent
years for their importance in emerging technologies, in particular in the field of molecular
electronics [8,9].
Problems that have been addressed include the structure of the resulting
molecules therefore the spectroscopic measurements in concert with theoretical calculations can
allow to investigate the orientation and geometry of the molecular adsorbate. The results of the
calculations will be used as key quantities in the validation of the computational procedures as well
as for theoretical support to the interpretation of the experimental measurements.
1. M. E. Casida, in: Chong D.P. (Ed.), Recent Advances in Density Functional Methods, World
Scientific, Singapore, 1995, p.155.
2. G. Fronzoni, R. De Francesco and M. Stener , J. Phys. Chem. B. 109 (20) 10332-10340 (2005).
3. G. Fronzoni, R. de Francesco, M. Stener, M. Causa', J. Phys. Chem. B, 110 9899-9907 (2006).
4. R. De Francesco, M. Stener, M. Causà, D. Toffoli and G. Fronzoni, Phys. Chem. Chem. Phys., 8
4300-4310 (2006).
5. R. De Francesco, M. Stener and G. Fronzoni, Surface Science, 605 500-506 (2011).
6. R. De Francesco, M. Stener and G. Fronzoni, J. Phys. Chem. C, 111 13554 - 13563 (2007).
7. R. De Francesco, M. Stener and G. Fronzoni, Phys. Chem. Chem. Phys. 11 1146-1151 (2009).
8. J.T. Yates, Science 279 (1998) 335.
9. R.J. Hammers, Nature 412 (2001) 489; S.F. Bent, Surf. Science 500 (2002) 879.
Design of computational strategies in the realm of DFT and TDDFT methodologies for the
simulation of NEXAFS spectra of molecules bound to semiconductor surfaces and on metal
surfaces. The following main tasks will be pursued by the project during the entire Ph.D path (see
the Gantt chart below):
fundamental acquiring of the main procedural skills and of the basic framework about the
target of the project;
4.methodological developments, to upgrade the current approaches for novel applications;
C.computational investigations, where the available methods will be applied to the calculations
of core excitations in systems of interest for the project.
 Implementation of calculation of the angle-resolved NEXAFS spectra from ADF computer
code.
 Design of the cluster for the simulation of the Si surface.
A3. Electronic characterization of the molecule/surface system ; we will consider first simple
organic molecules to be adsorbed on the Si surface cluster (starting from ethylene as test case
adsorbed molecule)
 Simulations of the NEXAFS spectra of the free and adsorbed molecules in terms of the
excitation energies and oscillator strength values
Research project
The research project will address the development and the application of DFT and TDDFT
methodology for the calculation of electronic spectroscopic properties of condensed systems.
118
Particular attention will be paid to the simulation of NEXAFS (Near edge X-Ray Absorption Fine
Structure) spectra of organic molecules bound to semiconductor surfaces and on metal surfaces.
Software : both standard and development versions of ADF code [1] will be used.
The computational objectives of the project can be fulfilled by the local computational resource
(Tartaglia cluster for parallel computation ) and by additional CPU time available on the large
supercomputers facilities (IBM SP6) at CINECA computer centre (Bologna, Italy). Parallel version
of the ADF program runs on both computers.
Two main tasks will be pursued by the project: the methodological developments of the current
approach and the applications of TDDFT computational scheme for the description of the core
photoabsorption processes in molecules adsorbed on surfaces.
Methodological developments
1. Implementation of calculation of the angle-resolved XANES from ADF computer code.
The angle resolved NEXAFS is a widely employed experimental technique that can give precious
information to assess the adsorption geometry of molecules adsorbed on surfaces. In the present
implementation of the TDDFT method in the ADF code, the calculated spectra are not angleresolved. However the partial dipole components are actually calculated by the code, so it will be
straightforward to extract them from ADF and to code a new program to calculate the angleresolved NEXAFS for a given light polarization with standard expression, calculating the scalar
product between the light polarization and the dipole components.
2. Possible improvement of the modified TDDFT algorithm for core excitations, both as concerns a
new implementation of the TDDFT algorithm for core excitations, in order to reduce the CPU time
and memory request, as well as the exploration of the possibility to reduce in a systematic way the
dimension of the virtual space, keeping the concept of valence shell within the framework of an
extended basis set, by means of projection schemes. These developments will be eventually
considered in the final period of the PhD activity.
Computational Investigations
Study of core photoabsorption and photoemission processes in condensed systems by means of
DFT and TDDFT methodologies.
1. Adsorption of organic molecules on semiconductor surfaces has been attracting a growing
attention for their importance in emerging technologies. The properties of these materials are
largely dependent on the organic/semiconductor interface, therefore fundamental research on the
covalent bonding of molecules with the surface can provide useful information. Most work in the
literature has focused on the Si surface therefore we will start by designing the computational
strategy to simulate the NEXAFS spectra of a organic molecules adsorbed on the Si surface. A
finite cluster approach will be adopted to model the electronic structure of the adsorbed system. The
absorption of a single molecule as well as of more molecules on the surface will be considered in
two different steps, in order to analyze the effect of inter-molecular interaction on the spectra.
119
Angle dependent spectra will be calculated, using the newly implementation outlined in the
previous development section.
2. Since binding energies of core electrons are characteristic for elements in a certain chemical
environment, X-Ray photoemission spectroscopy (XPS) can be used to draw direct conclusions on
the local coordination in a system and the electronic change upon adsorption. In the framework of
the DFT approach, the binding energies may be evaluated as differences of total energies of final
and initial states SCF method) giving excellent results. The possibility to simulate both XPS and
NEXAFS spectra of the adsorbed molecule can yield insight on the modifications induced on the
electronic and molecular structure by the interaction with the underlying surface and on the
geometry of the molecular adsorbate.
Educational activity foreseen
The tutorial planning intended to sustain rightly the main purposes of the above research project
proposal is organized as follows, by taking in count the essential reference framework of the school
for the first year:

Chimica Quantistica (Quantum Chemistry), March - June, 2011
Time range: 32 h
Type course: basic course planned in the framework of the Master path;
 Applicazioni Chimiche della Simmetria Molecolare
(Chemical Applications of Molecular Simmetry) March - June, 2011
Time range: 32 h
Type course: complementary course in the framework of the Master path;
o Summer School on Atomistic Simulation Techniques, 11- 29 July, 2011, Trieste (CECAMSISSA)
Time range: 90 h
Type course: international school devoted to the skeleton of the computational part in the
present
research project proposal;
o XXIV Congresso Nazionale della Societá Chimica Italiana, Lecce, Italy, 11 - 16 September,
2011
(National Congress of the Italian Chemical Society)
Time range: 56 h
Type course: workshop in which to present some significative first-step results.
The above plan covers the entire amount of the educational spent foreseen from the guidelines of
the school at this step of the Ph.D path.
120
Graduate Student SAJID HUSSAIN
Email:[email protected]
Laboratory: IOM-CNR, TASC Laboratory
Title of the thesis: Synthesis of Ordered Semiconductor Nanostructures by Directed Self-Assembly
for Photonic Applications
Supervisor: Giogio Biasiol
Tutors (if any):
The fabrication and physical properties of quantum dots (QDs) are topics of high current interest
due to their applications in optical devices and as potential construction blocks of novel
photovoltaic devices and computer architectures. However, despite the high interest in the subject,
the methods available for the fabrication of such dots are rather limited. Lithographic techniques,
while under-going rapid improvements in resolution, still cannot produce small and dense enough
dots necessary for device applications. Over the past two decades, there has been great interest in
integrating self-assembled quantum dots (SAQDs) into electronic and optoelectronic devices,
utilizing three-dimensional quantum confinement effect to improve device performance as well as
create devices with added functionalities. The electronic and structural properties of self-assembled
quantum dots (QDs) made by molecular beam epitaxy (MBE) have been intensively investigated in
the last few years. While much research has focused on SAQDs formation, that generates dots
through the unique combination of strain and growth kinetics, these techniques offered relatively
uniform islands only for a few material combinations and still have to find their way into devices.
Consequently, there is continued high demand for alternative methods that would allow low cost
and efficient mass fabrication of Quantum Dots.
For my PhD activity, I propose to work on a recently-developed deterministic approach to obtain
highly uniform arrays of semiconductor SAQDs. The aim is to reach a complete control on their
spatial distribution and a superior spectral uniformity, with respect to conventional self-assembled
dots. Such functional QD systems can implement features not possible with isolated QD or
disordered QD ensembles, paving the way for new applications in information processing and
communication systems.
In detail, the method consists of a combined top-down and bottom-up approach: self-assembled
QDs are grown with Molecular Beam Epitaxy on a surface pre-patterned with a regular array of
holes by nanolithographic techniques. In this way it is possible to overcome the intrinsic
randomness of the nucleation process, both in terms of spatial distribution and of size/composition
of the dots.
The activity will be carried out at the TASC Laboratory, where this activity has started since last
year.
121
We will explore different techniques for the pre-patterning of the GaAs surfaces, devoting special
attention to nanoimprint lithography, which has the advantages of high throughput and low cost, in
the perspective of possible device applications. We plan to optimize the QD arrays in terms of size,
spectral and distribution uniformity. Structural properties will be investigated by techniques such as
Atomic Force and Scanning Electron Microscopy. We will use the broad area and microPhotoluminescence facilities at TASC to assess the QD optical properties. In this way it will be
possible to understand if improvements in shape and composition uniformity result in a better
control on their spectral properties. We will investigate the effects of pattern sizes, etching and
cleaning procedures and growth protocols on the structural and optical properties of the dots, with
the aim of improving the performance of optoelectronic devices based on self-assembled quantum
dots.
To optimize the Nanoimprint Lithography process for fabrication of patterned array of QDs
Wet etching optimization for the fabrication of 50nm diameter holes on GaAs substrate
Oxide removal & cleaning procedure optimization of the patterned GaAs substrate before
growth
Understanding of the growth kinetics and parameters of QDs growth using Molecular Beam
Epitaxy System
Structural properties will be studied by using Scanning Electron Microscopy & Atomic Force
Microscopy
Research project
To develop the research activity of my PhD several activities, approaches and investigation
techniques will be used as listed below:
1.To fabricate patterned array of holes for QDs growth, we will use the following facilities:
i.Nanoimprint lithography;
ii.Wet and dry etch processes;
2.Epitaxial growth of QDs will be done using the following growth equipment;
i.Molecular Beam Epitaxy System
3.Optical & Structural properties will be studied by using the following equipments:
i.Scanning Electron Microscope / Tunneling Electron Microscope
ii.Atomic Force Microscope
iii.Photoluminescence & Micro-Photoluminescence
Literature study/survey for material selection for QDs fabrication
Nanotechnology Summer school 2011
122
123
Dottorando FRANCESCA SANTESE
Laboratorio di lavoro: Mose
Titolo della tesi: Modellistica molecolare per materiali e rivestimenti multifunzionali
nanostrutturati
Supervisore: Prof. Maurizio Fermeglia
Tutori: Prof. Sabrina Pricl
Materiali e rivestimenti nanostrutturati offrono la possibilità di miglioramenti significativi delle
proprietà ingegneristiche dei materiali industriali, grazie ai miglioramenti delle proprietà fisiche e
meccaniche che essi consentono. Infatti, la combinazione di polimeri e nanoparticelle porta al
miglioramento delle proprietà meccaniche, ottiche, termiche, di ritardo di fiamma, ed ablative così
come al miglioramento delle proprietà di trasporto se confrontato con i singoli componenti del
sistema [1]. Risulta quindi di fondamentale importanza riuscire a descrivere i fenomeni che danno
origine alla struttura a livello nanometrico e per questo è necessario rivolgersi alla modellistica
molecolare.
Durante gli ultimi decenni, gli esperimenti virtuali basati su calcoli di meccanica
quantistica/molecolare (MQ/MM) e su tecniche di simulazione di dinamica molecolare (MD) e
Monte Carlo (MC) hanno aperto nuovi orizzonti nel calcolo e nella previsione delle proprietà
termodinamiche e di trasporto sia di molecole a basso peso molecolare che di macromolecole
sintetiche e naturali [2]. I maggiori vantaggi offerti da queste tecniche modellistiche a livello
microscopico si possono così riassumere: (a) una miglior comprensione ed interpretazione dei
risultati sperimentali; (b) una capacità di stima delle proprietà di sistemi complessi e (c) la
possibilità di interpolare o estrapolare dati sperimentali in regioni di difficile realizzazione pratica.
Recentemente, queste tecniche hanno trovato applicazione anche nella possibilità di indagare nel
rapporto tra la struttura di un nanocomposito e le proprietà macroscopiche del materiale. Gli ultimi
sviluppi delle tecniche di modellazione molecolare permettono di studiare anche inclusioni di
agglomerati in materiali polimerici, spostando la scala di interesse dal livello microscopico al livello
di mesoscala [3]. I modelli di mesoscala rappresentano i materiali di interesse utilizzando unità
fondamentali più grandi rispetto ai modelli molecolari, i quali richiedono maggiori dettagli
atomistici. Le simulazioni al computer determinano struttura, proprietà e dinamica di questi
modelli. I metodi di mesoscala si applicano poi a sistemi più estesi su scale di tempi e di dimensioni
rispetto alla simulazione molecolare [4]. La possibilità di prevedere la struttura del materiale a
livello di mesoscala, apre quindi la porta alla progettazione del materiale ‘in silico’, variando le
caratteristiche di composizione e di interazione all’interno del sistema in modo da analizzare i
risultati di queste modifiche sulla nanostruttura. L’approccio multiscala si completa con la
possibilità di alimentare le strutture di mesoscala ottenute al calcolatore a metodi agli elementi finiti
che sono in grado di determinare le proprietà meccaniche, termiche e fisico-chimiche del materiale
macroscopico nanostrutturato [5].
124
Il presente progetto si concentra dunque sulla applicazione della modellazione molecolare
multiscala e della simulazione molecolare per la progettazione di nuovi materiali e rivestimenti
multifunzionali nanostrutturati.
Riferimenti:
1. M. R. Bockstaller, R. A. Mickiewicz, E. L. Thomas, Adv. Mater. 2005, 17, 1331.
2. J.M. Haile, Molecular Dynamics Simulations, Wiley & Sons, New York, 1992.
3. J.G.E.M. Fraaije, B.A.C. van Vlimmeren, N.M. Maurits, M. Postma, O.A. Evers, C. Hoffman,
P. Altevogt, and G. Goldbeck-Wood, Journal of Chemical Physics, 106: 4260-4269 (1997).
4. S. Pricl, A. Coslanich, M. Fermeglia, M. Ferrone, M.S. Paneni, L. Martinelli and S. Sinesi,
Diblock copolymers for the automotive industry: the mesoscopic approach, in Computational
Modeling and Simulation of Materials, P. Vincenzini Ed., 42: 61-68 (2004).
5. M Fermeglia, P. Cosoli, M. Ferrone, S.Piccarolo, G. Mensitieri, S. Pricl, Polymer 47:59795989 (2006)
Tramite un approccio di progettazione ‘in silico’, cioè tramite metodi di simulazione molecolare al
calcolatore, si vogliono descrivere le proprietà macroscopiche del materiale multifunzionale senza
dovere sintetizzare e caratterizzare lo stesso, partendo solamente dalla conoscenza atomistica e
molecolare del sistema, attraverso successivi passaggi di scala. Si intende analizzare al calcolatore
diverse combinazioni di parametri fisici e chimici caratterizzanti il sistema e scegliere tra essi quelli
in grado di fornire le proprietà desiderate. In particolare gli obiettivi del presente progetto si
possono così riassumere:
 Individuare i fenomeni coinvolti alle diverse scale, responsabili delle proprietà
macroscopiche dei materiali di interesse
 Sviluppo di un protocollo di simulazione molecolare multiscala adattabile ai sistemi di
interesse del progetto.
 Progettazione di rivestimenti nanostrutturati per il ricoprimento dei materiali d’interesse
per gli utilizzatori finali (settore alimentare, biomedicale, elettrodomestici e tessuti).
Nel primo anno si prevede di seguire i seguenti passi per la derivazione del protocollo di
simulazione:
1. Scelta e verifica del campo di forze per la simulazione atomistica.
2. Simulazione atomistica per la determinazione delle energie di interazione tra i componenti del
sistema.
3. Mapping dei risultati ottenuti alla scala atomistica verso la mesoscala.
4. Simulazione di mesoscala con metodi basati su particelle, su campi oppure ibridi.
5. Determinazione della distribuzione delle densità a livello nanometrico.
6. Applicazione di codici agli elementi finiti per la determinazione di proprietà macroscopiche
di interesse.
I protocolli di simulazione sviluppati in questa attività saranno applicati a sistemi modello, del tutto
simili a quelli da studiare ma di cui si dispone di una serie completa di informazioni sperimentali da
125
letteratura. I risultati della simulazione verranno confrontati con i dati sperimentali e, in caso di
mancato accordo, le procedure di simulazione saranno modificate fino a giungere a convergenza.
Progetto di ricerca
Poiché la progettazione in ‘silico’ è un approccio innovativo la cui precisione può essere variabile
da sistema a sistema, è necessario partire con una verifica su sistemi modello. Pertanto, in una
prima fase è necessario eseguire una verifica della procedura su materiali simili ai materiali di
interesse dei quali sia già nota la caratterizzazione. Dopo questa verifica e messa a punto del
metodo si potrà procedere con la progettazione vera e propria.
Viste le caratteristiche dei sistemi d’interesse da modellare, l’approccio computazionale proposto è
di modellazione multiscala in quanto un singolo metodo di simulazione non è in grado di descrivere
il comportamento di materiali nanostrutturati le cui proprietà sono fortemente influenzate dalla
struttura a livello di decine di nanometri. I singoli metodi, validi alle varie scale, e che sono integrati
in un approccio multiscala sono i seguenti:
 quanto-meccanico;
 atomistico con meccanica molecolare (MM), dinamica molecolare (MD) e metodi Monte
Carlo;
 mesoscala: le simulazioni sono condotte su scale di tempi e di dimensioni superiori;
trascurando la presenza di atomi singoli, considerando come unità strutturali principali
gruppi di atomi omogenei, o “bead”;
 modelli agli elementi finiti FEM che descrivono le proprietà di insieme (fisico-meccaniche)
dei sistemi considerati.
Il presente progetto di ricerca può essere suddiviso nei seguenti tasks.
Task 1: Definizione dei sistemi di interesse
Si individuano sia i materiali modello che i materiali da sviluppare. Inoltre sono definite le proprietà
macroscopiche di interesse. Particolare attenzione è rivolta all’individuazione dei parametri
necessari a definire le nanostrutture contenenti nanofillers e le proprietà del materiale all'interfase.
Task 2: Sviluppo delle procedure multiscala per i sistemi di interesse
Si sviluppa un protocollo di simulazione molecolare multiscala adattabile ai sistemi di interesse del
progetto. Nello specifico, si prevede di formulare un modello matematico generale per descrivere le
proprietà macroscopiche di multistrati nanostrutturati, a grading discreto e continuo, a partire dai
valori sperimentali delle proprietà nanoscopiche della materia e dalle funzioni più adatte allo scopo
pubblicate nella letteratura scientifica.
In questa attività verranno messi a punto i protocolli di simulazione da utilizzare nel progetto. In
particolare, per il caso di rivestimenti nanostrutturati a grading discreto verrà messa a punto la
procedura di simulazione in grado di gestire strutture a sandwich in funzione dello spessore degli
strati costituenti di diversi materiali; per il caso di rivestimenti nanostrutturati a grading continuo
verrà messa a punto la procedura di simulazione con presenza di una matrice polimerica (amorfa o
semicristallina) e di nanofiller.
I protocolli sviluppati verranno usati per calcolare proprietà macroscopiche del sistema modello e
confronti saranno riportati tra le proprietà calcolate e quelle sperimentali ottenute da dati di
126
letteratura. Inoltre verrà sviluppato un modello generale da utilizzarsi per le diverse applicazioni
specifiche nei diversi tasks del progetto.
Task 3: Validazione dei protocolli di simulazione sul sistema modello
In questo task tutti i protocolli di simulazione sviluppati nel task 2 vengono applicati ai sistemi
modello definiti nel task 1 per le diverse applicazioni ed i risultati sono confrontati con i dati
sperimentali disponibili in letteratura.
Task 4: Progetto di rivestimenti
L’attività di questo task riguarda la progettazione di rivestimenti nanostrutturati per il ricoprimento
dei materiali d’interesse per gli utilizzatori finali. In particolare, si vuole ottenere una serie di
rivestimenti che conferiscano alle singole parti da rivestire: durezza, basso attrito, elevata resistenza
chimica. I protocolli sviluppati nei tasks precedenti verranno qui utilizzati ed affinati per la
progettazione dei materiali di interesse. In questo contesto ci si attende di fornire le indicazioni sulla
formulazione del materiale ed una verifica modellistica dei risultati di caratterizzazione ottenuti, al
fine di migliorare, con la variazione di qualche parametro nella formulazione, la caratteristiche del
manufatto finale. In particolare l’applicazione dei rivestimenti nanostrutturati comprenderà diversi
settori industriali, quali: l’alimentare, il biomedicale, gli elettrodomestici e i tessuti.
Task 5: Disseminazione dei risultati
È il task finale del progetto ed ha come fine ultimo la stesura di relazioni e di pubblicazioni
scientifiche per disseminare alla comunità scientifica i risultati di un approccio innovativo alla
progettazione di materiale multifunzionale.
Si allega il diagramma di Gantt con una previsione relativa alla distribuzione temporale delle
varie fasi del progetto.
Nel corso del primo anno ho intenzione di partecipare ad un workshop su Amber, che si svolgerà a
Barcellona nel mese di maggio. Concorderò inoltre con il mio Supevisior una serie di articoli e/o
libri da studiare utili per i fini del presente progetto.
127
Graduate Student SHITAL VAIDYA
Email: [email protected], [email protected]
Laboratory: ALOISA beamline at Elettra.
Title of the thesis: Study of magnetic properties in low dimentionality systems using
synchrotron radiation
Supervisor: Dr.Roberto Gotter
Tutors (if any):
The aim of this project is the investigation of electron correlation in low dimensional
systems such as clusters and thin films, and we expect it to provide an important contribution in this
area. We plan to study first a prototype antiferromagnetic thin film (NiO/Ag(001)), and next an
ferromagnetic model system (Ni/Cu(001)).
Among the several techniques to probe electronic and magnetic properties the most used are
photoelectron spectroscopy (PES), that gives information on the single particle density of states,
and Auger electron spectroscopy (AES), that yields information on the two particle density of
states, from which one can obtain the hole-hole Coulomb interaction and determine the influence of
electron correlation effects. The transition from atomic-like to band-like, as described by the CiniSawatzky model, is the prototype example of in which way the electron correlation affect clearly
the spectral response of the Auger electrons in the Core Valence Valence (CVV) decay. It is well
known that the line shape of Auger transitions contain considerable information about the local
electronic structure of the solids, but, especially in complex systems as that of technological
interest, these information are difficult to extract because of the large number of decay processes
involved. Instead, if one measures the Auger electron, emitted by the self-ionization decay
subsequently to the photo ionization, in time correlation with the primary photoelectron, all the
limitations that typically obscure the Auger spectral information, are fully eliminated by means of
the intrinsic state-selectivity provided by the coincidence detection of two electrons associated with
the same photoexcitation event. Such a detection method is the basis of angle resolved Auger
photoelectron coincidence spectroscopy (AR-APECS) which is actually capable to disentangle
high-spin and low-spin contribution to the Auger intensity and provide a dichroic effect directly
related to the local magnetic properties.
Auger Core-Core-Valence spectra will be measured by AR-APECS as a function of the temperature
when crossing the magnetic transition and analyzed together with collaborating theoretical groups.
They will contribute by DFT calculations within the two step model of the Auger spectra (also spin
resolved) and of the parameters of the many body theories. Such theories, which are needed when
correlation effects are most complex, include the Cini-Sawatzky model, the one step approach by
Cini-Sawatzky, and the time dependent di Gutzwiller approximation, recently developed. At the end
of this project we expect to be able to determine those Auger spectral properties which depend on
dimensionality and size of the samples; to relate features of the electronic properties depending on
spin and charge distribution to be controlled by the experimentalists. Such results are of strategic
128
relevance for the development of magnetic nanostructures with potential applications in fields such
as spintronics.
To provide a complete characterization of the potentiality of the Auger spectroscopy in the
framework of magnetic systems, in particular with the AR-APECS technique.
 To establish the connection between magnetic properties and electronic correlations by means of a
detailed study of antiferomagnetic and ferromagnetic thin films, by varying the size and the
dimensionality of the samples.
 To develop a complete methodology (experimental and theoretical) to study magnetism at atomic
level, and to be applied to complex systems such as materials structured at the nanoscale. This will
allow us to quantify the local magnetic order, eventually in a more local fashion with respect to
more conventional techniques like XMCD (X-Ray Magnetic Circular Dichroism) and XMLD (XRay Magnetic Linear Dichroism).
.
To find out magnetic properties of NiO/Ag antiferromagnetic films with XMLD technique.
To understand theoretical background behind AR-APECS technique and to analyze the data
measured for NiO/Ag anitiferromagnetic films
 To perform AR-APECS measurements for Ni/Cu ferromagnetic systems.
.
Research project
For the proposed activity of the project, experiments to be scheduled mainly on the ALOISA
beamline. The distribution of the project work is listed below.
First year:
-XMLD measurements and analysis on NiO/Ag(001) films in order to determine the transition
temperature
- AR-APECS measurements at ALOISA on NiO/Ag(001) films.
- data analysis for the new AR-APECS experimental set up
Second year:
AR-APECS measurements at the ALOISA beamline on Ni/Cu(001) films: magnetic dichroism as a
function of the thickness and/or the temperature
- To follow by means of AR-APECS, valence band splitting and hole- hole correlation shift of
majority sub-band, across magnetic transition achieved along temperature and film thickness
Third year:
Understanding and modelization of electron correlation versus local magnetism. Application of
experimental- theoretical combined methodology to systems and materials of actual technological
interests. (Spintronics).
129
To carry out experiments on NiO/Ag antiferromagnetic films to find out magnetic properties using
XMLD technique. To learn the experimental details for carrying out experiments at ALOISA
beamline at ELETTRA.
For the estimation of the dichroism, to choose an accurate set of parameters by fitting the Ni L2
edge. To identify Neel temperature by fitting dichroism as function of temperature.
To understand the theoretical background for AR-APECS technique and to perform measurements
with AR_APECS for NiO/Ag antiferromagnetic films in order to deepen the sensitivity of the
techniques to the local magnetic order.
130
Dottorando LETIZIA TAVAGNACCO
Laboratorio di lavoro: Laboratorio di Chimica Fisica e Macromolecolare, Dipartimento di
Scienze della vita
Titolo della tesi: Ruolo dell'acqua nel riconoscimento molecolare di bionanostrutture in sistemi
alimentari.
Supervisore: Prof. A. Cesàro
Tutori (eventuali): Prof. J. W. Brady
Da un punto di vista fisico, gli alimenti sono costituiti da diversi polimeri in cui molecole riempitive
sono disperse. Il cibo, in quanto materiale nano composito, è una miscela complessa di proteine,
polisaccaridi, grassi, acqua, vitamine, anti-ossidanti, microorganismi, coloranti e sali. Studi
sistematici sulla complessa architettura degli alimenti e l’interazione tra struttura e nutrizione sono
stati condotti con l’obbiettivo di raggiungere un miglioramento nella qualità di processo e
conservazione dei prodotti alimentari. Tuttavia, tra tutti i costituenti menzionati, la presenza
dell’acqua è da sempre stata riconosciuta come generale, prevalentemente come plasticizzante dei
componenti biopolimerici, ma anche come solvente in sistemi alimentari altamente idrati. Le
molecole d’acqua sulle superfici biomolecolari giocano un ruolo importante nel controllare le
funzionalità degli alimenti e la struttura dell’acqua all’interfaccia è un sensore della struttura
molecolare delle biomolecole disciolte.
Una delle relazioni più importanti che descrive la qualità degli alimenti è il diagramma dell’attività
dell’acqua rispetto all’umidità relativa (isoterma di assorbimento dell’acqua). Questo diagramma è
implicitamente o esplicitamente utilizzato per classificare la commestibilità, la freschezza e la
qualità degli alimenti. Tuttavia, molto poco è noto riguardo all’importanza del mantenimento delle
eterogeneità strutturali che promuovono la mobilità nelle strutture locali acqua-biopolimeri.
Tecniche spettroscopiche su un vasto intervallo di frequenze (fino a terahertz) e simulazioni di
dinamica molecolare sono entrambe necessarie per integrare le conoscenze sperimentali di quasiequilibrio (studi termodinamici e reologici).
L’obbiettivo generale di questo progetto di ricerca è la collezione di informazioni relative alla
strutturazione dell’acqua in alcuni alimenti tradizionali, come il pane o il caffè, attraverso l’uso
sinergetico di diverse metodologie, sia tecniche spettroscopiche, in particolare scattering di
neutronie e scattering utilizzando luce di sincrotrone, e simulazioni computazionali di molecole
d’acqua su superfici e in stati confinati. Inoltre, particolare attenzione sarà rivolta verso il ruolo
giocato dall’idratazione dell’acqua nel determinare le proprietà e la qualità degli alimenti, e il loro
cambiamento indotto attraverso l’impiego di indagini sperimentali convenzionali.
131
Durante il primo anno, sistemi selezionati saranno testati sperimentalmente per quanto concerne le
proprietà di idratazione e le risposte termodinamiche e reologiche a cambiamenti di idratazione,
mentre alcune semplici superfici biomolecolari saranno studiate in silico. Allo stesso tempo, la
realizzabilità di esperimenti in grandi infrastrutture e laboratori associati (neutroni, raggi-X, e
scattering Raman) sarà esplorata.
Progetto di ricerca
Primo anno
Attività
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12
Simulazioni di dinamica molecolare
su piccole molecole modello
Analisi delle traiettorie
Calorimetria
DSC
su
piccole
molecole modello
Analisi
Esperimenti SAXS
Analisi
Esperimenti AFM
Analisi
Attività didattica
Ricerca bibliografica
Scrittura pubblicazioni
o Giornate didattiche 2011 SISN, “Introduzione alle tecniche neutroniche per lo studio
microscopico della materia, con applicazioni alla Fisica, Chimica, Biologia e Geologia”.
o XI Scuola di Radiazione di sincrotrone , “Radiazione di Sincrotrone: fondamenti, metodi e
applicazioni”.
o “Meccanica Statistica”, Prof. Cristian Micheletti.
132
Dottoranda FRANCESCA VIRGILIO
Laboratorio di lavoro: CNR - Istituto Officina dei Materiali, Laboratorio TASC
Titolo della tesi: Sviluppo di sensori elettrochimici mediante processi nanotecnologici per
impieghi diagnostici bilogici e medici
Supervisore: Massimo Tormena, Paolo Ugob
Tutori (eventuali): Mauro Prasciolua
a
b
CNR-IOM, laboratorio TASC, Basovizza SS14 km 163.5, 34149 Trieste
Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Unversità Ca’ Foscari di Venezia, Santa
Marta 2137, 30123 Venezia
La sintesi di nuovi materiali nanostrutturati e lo studio delle loro proprietà fisico-chimiche è di
enorme interesse sia nella scienza moderna che nelle sue ricadute tecnologiche, a causa delle
variazioni, talvolta sorprendenti e spesso impiegabili utilmente, che si riscontrano nelle proprietà tra
materiali “bulk” e quelli strutturati a scala nanometrica o molecolare.1,2
Uno dei settori avanzati a cui le nanotecnologie possono fornire un contributo determinante è
rappresentato dalla sensoristica per applicazioni ambientali, chimiche e biologiche. In particolare,
elettrodi con dimensioni critiche nell’intervallo dei nanometri, per lo sviluppo di nanosensori
chimici hanno mostrato di migliorare la sensibilità (ovvero abbassare i limiti di rivelabilità di
sostanze presenti in tracce) rispetto a sensori non nanostrutturati.3 Un sensore chimico è un
dispositivo composto da un trasduttore del segnale interfacciato con uno strato dotato di capacità di
riconoscimento molecolare in grado di fornire un segnale specifico e selettivo, utile per riconoscere
e quantificare uno o più analiti. Nella fattispecie dei sensori di tipo elettrochimico, una variazione
nello stato redox dell’analita produce una variazione di una quantità elettrochimica che può essere
monitorata attraverso le classiche tecniche elettroanalitiche. I sistemi elettrochimici possono essere
miniaturizzati fino a dimensioni inferiori al micrometro utilizzando array di nanoelettrodi (NEA).4,5
Un array di nanoelettrodi è formato da un gran numero di ultramicroelettrodi molto piccoli
confinati in uno spazio ristretto (≥ 108 elettrodi/cm2). Le caratteristiche elettrochimiche che
distinguono i NEA dai macroelettrodi convenzionali (dimensione di mm) ed anche dagli
ultramicroelettrodi (dimensione di μm) sono il drastico abbassamento delle correnti capacitive (che
rappresentano la componente principale del noise, o più propriamente del background nelle misure
voltammetriche)6,7 ed un’estrema sensibilità nei confronti della cinetica del processo di
trasferimento di carica8, che si riflette nella capacità di misurare costanti di velocità di trasferimento
di carica molto alte9. La capacità di questi sistemi di fornire voltammogrammi ciclici ben risolti può
permettere di sviluppare metodi sensibili per la determinazione in tracce di specie redox
caratterizzate da cinetiche di trasferimento elettronico elevate. Inoltre l’abbassamento del rumore di
fondo (correlato alle correnti capacitive) in una determinazione elettrochimica migliora non solo il
limite di rilevabilità ma anche la precisione della misura.3
133
L’oggetto di questo programma è appunto lo sviluppo di nanobiosensori generati da array di
nanoelettrodi per applicazioni di tipo diagnostico, attraverso un’opportuna funzionalizzazione del
sistema NEA, in modo tale da combinare le proprietà degli array di nanoelettrodi con le proprietà di
riconoscimento molecolare di opportune molecole probe immobilizzate sulla sua superficie. Le
principali tecniche di nanofabbricazione impiegate saranno la litografia elettronica (Electron Beam
Lithography, EBL) e la litografia a nanostampa (NanoImprint Lithography, NIL). Entrambe saranno
eseguite su film sottili di polimero depositati su vetrini ricoperti da uno strato di materiale
conduttore. Creando un array di fori di dimensioni nanometriche nel film, delle aree di materiale
conduttore sottostante verranno esposte e fungeranno da nanoelettrodi. Questi dispositivi possono
essere inoltre perfezionati attraverso l’accoppiamento di una risposta ottica a quella elettrochimica.
Questo può essere ottenuto mediante un sistema chemiluminescente in cui l’emissione di luce viene
iniziata da una reazione di trasferimento elettronico alla superficie dell’elettrodo.10 La misura
contemporanea di una grandezza elettrica e di un segnale ottico può permettere di sviluppare sensori
con una maggiore sensibilità e selettività. Lo sviluppo di questi dispositivi permetterà quindi di
ottenere biosensori miniaturizzati ad elevata prestazione sotto vari aspetti: in termini cinetici, di
linearità della risposta e di limiti di rilevabilità.
Bibliografia
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. 4, 87, (2009), ed. Lin Y. and
Nalwa H.S.
4
Zamuner M., Pozzi Mucelli S., Tormen M., Stanta G. and Ugo P. Eur. J. Nanomed. 1, 33 (2008)
5
Shi H.B., Yeh J.I., Nanomedicine 2 , 587-598 (2007)
6
Ugo P., Moretto L.M., Bellomi S., Menon V.P. and Martin C.R. Anal. Chem 68, 169 (1996)
7
Menon V.P. and Martin C.R. Anal. Chem. 67, 1920 (1995)
8
Amatore C., Saveant J.M. and Tessier D. J. Electroanal. Chem. 147, 39 (1983)
9
Sabatani E. and Rubinstein J. J. Phys. Chem. 91, 6663 (1987)
10
Deiss F., LaFratta C.N., Symer M., Blicharz T.M., Sojic N. and Walt D.R. J. Am. Chem. Soc. 131,
6088 (2009)
L’obbiettivo che si vuole raggiungere alla fine dei tre anni è l’ottenimento di una matrice di
biosensori nanostrutturati (un array di nanoarray) per il riconoscimento molecolare, in particolare di
DNA, con uno specifico obbiettivo di diagnostica medica (un kit per individuare la positività ad una
134
patologia umana) che verrà selezionato in una fase successiva del progetto. La possibilità di
estrema miniaturizzazione del sistema NEA dà inoltre la possibilità di ottenere una rivelazione
multianalita, funzionalizzando opportunamente spot localizzati con probe diversi. Inoltre dopo una
prima fase di sviluppo dei sensori mediante litografia elettronica, i nanoelettrodi verranno relizzati
con litografia nanoimprinting, per garantire una maggior efficienza ed il contenimento dei costi.
 Ottimizzazione dei materiali utilizzati (polimero e materiale conduttore) e del processo
di nanofabbricazione per la realizzazione dei NEA.
 Setup della strumentazione necessaria.
 Verifica delle proprietà elettrochimiche e delle potenzialità analitiche dei bionanosensori.
Progetto di ricerca
Le ricerche concernenti questo progetto sono già state avviate dai gruppi presso cui si svolgerà la
ricerca, utilizzando oro come materiale conduttore e policarbonato come polimero. In seguito alla
comparsa di difficoltà connesse all’immobilizzazione del DNA sulla superficie conduttrice, dopo un
periodo di ricerca bibliografica per valutare eventuali materiali sostitutivi per la fabbricazione degli
array di nanoelettrodi ed un periodo di training sulla strumentazione da utilizzare (in particolare
sull’electron beam lithography), la ricerca proseguirà attraverso le seguenti fasi:
1) Ottimizzazione dei materiali, sia per quanto riguarda la superficie conduttiva che per quanto
riguarda il film polimerico, per poter assicurare sia un’elevata efficienza di trasferimento degli
elettroni che un’ottimale funzionalizzazione della superficie con molecole biologiche.
Durante questa fase verranno inoltre ottimizzati i parametri di litografia elettronica per i
materiali selezionati.
2) Caratterizzazione elettrochimica dei nanosensori ottenuti, ed eventualmente introduzione nel
sistema di un complesso elettroattivo, per abbinare alla risposta elettrochimica un segnale
elettrochemiluminescente.
3) Funzionalizzazione del nanobiosensore con molecole biologiche, in particolare DNA, per
verificare l’applicabilità nel campo di riconoscimento molecolare.
4) Passaggio da litografia elettronica a litografia a nanostampa, per garantire una diminuzione dei
tempi e costi di fabbricazione per l’eventuale impiego in ambito biomedico.
 Corso di “Processi elettrodici” di 32 ore della Laurea Magistrale in Chimica tenuto dal
Prof. C. Tavagnacco;
 Corso di “Scanning Electron Microscopy” tenuto presso il TASC;
 Studio individuale di materiale riguardante i processi litografici.
135
136
Legenda
Milestone
Meeting
Disseminazione e divulgazione
Caratterizzazione elettrochimica
Ottimizzazione del proceso di litografia
Selezione dei materiali
Setup della strumentazione di misura
Training strumentazione
Ricerca bibliografica
Attività
2011
Gennaio
Febbraio
Marzo
Aprile
Maggio
Giugno
Luglio
Agosto
Settembre
Ottobre
Novembre
Dicembre
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 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65
4.Pubblicazioni dei dottorandi.
Venogono di seguito riportate le pubblicazioni dei dottorandi desunte dalla schede riportate al punto
precedente:
Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate o accettate per la pubblicazione)
1. Fernanda Sousa, Subhra Mandal, Chiara Garrovo, Alberto Astolfo, Alois Bonifacio, Diane
Latawiec, Ralf Hendrik Menk, Fulvia Arfelli, Sabine Huewel, Giuseppe Legname, HansJoachim Galla and Silke Krol, “Functionalized gold nanoparticles: a detailed in vivo
multimodal microscopic brain distribution study”, Nanoscale, in-press, 2010
2. L. Rigon, F. Arfelli, A. Astolfo, A. Bergamaschi, D. Dreossi, R. Longo, R.H. Menk, B.
Schmitt, E. Vallazza, E. Castelli, “A single-photon counting “edge-on” silicon detector for
synchrotron radiation mammography”, Nucl. Instr. And Meth. A, 608, S62-S65, 2009
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V.Chenda, D. Dreossi, M. Hola, J. Kaiser, L. Mancini, R.H. Menk, E. Quai, E. Quaia, L.
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Small Animals Phase Using Phase Contrast Based Micro CT and Synchrotron Radiation”, P.53.
50. Characterization of Composite Polysaccharide-Based Scaffolds” Gianluca Turco, Francesca
Bellomo, Eleonora Marsich, Sabrina Semeraro, Ivan Donati, Tommaso Scarpa, Andrea Travan,
Francesco Brun, Agostino Accardo, Gianni Schena and Sergio Paletti (aprile 2008, Amsterdam;
7-9 novembre 2008 bon-tec Hannover)
51. “POROUS NANO-HYDROXYAPATITE/ALGINATE SCAFFOLDS FOR BONE
REGENERATION” Eleonora Marsich, Sabrina Semeraro, Gianluca Turco, Francesca
Bellomo, Ivan Donati and Sergio Paletti (7-9 novembre 2008 bon-tec Hannover; Joint
Workshop of SFB762 & IMPRS 10th/11thSeptember 2009 in the Leucoreaat Wittenberg)
52. “ Evaluation of cells isolation and BMPs presence on different cryopreserved bone tissue”
Francesca Bellomo, Matteo Biasotto, Michela Faraon, Alessandro Viscioni, Maurizio Franco,
Eleonora Marsich, Roberto DiLenarda (7-9 novembre 2008 bon-tec Hannover)
53. “SPERIMENTAZIONE IN VIVO DI SCAFFOLD DI ALGINATO E IDROSSIAPATITE
PER RIGENERAZIONE OSSEA” F. Bellomo, M. Biasotto, G.Turco, R. Di Lenarda, S.
Paoletti (22° riunione nazionale “A. Castellani” dei dottorandi di ricerca in discipline
biochimiche Brallo di Pregola (PV) 9 – 12 Giugno 2009; Collegio dei docenti di odontoiatria
Roma 22-24 aprile 2009)
54. The Proceedings Of The 14th International Conference On Miniaturized Systems For
Chemistry And Life Sciences (Microtas 2010), Groningen (Netherlands) From 3-7 October
2010, Real-Time Biochemical Response Upon Chemical Stimulation Ofliving Monocytes
Investigated By Fourier Transform Infrared microspectroscopy (µ-FTIR) G. Birarda, G.
Grenci, L. Businaro, S. Pacor, M. Tormen, and L. Vaccari.
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56. Frassetto A, Marchesi G, Codan B, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. Contraction Stress
and Micro-hardness Analysis of Self-Adhesive and Dual-Cured Cements. J Dent Res 89 (Spec
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Stress and Extent of Polymerization of Flowable Composites. J Dent Res 89 (Spec Iss B):
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Chlorhexidine Pre-Treatment on Bond Strength of Fiber Posts. J Dent Res 89 (Spec Iss B):
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61. Marchesi G, Cadenaro M, Di Lenarda R, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. Influence of ethanol
on E-modulus of experimental adhesive blends. Dent Mater 2010; 26s: e11-e12.
62. Turco G, Marchesi G, Coslovi A, Cadenaro M, Paoletti S, Di Lenarda R, Tay FR, Pashley DH,
Breschi L. Chlorhexidine release from adhesive resins after chewing simulation. Dent Mater
2010; 26s: e17.
63. Frassetto A, Marchesi G, Codan B, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. Contraction stress
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64. Marchesi G, Frassetto A, Turco G, Breschi L, Di Lenarda R, Cadenaro M. “Contraction stress
of three Self-Adhesive Cements. Journal of Prosthetic Dentistry 2010, in press.
65. Physico-Chemical study of mucoadhesive interaction of chitosan-mucin systems, XXII
Convegno-Scuola sulla chimica dei carboidrati, Certosa di Pontignano, Siena, Italy, 20-23 June
2010
66. E. Sovernigo, S. Dal Zilio, A. Pozzato, L. Felisari, and M. Tormen, Nanomodules and light
trapping systems for high voltage organic solar cells, Proc. 25th EU PVSEC (2010) 743 - 746.
67. “Metal-doped TiO2 for hydrogen production”, V. Gombac, T. Montini, M. Cargnello, M.
Graziani and P. Fornasiero, Slovenian Conference on Materials and Technologies for
Sustainable Growth, oral presentation, University of Nova Gorica, Ajdovscina, Slovenia, 12th
May 2009
68. Informal workshop Scuola di Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie and Int. Max-Planck
Research School for Science and Technology of Nanostructures, oral presentation “Rare-earths
oxides-based nanostructures as heterogeneous catalysts”, Max Planck Institute of
Microstructure Physics, Halle, 15th-16th July 2009
69. “I giovani e la chimica in Friuli-Venezia Giulia”, oral presentation “Self-assembled materials
based on metallic nanoparticles for heterogeneous catalysis”, Department of Chemistry,
University of Trieste, 24th September 2009
70. “Active and stable Au catalysts for H2 purification”, T. Montini, M. Cargnello, C. Gentilini, L.
Pasquato, P. Fornasiero, S. Mehraeen, N. D. Browning, E. Fonda, GOLD 2009, 5th
international conference on gold technology and applications, Heidelberg (Germany), poster
presentation, 25th-30th July 2009
141
71. XV National School of Organometallic Chemistry, oral presentation “Pd@CeO2 dispersible
structures prepared by self-assembly for heterogeneous catalysis.”, Matteo Cargnello, Noah
Wieder, Tiziano Montini, Raymond J. Gorte and Paolo Fornasiero, Bertinoro (FC), 23-27 May
2010
72. “Embedded phases: a way to active and stable catalysts.”, M. Cargnello, lecture, Universidad
de Cadiz (Spain), Facultad de Ciencias, Departamento de Ciencia de Materiales e Ingeniería
Metalúrgica y Química Inorgánica, 10th June 2010
73. XXXVIII National Congress of the Inorganic Chemistry Division of the Italian Chemical
Society, Trieste, Italy, “Embedded metal nanoparticles as heterogeneous catalysts: advantages
and disadvantages.”, M. Cargnello, P. Fornasiero, V. Gombac, M. Graziani, B. Lorenzut and T.
Montini, poster presentation, 14 September 2010
74. L. Cozzarini, S. Cacovich, M. del Ben, F. Antoniolli and V. Lughi, “Optical properties of
CdSe/ZnSe core-shell nanocrystals”, NaNaX4: Nanoscience with Nanocrystals international
conference (poster session), Tutzing (Germany), 11-15.04.2010
75. Local stimulation with sub-micrometric precision of BDNF signaling in dendrites using optical
tweezers. D'Este E., Baj G., Beuzer P., Ferrari E., Tongiorgi E. & Cojoc D. (7th FENS Forum
of European Neuroscience)
76. Optical delivery of neuroactive compounds through UV fusion of functionalized liposomes.
Pinato G., Cojoc D., D'Este E. & Tavano F. (7th FENS Forum of European Neuroscience)
77. Focal stimulation of cultured neurons by Optical Tweezers. Elisa D’Este, Gabriele Baj, Paolo
Beuzer, Enrico Ferrari, Federica Tavano, Enrico Tongiorgi, Dan Cojoc. (Nano- and MicroMechanics of living Cell Adhesion)
78. Cell mobility and metastatic spreading: a study on human neoplastic cells using optical
tweezers. Tavano, Bonin, D’Este, Pinato, Stanta, Cojoc (Venezia Nanotech Italy 2010)
79. Stimulation of neurons by optically manipulated liposomes. G. Pinato, T. Raffaelli, E. D’Este,
F. Tavano, D. Cojoc (EOS conference 2010, Paris)
80. 3° Forum Nazionale dei Giovani Ricercatori di Scienza e Tecnologia dei Materiali
“Development of New MEMS for the Study of Mechanical and Morphological Properties of
Single Living Cells” R. Fior, S. Maggiolino, O. Sbaizero 22-24 Marzo 2010 Padova
81. “Lying-down Pentacene phases on (1X1)-TiO2(110)” V. Lanzilotto, C. Sànchez-Sànchez, G.
Bavdek, J. A. Martin Gago and L. Floreano, CNR-IOM Workshop, Trieste, 30/09-01/10/2010
(poster);
82. Abstract e Presentazione del poster allo spring college “Computational nanoscience”, ICTP
Trieste dal titolo “DNA-Origami for hybrid nanosensors”. Autori: Marini M., Firrao G.
83. Abstract e Presentazione di un poster dal titolo “DNA Origami for hybrid nanosensors” presso
NanotechItaly 2010, autori: Marini M., Piantanide L, Bek A, Lazzarino M, Musetti R, Firrao G.
84. G.Sciuto, R.Muscia - Innovative latent heat energy storage elements design based on
nanotechnologies. - Poster Session - Spring College on Computational Nanoscience, ICTP, 1728 May 2010, Miramare, Trieste.
85. Abstract:”Cell mobility and metastatic spreading: a study on human neoplastic cells using
Optical Tweezers” F.Tavano, S.Bonin, E.D’Este, G.Pinato, G.Stanta, D.Cojoc. Venezia,
NanotechItaly 2010
86. Poster: “Optical delivery of neuroactive compound through UV fusion of funcionalized
liposomes” G.Pinato, D.Cojoc, E.D’Este, F.Tavano 7th FENS forum of European neuroscience
142
87. Oral presentation:”Stimulations of neurons by optically manipulated liposomes” G. Pinato, T.
Raffaeli, E. D’Este, F.Tavano, D. Cojoc EOS Conference 2010 Paris
88. Poster: “High spatial resolution BDNF delivery by means of laser tweezers to stimulate
Federica Tavano, Enrico Tongiorgi, Dan Cojoc; EBSA 2009
89. Poster: “High Resolution Drug Delivery by Optical Tweezers Microscopy” Elisa D’Este,
Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico Ferrari, Federica Tavano, Enrico Tongiorgi, Dan Cojoc;
Super and High Resolution Imaging 2009
90. Poster: “Optical Tweezers as means to stimulate hippocampal neurons with BDNF coated
beads”; Elisa D’Este, Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico Ferrari, Federica Tavano, Enrico
Tongiorgi, Dan Cojoc; Nanobioviews-2nd international symposium on Optical Tweezers in life
scienceshippocampal neurons signalling”; Elisa D’Este, Gabriele Baj, Paolo Beuzer, Enrico
Ferrari,
91. “FARMACOGENETICA DELLA CARDIOTOSSICITÀ DA ANTRACICLINE”, Chiara
Zanusso e Giuseppe Toffoli, in “Complicanze cardiovascolari in oncologia: ieri ed oggi. La
gestione delle problematiche” svoltosi a Napoli in data 25-26 marzo 2009.
92. “NANOTECHNOLOGIES AND ONCOLOGY: PHARMACOKINETICS AND
PHARMACOGENOMICS TO OPTIMIZE THE ANTITUMOR THERAPIES”, Chiara
Zanusso, Erika Cecchin, Paola Biason, Elena De Mattia, Franca Sartor and Giuseppe Toffoli,
(Poster presentato al 2nd Phd workshop 10th/11 September 2009 presso Wittenberg) 93. - Self catalyzed GaAs nanowires on GaAs (100): growth and characterization S. Ambrosini, M.
Fanetti, V. Grillo and S. Rubini
94. - Catalyst consumption and structural changes in self-catalysed growth of GaAs nanowires by
MBE, S. Ambrosini, M. Fanetti, V. Grillo and S. Rubini
95. L. Pasquato, S. Bidoggia; Summer workshop on “Supramolecular functional materials”;
comunicazione orale dal titolo: "Morphology of mixed-monolayers protecting gold
nanoparticles", Bibione 20- 22 maggio 2010.
96. “Electrochemically shape-controlled synthesis of Fe nanoparticles, their structural
characterization and properties”, oral presentation, ICCOM-CNR Florence, Sesto Fiorentino,
24 March 2010
97. Denis Garoli, Marco Natali, Giuseppe Parisi, Michele Massari, Ongarello Tommaso, Valentina
Giorgis, Gianluca Ruffato, Enrico Sovernigo, Filippo Romanato, “Fabrication of negative
refractive index metamaterials in the visible spectral range”, MNE 2010
98. Polylysine coated silver nanoparticles as sensors for bilirubin quantification using Surface
Enhanced Raman Spectroscopy (SERS); L. Marsich, A. Bonifacio, V. Sergo; XVI Scuola
Nazionale di Scienza dei Materiali – Bressanone (BZ)
99. CO2 activation and hydrogenation on Ni model catalysts: an atomic-scale investigation by
spectroscopy and microscopy measurements and ab-initio calculations; E. Vesselli, M. Rizzi,
C. Dri, A. Peronio, C. Africh, X. Ding, A. Baraldi, A.Baldereschi, M. Peressi, and G. Comelli
Poster presentato al workshop dell’Istituto Officina dei Materiali del CNR, Padriciano (TS), 30
settembre – 1 ottobre 2010
100.STM-based tools for the investigation of chemical processes at the atomic level: FastSTM and
single molecule vibrational spectroscopies; C.Dri, A.Peronio, C.Africh, F.Esch and G.Comelli,
Poster presentato al workshop dell’Istituto Officina dei Materiali del CNR, Padriciano (TS), 30
settembre – 1 ottobre 2010
143
101.“Role of Resonances of Digital Plasmonic Gratings in Absorption Profile Remodulation in
Silicon Solar Cells”, P. Zilio, D. Sammito, G. Zacco, and F. Romanato, OSA Optical
Nanostructures for Photovoltaics, 2010, Karlsruhe (Germany) and CNR-IOM Workshop, 2010,
Trieste (Italy)
102.“Absorption Profile Remodulationin Silicon Solar Cells by Means of Plasmonic Gratings”, D.
Sammito, P. Zilio, G. Zacco, and F. Romanato, 25th EUPVSEC - WCPEC-5, 2010, Valencia
(Spain)
103. “Design, fabrication and characterization of plasmonic gratings”, M. Massari, T. Ongarello,
G. Pirruccio, P. Zilio, G. Ruffato, M. Carli, D. Sammito, V. Giorgis, D. Garoli, R. Bozio, R.
Pilot, R. Signorini, P. Schiavuta, F. Marinello, F. Romanato, 36th MNE, 2010, Genova (Italy)
104. “Sinusoidal plasmonic crystals for bio-detection sensors”, G. Zacco, A.Sonato, D. Sammito,
G. Ruffato, M. Morpurgo, D. Silvestri, M. Carli, G. Brusatin and F. Romanato, 36th MNE,
2010, Genova (Italy) and CNR-IOM Workshop, 2010, Trieste (Italy)
105. “Fabrication of “nano-rocket-tips” for plasmonic nanofocusing”, D. Garoli, F. Romanato, P.
Zilio, M. Natali, F. Marinello, T. Ongarello, D. Sammito, D. De Salvador, 36th MNE, 2010,
Genova (Italy)
144
5. Giudizi della commissione d’esame finale 2011
La commissione composta dai Professori, Università di Trieste (membro interno), hanno sentito i
candidati e stilato i seguenti giudizi:
Astolfo Alberto
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha ha avuto come obiettivo quello di sviluppare
un metodo per il tracciamento di cellule utilizzando nanoparticelle d’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.
Bellomo Francesca
La candidata ha illustrato il suo lavoro di tesi che è consistito nello studio e lo sviluppo di strutture
basate su biopolimeri da essere usate in un ottica di ingengria dei tessuti per la rigenerazione di
tessuto osseo.
La commissione ha apprezzato il livello scientifico del lavoro svolto ed ha individuato una grande
potenzialità per un approccio applicativo.
La candidata ha dimostrato di possedere una notevole conoscenza della materia in studio,
affrontando la discussione con competenza nelle tecniche proprie del lavoro di tesi. La candidata ha
risposto compiutamente ed in modo chiaro alle domande dei Commissari.
Approvata la relazione, la Commissione propone che alla candidata VENGA conferito il titolo di
Dottore di Ricerca.
Marchesi Giulio
Il candidato ha illustrato il suo lavoro di tesi che ha riguardato lo studio dei meccanismi di
invecchiamento e la stabilità di interfaccie ed adesivi per l’utilizzo in odontoiatria.
La commissione ha apprezzato il lavoro per lo sforzo compiuto di utilizzo di diverse tecniche di
caratterizzazione.
Il candidato ha dimostrato di possedere una buona conoscenza della materia in studio, affrontando
la discussione con competenza nelle tecniche proprie del lavoro di tesi. Il candidato ha risposto in
modo soddisfacente alle domande dei Commissari.
145
Dottore di Ricerca.
Fontanive Luca
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha riguardato lo studio di mezzi di contrasto
iodinati non ionici sia dal punto di vista sperim,entale che modellistico.
La commissione ha apprezzato il livello scientifico elevato del lavoro svolto, caratterizzato da una
notevole varietà di metodologie di indagine.
Il candidato ha dimostrato di possedere una notevole conoscenza della materia in studio,
affrontando la discussione con competenza nelle tecniche proprie del lavoro di tesi. Il candidato ha
Dottore di Ricerca.
Birarda Giovanni
Il candidato ha illustrato il suo lavoro di tesi che ha avuto come argomento principale lo sviluppo di
apparecchiature baste su microfuidica per applicazioni biomediche nell’ambito di FTIR micro
spettrometria.
La commissione ha apprezzato il livello scientifico elevato del lavoro svolto, caratterizzato da un
approccio originale al problema analizzato.
con competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente alle domande
della Commissione
Dottore di Ricerca.
Rampino Antonio
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi relativo allo studio di sistemi per il rialscio contrallato
di farmaci tramite nanoparticelle a base polisaccaride.
Il candidato ha dimostrato di possedere una notevole conoscenza della materia in studio,
affrontando la discussione con competenza nelle tecniche proprie del lavoro di tesi. Il candidato ha
Dottore di Ricerca.
146
Santarelli Xenja
La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto come argomento u di nanoparticelle
accoppiato ad un linea di luce di sinctrotrone.
La candidata ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando
con competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente alle domande
della Commissione.
Dottore di Ricerca.
Sovernigo Enrico
Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto come argomento principale lo studio
delle proprietà elettroniche per uso di convertitori fotovoltaici di nuova generazione.
La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato.
con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e
compiutatamente alle domande della Commissione.
Dottore di Ricerca.
147
6.Elenco dei componenti del collegio docenti
Componente
Ente
Dipartimento
SSD
BARALDI
Alessandro
BONIN Serena
UNITS
Department of Physics - DF
UNITS
BRESCHI
Lorenzo
CADENARO
Milena
CASALIS
Loredana
CESARO Attilio
UNITS
Department of Anesthesia, Surgery, MED/34 RU
Pathological Anatomy, Dermatology,
Pathology and Molecular Sciences
Clinical operative Unit of Odontoiatry MED/28 PA
and Stomatologic - UCOOS
Clinical operative Unit of Odontoiatry MED/28 PA
Not assigned
RIC
COJOC Dan
INFM-TASC
UNITS
Elettra
Synchrotron Spa
UNITS
Department of Life Sciences - DLS
COMELLI
UNITS
Giovanni
CONTIN Alfredo UNITS
DA ROS Tatiana UNITS
DANANI Andrea University
School Italian
Swiss
DE STEFANO
UNITS
DORIGO Elettra
DE VANNA
UNITS
Maurizio
DE VITA
Alessandro
DI FABRIZIO
Enzo
DI LENARDA
Roberto
FASSINA
Ambrogio
FERMEGLIA
Maurizio
FIRRAO
Giuseppe
FLORIAN Fiorella
UNITS
FIS/03
Qualifica
RU
CHIM/04 PO
Not assigned
FIS/03
PO
Department of Electronics,
ING/IND PA
Electrotecnics and Informatics - DEEI
Department of Pharmaceutical
CHIM/08 RU
Sciences - DSF
Not assigned
RIC
Clinical operative Unit of Odontoiatry
Department of Medical,
Technological and Traslational
Sciences - DMTTS
Department of Materials and Natural
Resources - DMNR
Not assigned
MED/28 PO
MED/25 PA
PO
Clinical operative Unit of Odontoiatry MED/28 PO
Not assigned
MED/08 PO
Exclusive
Member
Member
PO
Director
UNIUD
Department of Materials and Natural INGResources - DMNR
IND/24
Not assigned
AGR/12
PA
Member
UNITS
RU
Exclusive
Member
UNITS
UNIPD
UNITS
BIO/06
PA
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Member non
academic
Exclusive
Member
Member non
academic
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Member
foreing
University
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Member
UNICZ
INGIND/22
FIS/07
Ruolo
Collegio
Exclusive
Member
Exclusive
Member
148
Componente
Ente
Dipartimento
SSD
Qualifica
FORNASIERO
UNITS
Paolo
GAMINI Amelia UNITS
Department of Chemical Sciences DSCH
CHIM/03 PA
GIRALDI Tullio
UNITS
BIO/14
GRAZIANI
Mauro
LAZZARINO
Marco
LUGHI Vanni
UNITS
Department of Chemical Sciences DSCH
Not assigned
CHIM/03 PO
UNITS
INGIND/22
INGINF/01
BIO/06
RIC
MARSI Stefano
Resources - DMNR
Department of Electronics,
Electrotecnics and Informatics - DEEI
Department of Materials and Natural INGResources - DMNR
IND/22
FIS/01
PO
Department of Mechanical
Engineering - DIME
Not assigned
PA
UNITS
MARZARI
UNITS
Roberto
MERIANI Sergio UNITS
MORGANTE
UNITS
Alberto
MUSCIA Roberto UNITS
ONESTI Silvia
Elettra
Synchrotron Spa
PAOLETTI Sergio UNITS
PASQUATO
UNITS
Department of Chemical Sciences Lucia
DSCH
PRATI Ubaldo
Fund. Tommaso Not assigned
Campanella
PRICL Sabrina
UNITS
Resources - DMNR
RAVALICO
UNITS
Department of Anesthesia, Surgery,
Giuseppe
ROITTI Sergio
UNITS
Resources - DMNR
ROSEI Renzo
UNITS
RUBINI Silvia
INFM-TASC
SBAIZERO Orfeo UNITS
SCHMID Chiara UNITS
SERGO Valter
UNITS
CHIM/04 RU
RIC
RU
PO
PA
RIC
BIO/19 PO
CHIM/06 PA
P.Osp
INGPA
IND/24
MED/30 PO
INGIND/22
FIS/03
Not assigned
Resources - DMNR
Resources - DMNR
PO
PA
PO
RIC
INGIND/22
INGIND/22
ING-
PO
PA
PO
Ruolo
Collegio
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Member non
academic
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Vice Director
Exclusive
Member
Member non
academic
Member
Exclusive
Member
Member non
academic
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Member non
academic
Exclusive
Member
Exclusive
Member
Exclusive
149
Componente
Ente
SSD
Qualifica
CRO Aviano
Resources - DMNR
IND/22
Department of Anesthesia, Surgery, MED/08 PA
Not assigned
P.Osp
UNIVE
Not assigned
STANTA Giorgio UNITS
TOFFOLI
Giuseppe
UGO Paolo
Dipartimento
CHIM/01 PA
Ruolo
Collegio
Member
Member
Member non
academic
Exclusive
Member
150
7. Pubblicazioni rappresentative del collegio docenti
Produzione scientifica del collegio dal 2006 al 2011 (personale di ruolo nelle
università italiane e INAF)
1. BARALDI Alessandro
 SAVIO L, GERBI A, VATTUONE L, BARALDI A., COMELLI G, ROCCA M (2006). Monitoring super- and subsurface
oxygen on Ag(210) by high energy resolution X-ray photoelectron spectroscopy: Subsurface diffusion and
segregation. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY. B, CONDENSED MATTER, MATERIALS, SURFACES, INTERFACES
& BIOPHYSICAL, vol. 110; p. 942-, ISSN: 1520-6106
 WESTSTRATE C.J, BAKKER J.W, RIENKS E.D.L, VINOD C.P, LIZZIT S, PETACCIA L, BARALDI A., NIEUWENHUYS
B.E (2006). Synchrotron XPS and desorption study of the NO chemistry on a stepped Pt surface. SURFACE
SCIENCE, vol. 600; p. 1991, ISSN: 0039-6028
 BIANCHETTIN L, BARALDI A., DE GIRONCOLI S, LIZZIT S, PETACCIA L, VESSELLI E., COMELLI G, ROSEI R
(2006). Geometric structure of the N/Rh(100) system by core-level photoelctron spectroscopy: Experiment and
theory. PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER AND MATERIALS PHYSICS, vol. 74; p. 045430-, ISSN: 10980121, doi: 10.1103/PhysRevB.74.045430
 F. BUATIER DE MONGEOT, A. TOMA, A. MOLLE, S. LIZZIT, L. PETACCIA, BARALDI A. (2006). Carbon monoxide
dissociation on Rh nanopyramids. PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. 97; p. 56103, ISSN: 0031-9007
 BIANCHETTIN L, BARALDI A., VESSELLI E, DE GIRONCOLI S, LIZZIT S, PETACCIA L, COMELLI G., ROSEI R
(2007). Experimental and Theoretical Surface Core Level Shift Study of the S-Rh(100) Local Environment.
JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY. C, NANOMATERIALS AND INTERFACES, vol. 111; p. 4003-, ISSN: 1932-7447
 BARALDI A., BIANCHETTIN L, VESSELLI E, DE GIRONCOLI S, LIZZIT S, PETACCIA L, ZAMPIERI G, COMELLI G.,
ROSEI R (2007). Highly under-Coordinated Atoms at Rh Surfaces: Interplay of Strain and Coordination Effects on
Core Level Shift. NEW JOURNAL OF PHYSICS, vol. 9; p. 143-, ISSN: 1367-2630
 BUATIER DE MONGEOT F, TOMA A, MOLLE A, LIZZIT S, PETACCIA L, BARALDI A. (2007). Self-organised
synthesis of Rh nanostructures with tunable chemical reactivity. NANOSCALE RESEARCH LETTERS, vol. 2; p. 251,
ISSN: 1931-7573
 BARALDI A., VESSELLI E., BIANCHETTIN L, COMELLI G, LIZZIT S, PETACCIA L, DE GIRCONCOLI S, LOCATELLI
A, MENTES O.T, ABALLE L, WEISSENRIEDER J, ANDERSEN J.N (2007). The (1x1)-> hexagonal phase transition on
Pt(100) studied by high resolution core level photoemission. THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, vol. 127; p.
164702-, ISSN: 0021-9606, doi: 10.1063/1.2794344
 DING X, DE ROGATIS L, VESSELLI E, BARALDI A., COMELLI G, ROSEI R, SAVIO L, VATTUONE L, ROCCA M,
FORNASIERO P, ANCILOTTO F, BALDERESCHI A, PERESSI M. (2007). Interaction of carbon dioxide with Ni(110): a
combined experimental and theoretical study. PHYSICAL REVIEW. B, CONDENSED MATTER AND MATERIALS
PHYSICS, vol. 76; p. 195425-(1-12), ISSN: 1098-0121, doi: 10.1103/PhysRevB.76.195425
 TAIT S.L, WANG Y, LIN N, COSTANTINI G, BARALDI A., ESCH F, LIZZIT S, PETACCIA L, KERN K (2008). MetalOrganic coordination interactions in Fe-Teraphthalic acid networks on Cu(100). JOURNAL OF THE AMERICAN
CHEMICAL SOCIETY, vol. 130; p. 2108-2113, ISSN: 0002-7863
 BARALDI A. (2008). Structure and chemical reactivity of transition metal surfaces as probed by synchrotron
radiation core-level photoelectron spectroscopy. JOURNAL OF PHYSICS. CONDENSED MATTER, vol. 20; p. 93001,
ISSN: 0953-8984
 L. BIANCHETTIN, BARALDI A., S. DE GIRONCOLI, E. VESSELLI, S. LIZZIT, L. PETACCIA, G. COMELLI, R. ROSEI
(2008). Core level shifts of under-coordinated Pt atoms. THE JOURNAL OF CHEMICAL PHYSICS, vol. 128; p.
114706-, ISSN: 0021-9606
 E. VESSELLI, L. BIANCHETTIN, BARALDI A., A. SALA, G. COMELLI, L. PETACCIA, S. LIZZIT, S. DE GIRONCOLI
(2008). The Ni3Al(111) surface structure: experiment and theory. JOURNAL OF PHYSICS. CONDENSED MATTER,
vol. 20; p. 195223-, ISSN: 0953-8984
 T. STAUDT, A. DESIKUSUMASTUTI, M. HAPPEL, E. VESSELLI, BARALDI A., S. GARDONIO, S. LIZZIT, F. ROHR
AND J. LIBUDA (2008). Modelling NOx storage meterials: a high-resolution photoelectron spectroscopy study on
the interaction of NO2 with Al2O3/NiAl(110) and BaO/Al2O3/NiAl(110). JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY. C,
NANOMATERIALS AND INTERFACES, vol. 112; p. 9835-, ISSN: 1932-7447
 VESSELLI E, CAMPANIELLO M, BARALDI A., BIANCHETTIN L, AFRICH C, ESCH F, LIZZIT S, COMELLI G. (2008). A
Surface Core Level Shift Study of Hydrogen-Induced Ordered Structures on Rh(110). JOURNAL OF PHYSICAL
CHEMISTRY. C, NANOMATERIALS AND INTERFACES, vol. 112; p. 14475-, ISSN: 1932-7447
 VESSELLI E, DE ROGATIS L, DING X, BARALDI A., SAVIO L, VATTUONE L, ROCCA M, FORNASIERO P, PERESSI
M., BALDERESCHI A, ROSEI R, COMELLI G (2008). Carbon Dioxide Hydrogenation on Ni(110). JOURNAL OF THE
AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. 130(34); p. 11417-11422, ISSN: 0002-7863, doi: 10.1021/JA802554G
 S. LIZZIT, Y. ZHANG, K.L. KOSTOV, L. PETACCIA, BARALDI A., R. LARCIPRETE, D. MENZEL, K. REUTER (2009).
O- and H- induced surface core level shifts on Ru(0001): prevalence of the additivity rule. JOURNAL OF PHYSICS.
CONDENSED MATTER, vol. 21; p. 134009, ISSN: 0953-8984
 M. BIANCHI, D. CASSESE, A. CAVALLIN, R. COMIN, F. ORLANDO, L. POSTREGNA, E. GOLFETTO, S. LIZZIT,
BARALDI A. (2009). Clean and oxygen induced surface core level shift on Ir(111). NEW JOURNAL OF PHYSICS, vol.
11; p. 063002, ISSN: 1367-2630
 BIANCHETTIN L, BARALDI A., DE GIRONCOLI S, VESSELLI E, LIZZIT S, COMELLI G., ROSEI R (2009). Surface
Core Level Shift: High Sensitive Probe to Oxygen-Induced Reconstruction of Rh(100). JOURNAL OF PHYSICAL
 S. LIZZIT, BARALDI A., CH. GRÜTTER, J.H. BILGRAM, PH. HOFMANN (2009). The surface phase transition and
low temperature phase of α-Ga(010) studied by SPA-LEED. SURFACE SCIENCE, vol. 603; p. 3222, ISSN: 00396028
 P. LACOVIG, M. POZZO, D. ALFÈ, P. VILMERCATI, BARALDI A., S. LIZZIT (2009). Growth of dome-shaped carbon
151
nanoislands on Ir(111): the intermediate between carbidic clusters and quasi free-standing graphene. PHYSICAL
REVIEW LETTERS, vol. 103; p. 166101, ISSN: 0031-9007
 DE ROGATIS L, VESSELLI E, BARALDI A., CASULA M.F, MONTINI T, COMELLI G, GRAZIANI M, FORNASIERO P.
(2009). Charge Redistribution at the Embedded Rh-Alumina Interface. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY. C,
NANOMATERIALS AND INTERFACES, vol. 113(42); p. 18069-18074, ISSN: 1932-7447, doi: 10.1021/JP905736Q
 GOLFETTO E., BARALDI A., POZZO M., ALFÈ D., SALA A., LACOVIG P., VESSELLI E., LIZZIT S., COMELLI G.,
ROSEI R. (2010). Determining the chemical reactivity trends of Pd/Ru(0001) pseudomorphic overlayers: core level
shift measurements and DFT calculations. JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY. C, NANOMATERIALS AND
INTERFACES, vol. 114 (2010); p. 436--, ISSN: 1932-7447
 BALOG R., JORGENSEN B., NILSSON L., ANDERSEN M., RIENKS E., BIANCHI M., FANETTI M., LAESGAARD E.,
BARALDI A., LIZZIT S., SLJIVANCANIN Z., BESENBACHER F., HAMMER B., PEDERSEN T.G. HOFMANN PH.,
HORNEKAER L. (2010). Band Gap Opening in Graphene Induced by Patterned Hydrogen Adsorption. NATURE
MATERIALS, vol. 9 (2010); p. 315-319, ISSN: 1476-1122
 VESSELLI E, RIZZI M, DE ROGATIS L, DING X, BARALDI A., COMELLI G, SAVIO L, VATTUONE L, ROCCA M, P.
FORNASIERO, BALDERESCHI A, PERESSI M (2010). Hydrogen-assisted transformation of CO2 on nickel: the role of
formate and carbon monoxide. THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS, vol. 1; p. 402-406, ISSN: 19487185, doi: 10.1021/jz900221c.
 LIZZIT S., ZAMPIERI G., PETACCIA L., LARCIPRETE R., LACOVIG P., RIENKS E.D.L., BIHLMAYER G., BARALDI A.,
HOFMANN PH. (2010). Band dispersion in the deep 1s core levels of graphene. NATURE PHYSICS, vol. 6; p. 345349, ISSN: 1745-2473, doi: 10.1038/nphys1615
 LIZZIT S., BARALDI A. (2010). High resolution fast x-ray photoelectron spectroscopy study of ethylene
interaction with Ir(111): from chemisorption to dissociation and graphene formation. CATALYSIS TODAY, vol. 154;
p. 68-74, ISSN: 0920-5861, doi: 10.1016/j.cattod.2010.05.028
 VESSELLI E., BARALDI A., LIZZIT S., COMELLI G. (2010). Large Interlayer Relaxation at a Metal-Oxide
Interface:
The Case of a Supported Ultrathin Alumina Film. PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. 105; p. 046102-046105, ISSN:
0031-9007, doi: 10.1103/PhysRevLett.105.046102
 POZZO M., ALFE`D., LACOVIG P., HOFMANN PH., LIZZIT S., BARALDI A. (2011). Thermal Expansion of
Supported and Freestanding Graphene:
Lattice Constant versus Interatomic Distance. PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. 106; p. 135501-135504, ISSN:
0031-9007, doi: 10.1103/PhysRevLett.106.135501
 MINIUSSI E., POZZO M., BARALDI A., VESSELLI E., ZHAN R.R., COMELLI G., MENTES T.O., NINO M.A.,
LOCATELLI A., LIZZIT S., ALFE' D. (2011). Thermal Stability of Corrugated Epitaxial Graphene Grown on Re(0001).
PHYSICAL REVIEW LETTERS, vol. 106/2011; p. 216101-216104, ISSN: 0031-9007, doi:
10.1103/PhysRevLett.106.216101
2. BONIN Serena
 TOTHOVA SM, BONIN S., TREVISAN G., STANTA G. (2006). Mycosis fungoides: is it a Borrelia burgdorferiassociated disease?. BRITISH JOURNAL OF CANCER, vol. 94; p. 879-883, ISSN: 0007-0920
 BONIN S., BRUNETTI D, BENEDETTI E, GORJI N, STANTA G. (2006). Expression of cyclin-dependent kinases and
CDC25a phosphatase is related with recurrences and survival in women with peri- and post-menopausal breast
cancer. VIRCHOWS ARCHIV, vol. 448; p. 539-544, ISSN: 0945-6317
 STANTA G., POZZI MUCELLI S, PETRERA F, BONIN S., BUSSOLATI G (2006). A Novel Fixative Improves
Opportunities of Nucleic Acids and Proteomic Analysis in Human Archive's Tissues. DIAGNOSTIC MOLECULAR
PATHOLOGY, vol. 15(2); p. 115-123, ISSN: 1052-9551
 SCAGGIANTE B., BONIN S., CRISTIANO L, SIRACUSANO S, STANTA G, DAPAS B, GIANSANTE C, FIOTTI N,
GRASSI G (2008). Prostate Tumour-Inducing gene-1 analysis in human prostate cancer cells and tissue in relation
to Mycoplasma infection. CANCER INVESTIGATION, vol. 26(8); p. 800-808, ISSN: 0735-7907
 BONIN S., BRUNETTI D, BENEDETTI E, DOTTI I, GORJI N, STANTA G (2008). Molecular characterisation of breast
cancer patients at high and low recurrence risk. VIRCHOWS ARCHIV, vol. 452; p. 241-250, ISSN: 0945-6317, doi:
10.1007/s00428-007-0570-9
 STANTA G, CESCATO A, BONIN S., BARBAZZA R (2008). BIOETHICS CONSIDERATIONS FOR MEDICAL
RESEARCH IN HUMAN ARCHIVE TISSUES: THE POINT OF VIEW OF THE RESEARCHER. VIRCHOWS ARCHIV, vol.
453; p. 117-119, ISSN: 0945-6317
 TREVISAN G, PADOVAN C, SCAINI MT, CINCO M, FLORIS R, BONIN S. (2008). Anetoderma Associated with
Lyme Disease: A Case Report. ACTA DERMATO-VENEREOLOGICA, vol. 88(5); p. 536-538, ISSN: 0001-5555, doi:
10.2340/00015555-0513
 NARDON E, DONADA M, BONIN S., DOTTI I, STANTA G (2009). Higher random oligo concentration improves
reverse transcription yield of cDNA from bioptic tissues and quantitative RT-PCR reliability. EXPERIMENTAL AND
MOLECULAR PATHOLOGY, vol. 87; p. 146-151, ISSN: 0014-4800, doi: 10.1016/j.yexmp.2009.07.005
 DOTTI I., BONIN S., BASILI G., NARDON E., BALANI A., SIRACUSANO S., ZANCONATI F., PALMISANO S., DE
MANZINI N., STANTA G. (2010). Effects of formalin, methacarn, and fineFIX fixatives on RNA preservation.
DIAGNOSTIC MOLECULAR PATHOLOGY, vol. 19; p. 112-122, ISSN: 1052-9551
 BONIN S., MIERTUSOVA TOTHOTOVA S., BARBAZZA R., BRUNETTI D., STANTA G., TREVISAN G. (2010).
Evidence of Multiple Infectious Agents in Mycosis Fungoides Lesions. EXPERIMENTAL AND MOLECULAR
PATHOLOGY, vol. 89; p. 46-50, ISSN: 0014-4800, doi: 10.1016/j.yexmp.2010.05.001
 BONIN S., HLUBEK F., BENHATTAR J., DENKERT K., DIETEL M., FERNANDEZ P.L., HÖFLER G., KOTHMAIER H.,
KRUSLIN B., MAZZANTI C.M., PERREN A, POPPER H., SCARPA A., SOARES P., STANTA G., GROENEN P.J.T.A.
(2010). Multicentre validation study of nucleic acids extraction
from FFPE tissues. VIRCHOWS ARCHIV, vol. 457; p. 309-317, ISSN: 0945-6317, doi: 10.1007/s00428-010-0917-5
 DONADA M., BONIN S., NARDON E., DE PELLEGRIN A., DECORTI G., STANTA G. (2011). Thymidilate synthase
expression predicts longer survival in patients with stage II colon cancer treated with 5-flurouracil independently of
microsatellite instability. JOURNAL OF CANCER RESEARCH AND CLINICAL ONCOLOGY, vol. 137; p. 201-210, ISSN:
152
0171-5216, doi: 10.1007/s00432-010-0872-1
 BONIN S., FILON LARESE F., TREVISAN G., AVIAN A., RUI F., STANTA G., BOVENZI M. (2011). Gene expression
changes in peripheral blood mononuclear cells in occupational exposure to nickel. EXPERIMENTAL DERMATOLOGY,
vol. 20; p. 147-148, ISSN: 0906-6705, doi: 10.1111/j.1600-0625.2010.01162.x
 DOTTI I., BONIN S., NARDON E. (2011). Reverse Transcription. In: Stanta G.. Guidelines for Molecular Analysis
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Inverted tapered pillars for mass sensing. Melli, M., Cozzato, A., Lazzarino, M. 2010 Microelectronic Engineering
87, 730 (2010)
Modulation of alpha-synuclein aggregation by dopamine analogs. Latawiec, D., Herrera, F., Bek, A., Losasso, V.,
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Garbin, D. Cojoc, E. Ferrari, E. Di Fabrizio, M. Overvelde, M. Versluis, S. van der Meer, N. de Jong, D. Lohse
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polymorphisms on gastric cancer and on first-degree relatives of patients with gastric cancer. Tumor Biol.;
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Mechanical stabilization effect of water on a membrane-like system, M. Castronovo, F. Bano, S. Raugei, D. Scaini,
M. Dell'Angela, R. Hudej, L. Casalis, G. Scoles, J. Am. Chem. Soc. 129, 2636-2641, (2007)
Characterization of indium tin oxide surfaces after KOH and HCl treatments, S. Gardonio, L. Gregoratti, D. Scaini,
C. Castellarin-Cudia, P. Dudin, P. Melpignano, V. Biondo, R. Zamboni, S. Caria, M. Kiskinova, Organic
Electronics 9, 253-261, (2008)
Electron Transfer Mediating Properties of Hydrocarbons as a Function of Chain Length: A Differential Scanning
Conductive Tip Atomic Force Microscopy Investigation, D. Scaini, M. Castronovo, L. Casalis, G. Scoles, ACS
Nano, 2, 507-515, (2008)
MgO-Supported Rhodium Particles and Films: Size, Morphology, and Reactivity, L. Gregoratti, D. Scaini, Y. He, H.
Over, M. Kiskinova, J. Phys. Chem. C, 112, 9040-9044, (2008)
Primate cathelicidin orthologues display different structures and membrane interactions, F. Morgera, L. Vaccari,
N. Antcheva, D. Scaini, S. Pacor, A. Tossi, Biochem J., 417, 727-735, (2008)
186
Quantitative Study of the Effect of Coverage on the Hybridization Efficiency of Surface-Bound DNA
Nanostructures, E. Mirmomtaz, M. Castronovo, C. Grunwald, F. Bano, D. Scaini, A. Ensafi, G. Scoles, L.
Casalis, Nano Lett., 8, 4134-4139 (2008)
Carbon nanotubes might improve neuronal performance by favouring electrical shortcuts, G. Cellot, E. Cilia, S.
Cipollone, V. Rancic, A. Sucapane, S. Giordani, L. Gambazzi, H. Markram, M. Grandolfo, D. Scaini, F. Gelain,
L. Casalis, M. Prato, M. Giugliano, L. Ballerini, Nature Nanotech.,4, 126-133 (2009)
Oriented Immobilization of Prion Protein Demonstrated via Precise Interfacial Nanostructure Measurements,
Barbara Sanavio, Denis Scaini, Christian Grunwald, Giuseppe Legname, Giacinto Scoles, Loredana Casalis,
ACS Nano, 4, 6607-6616, (2010)
Inverted tapered pillars for mass sensing. Melli M., Pozzato A., Lazzarino M. 2010 /Microelectronic Engineering/
*87*, 730 (2010)
Modulation of alpha-synuclein aggregation by dopamine analogs. Latawiec, D., Herrera, F., Bek, A., Losasso, V.,
Candotti M., Benetti F., Cino E. M. Lazzarino P. Carloni and Legname G. /PLoS ONE/ 5 (2), art. no. e9234
(2010)
Nanoscale chemical mapping using three-dimensional adiabatic compression of surface plasmon polaritons . De
Angelis F., Das G., Candeloro P., Patrini M., Galli M., Bek A., Lazzarino M. , Di Fabrizio E. /Nature
Nanotechnology/ *5 * 67 (2010)
187
8.Criteri di valuatazione delle scuole di dottorato
Si riportano di seguito i criteri di valutazione delle scuole di dottorato utilizzati dal nucleo previa
approvazione degli organi accademici (questi sono i criteri adottati per la valutazione del 2008).
1. INTRODUZIONE E RIFERIMENTI LEGISLATIVI
L’attività di valutazione dei requisiti di idoneità dei corsi di dottorato di ricerca viene effettuata dal
Nucleo di Valutazione (entrato in carica per il triennio 2006-2009 con DR 102/07 del 23/01/07 e
riconfermato per il triennio 2009-2012 con D.R. 1817/09) in adempimento al disposto di cui al
primo comma dell'art.3 del D.M. 30 aprile 1999, n. 224.I riferimenti legislativi sono i seguenti:
 D.M. 30 aprile 1999 n. 224 “Regolamento in materia di Dottorato di ricerca”, art.3 comma 2;
 Circolare M.I.U.R (Dipartimento per l’Università, l’Alta Formazione Artistica, Musicale e
Coreutica e per la Ricerca Scientifica e Tecnologica – Direzione Generale per l’Università Ufficio IX) prot. 323, dd. 21/02/2006;
 Regolamento in materia di Dottorato di Ricerca dell’Università degli Studi di Trieste (D.R. n.
908/AG dd. 08/10/99, ultima modifica D.R. n. 1867/2006 dd. 30/10/06);
 Regolamento Generale per le Scuole di Dottorato dell’Università di Trieste (D.R. n.1188/2006
dd. 14/7/06).
I requisiti di idoneità, in base ai quali sarà condotta la valutazione dei Corsi di Dottorato, sono
quelli previsti dal D.M. 224/99:
a) la presenza nel collegio dei docenti di un congruo numero di professori e ricercatori
dell'area scientifica di riferimento del corso;
b) la disponibilità di adeguate risorse finanziarie e di specifiche strutture operative e
scientifiche per il corso e per l’attività di studio e di ricerca dei dottorandi;
c) la previsione di un coordinatore responsabile dell’organizzazione del corso, di un
collegio di docenti e di tutori in numero proporzionato ai dottorandi e con
documentata produzione scientifica nell’ultimo quinquennio nell’area di riferimento del
corso;
d) la possibilità di collaborazione con soggetti pubblici o privati, italiani o stranieri, che
consenta ai dottorandi lo svolgimento di esperienze in un contesto di attività lavorative;
e) la previsione di percorsi formativi orientati all'esercizio di attività di ricerca di alta
qualificazione presso università, enti pubblici o soggetti privati;
f) l’attivazione di sistemi di valutazione relativi alla permanenza dei requisiti di cui al
presente comma, alla rispondenza del corso agli obiettivi formativi di cui all’articolo 4,
anche in relazione agli sbocchi professionali, al livello di formazione dei dottorandi;
e il requisito aggiuntivo previsto dal regolamento di Ateneo:

la presenza nel Collegio dei docenti (…) di almeno dieci docenti di ruolo presenti in
maniera esclusiva in quel Collegio.
188
Il MIUR (circolare Prot.323, dd. 21/2/2006), “al fine di consentire l’adozione di criteri omogenei
di valutazione da parte dei Nuclei e di disporre di informazioni in grado di permettere un’analisi
comparativa dello stato dei dottorati nelle diverse sedi e nei diversi ambiti disciplinari”, ha inviato
ai Nuclei di Valutazione uno schema di valutazione, proposto dal Comitato Nazionale per la
Valutazione del Sistema Universitario, da utilizzare per la verifica dei requisiti di idoneità dei
dottorati di ricerca di ciascuna sede.
Tale schema, confermato anche dalla circolare MIUR n.124 del 2/2/2007, consiste in un
questionario di domande che vanno a definire i requisiti del D.M. 224/99 in modo puntuale e
operativo, individuando alcuni aspetti che i Nuclei devono analizzare per le loro valutazioni.
I Nuclei sono, quindi, chiamati dal Ministero a formulare un giudizio motivato e ad esprimere
una valutazione di merito su ciascun dottorato per ciascuno degli aspetti individuati.
Per quanto riguarda le Scuole di Dottorato, in base all’art.2, comma 8 del relativo regolamento,
oltre ai requisiti già individuati dal D.M. 224/99, è necessario verificare la sussistenza dei seguenti
ulteriori requisiti:
g) l’esistenza di un progetto formativo e di ricerca che illustri dettagliatamente gli obiettivi
scientifico-formativi relativamente a tematiche sufficientemente ampie e, ove possibile, a
carattere interdisciplinare;
h) l’inserimento dei percorsi formativi all’interno di documentate iniziative di collaborazione
internazionale anche attraverso il coinvolgimento di una qualificata docenza internazionale
i) la documentata esistenza di iniziative rivolte ad attirare finanziamenti da parte di Enti
pubblici e privati finalizzati all’erogazione di borse di studio e di contributi di funzionamento;
j) la documentata esistenza di iniziative rivolte alla pubblicizzazione verso l’esterno sia delle
modalità di selezione e accesso sia delle attività scientifico-didattiche, allo scopo di ottimizzare
l’attrattività della Scuola, con particolare attenzione per i potenziali candidati stranieri.
Inoltre, in base all’art.4.2, è previsto tra gli organi della Scuola un Consiglio Scientifico costituito
da almeno 5 componenti.
Infine, ai sensi dell’art.5 “1. La Scuola di Dottorato può articolarsi in indirizzi. L’articolazione in
indirizzi, che deve essere giustificata sulla base di adeguate motivazioni scientifico-culturali e che
deve riferirsi ad un programma formativo relativo a un ambito disciplinare sufficientemente ampio
(…).
2. Un indirizzo può essere attivato soltanto qualora: (…) b. sussista nel Collegio la presenza di
almeno quattro docenti non soprannumerari afferenti ai settori scientifico-disciplinari
caratterizzanti l’indirizzo in modo esclusivo; c. siano assegnate all’indirizzo almeno due borse.”
2. PROCEDURA DI VALUTAZIONE
2.1 Presentazione delle domande e tempistica della valutazione
Le domande di attivazione di Scuole di Dottorato e di Istituzione/Rinnovo di Corsi di Dottorato di
Ricerca sono state presentate tramite una nuova procedura elettronica realizzata a cura dalla
Divisione ISI denominata ADO,.
189
2.2 Criteri di valutazione
Il Nucleo ha verificato preliminarmente che nella scheda di ogni componente del collegio fossero
state indicate solamente 3 pubblicazioni degli ultimi 5 anni, scelte tra quelle ritenute più
significative della produzione scientifica connessa con le tematiche del dottorato.
Infatti, poiché il Nucleo ha la possibilità di visualizzare l'intera produzione scientifica dei docenti
nella banca dati Saperi/CINECA, ritiene più informativo ed efficace per la valutazione che i docenti
selezionino nella proposta la propria produzione di eccellenza.
Il Nucleo analizzerà anche con l’ausilio di opportuni indicatori, i seguenti aspetti:
− produzione scientifica del Collegio Docenti come elemento fondamentale per qualificare le
proposte di Dottorato di Ricerca (3° requisito DM.224/99);
− congruo numero di docenti dell’Ateneo coinvolti nel collegio (1° requisito DM.224/99);
− rapporto del dottorato con il mondo del lavoro, valutato in termini di profilo professionale che
si intende formare (4° requisito DM.224/99);
− attrattività del dottorato e della sede nell’ultimo ciclo attivo (rapporto candidati presenti/posti
con borsa banditi; rapporto iscritti dottorato provenienti da altri atenei/iscritti totali);
− livello di soddisfazione dei dottorandi (informazione ricavata dal questionario inviato agli
iscritti ai corsi di dottorato nel novembre 20081);
− produzione scientifica dei dottorandi ed iniziative esistenti di pubblicizzazione e refe raggio
delle tesi di dottorato;
− adeguata formulazione delle tematiche scientifiche e degli obiettivi formativi, coerentemente
con le risorse disponibili (collegio docenti, progetti di ricerca attivi, strutture di ricerca, risorse
finanziarie finalizzate al funzionamento del dottorato);
− accuratezza delle informazioni fornite per la valutazione;
− sito web dedicato al dottorato di ricerca.
Inoltre, come auspicato dal consiglio delle Strutture Scientifiche, il Nucleo ha valutato, oltre alla
capacità di cofinanziamento prevista per il nuovo ciclo, il cofinanziamento effettivo ex post
dell’ultimo ciclo attivo e il suo scostamento da quello inizialmente preventivato.
Il nucleo richiama anche l’attenzione sui seguenti punti:
 completezza di informazioni sul sito WEB, in cui il sito della scuola viene indicato come
‘Best practice’;
 raccomandazione di inserire sul sito indicazioen del monitoraggio lavorativo dei dottori di
ricerca;
 raccomandazione di inserire sul sito e pubblicazionei dei dottori di ricerca;
 segnala che in alcune scuole le borse bandite non sono state saturate (aspetto che non
riguarda la nostra scuola);
190
9.Valutazione da parte del nucleo di valutazione dell’Ateneo
Criterio
tipo_rec ord
nome_dottorato
nuova_istituzione
anno_attivazione
Dipartimento
cognome _docente
nome_docente
Borse cofinanziate
Borse richieste all'Ateneo
Iscritti con Borsa
Valutazione cofinanzi amen to
Posti ordinari
Posti ordinari coperti da borsa (vincolo >= 50%)
Posti ordinari coperti da borsa (vincolo >= 50%)
(consuntiv o bando XXIV ciclo)
N. Componenti esclusivi Collegio (vincolo >=10)
Attrattività del dottorato (Presenti alla prova esame
ultimo ciclo attivo/Posti con borsa)
Attrattività della sede (Iscritti altro Ateneo/Totale
iscritti ultimo ciclo attivo)
Valutazione attrattività della sede
Composizione Collegio docenti eProduzione
Scientifica (1° e 3° requisito DM 224/99)
Obiettivi formativi e progetto scientifico (1° requisito
DM 224/99)
Disponibilità risorse e strutture (2° requisito DM
224/99)
Rapporto del dottorato con il mondo lavoro (4°
requisito DM 224/99)
Percorsi formativi orientati alla ricerca (5° requisito
DM 224/99)
Valutazione sistemi di valutazione (6° requisito DM
224/99)
Valutazione sito web
Soddisfazione dottorandi (punteggio 1- 5 questionario
novembre 2009)
Valutazione produzione scientifica dottorandi
Valutazione complessi va
Valutazione
Scuola di dottorato senza indirzzi
NANOTECNOLOGIE
Rinnovo
2006
Dipartimento di Fisica
Fermeglia
Maurizio
5
5
12
POSITIVO
20
50,00%
52.94%
27
2,90
76,00%
media
OTTIMO
POSITIVO
POSITIVO
POSITIVA
la
professionale
POSITIVO
definizione
dellel
figura
POSITIVO
OTTIMO
2.81
POSITIVA
A+ (OTTIMO)
Il documento completo di valutazione di tutte le scuole di dottorato dell’università di Trieste è
riportato in allegato. Questo documento è utile per posizionare la scuola anche in relativo rispetto
alle altre scuole e corsi di dottorati valutati con lo stesso metro.
191
10. Giudizi dei referee esterni per dottorandi ammessi all’esame
finale
Di seguito sono riportati i referee esterni scelti dal collegio per ciascuno dei dottorandi:
Dottorando
Titolo
Supervisore
Astolfo
Alberto
Development of novel experimental ARFELLI
methods for cell tracking using Fulvia
nanoparticles
L. Dean Chapman, PhD
Dr. Juergen Mollenhauer
Bellomo
Francesca
Biopolymer based scaffold for tissue PAOLETTI
engineering
Sergio
Dr. Niko Moritz
Dr. Judith Juhasz
Birarda
Giovanni
Development of microfluidic devices for FRANCIOSI
Dr. Paul Dumas
biomedical applications of Synchrotron Alfonso / Lisa Dr. Nikolaj Gadegaard
Radiation FTIR Microspectroscopy
Vaccari
Fontanive
Luca
Nanoscale
interaction
for
efficiency of contrast media
Marchesi
Giulio
Analysis of aging and stability of bonded BRESCHI
interface in dentistry
Lorenzo
Prof. Steve Armstrong,
Prof. Marcela Carrilho
Rampino
Polysaccharide based nanoparticles for CESARO
Carla M. Caramella
Antonio
drug delivery
Paolo BLASI, Ph.D.
Santarelli
Xenja
Correlation between structure and ROSEI
reactivity for nanostructured catalysts
Renzo
Sovernigo
Enrico
Influence of nanostructure on the MORGANTE Prof. Dr. Gvido Bratina
electronic properties of hetero junctions Alberto
Dr.ssa Francesca Brunetti
in photovoltaic cells
higher CESARO
Attilio
Attilio
Reviewer
Prof. Assuntina Morresi
Alessandro Maiocchi
Prof. Alvise Benedetti
Prof. Jennifer Mac Load
Vedi dettaglio negli allegati.
192
11.Presentazioni dei dottorandi al congesso del 2009
Le presentazioni PPT dei dottorandi al congresso del 2010 sono riportate negli allegati.
193

Relazione ScientificaAprile2011

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