Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie Resoconto dell’attività 2013 Sommario 1. Relazione scientifica riassuntiva 3 2. Elenco dottorandi, supervisori e titolo delle tesi 7 3. Schede attività dottorandi 13 4. Matrice attività di ricerca 164 5. Esame finale 2013 167 6 Giudizi della commissione d’esame finale aprile 2013 169 7. Progetti dottorandi 29esimo ciclo 172 8. Elenco pubblicazioni dei dottorandi 241 9. Elenco membri del Collegio Docenti 254 10. Elenco pubblicazioni scientifiche del collegio docenti 2009-2013 256 11. Criteri di Valutazione della proposta di dottorato per il 29esimo ciclo. 297 12. Valutazione del corso di dottorato da parte del Nucleo di Valutazione 298 Attività della scuola: situazione ad aprile 2014 In questa relazione sono riportate le attività didattico-scientifica della scuola di dottorato in nanotecnologie svolte durante l’anno 2013 fino ad aprile 2014. Il documento si compone delle seguente sezioni: 1. Relazione scientifica riassuntiva. 2. Elenco dei dottorandi con i corrispondenti supervisori e titolo della tesi/progetto di ricerca. 3. Schede di attività dei dottorandi che hanno svolto attività continuativa nell’anno 2013. Questa attività è stata presentata nel congresso di gennaio 2014. ed è riassunto per ogni dottorando nelle schede riportate di seguito. Le schede si riferiscono ai dottorandi in corso dei cicli 26, 27 e 28, non esssendoci dottorandi in proroga da cicli precedenti. 4. Matrice dell’attività di ricerca degli studenti di dottorato dei cicli 26, 27 e 28. 5. Elenco degli studenti del 25esimo ciclo che hanno sostenuto l’esame finale ad aprile 2013, titolo della tesi e nomi dei reviewers esterni. 6. Giudizi della commissione d’esame finale tenutesi il 9 aprile 2013. 7. Progetti dei dottorandi nuovi entrati nella scuola (29 ciclo). Questa attività non è stata presentata in gennaio 2014 poiché non ancora terminati le assegnazioni delle borse. 8. Lista delle Pubblicazioni dei dottorandi. 9. Elenco dei componenti del collegio docenti. 10. Lista delle pubblicazioni dei componenti il collegio docenti negli ultimi 5 anni, 2009-2013. 11. Criteri di Valutazione della proposta di attivazione di corsi di dottorato per il 29esimo ciclo. 12. Valutazione del corso di dottorato da parte del Nucleo di Valutazione. 13. Allegato. Giudizi dei reviewer per i dottorandi ammessi all’esame finale. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 2 1. Relazione scientifica riassuntiva Unica in Italia per il suo carattere multidisciplinare, la scuola di dottorato in Nanotecnologie dell’Università degli Studi di Trieste ha come missione il miglioramento delle conoscenze e l’educazione degli studenti nel campo delle nanotecnologie al fine di formare scienziati e tecnici per il 21° secolo. La caratteristica della Scuola è l’interdisciplinarità: sugli argomenti di ricerca attivi lavorano in sinergia fisici, chimici, biologi, ingegneri, medici, farmacologi, odontoiatri, biotecnologi, mantenendo e rafforzando la specificità della cultura di provenienza ed acquisendo nel contempo la capacità di sviluppare la propria ricerca in un quadro più ampio. caratterizzare materiali nanostrutturati, strumenti e dispositivi nanotecnologici in grado di rispondere alle alle crescenti e diversificate esigenze Chimica, Biologia, Biotecnologie, Medicina, Odontoiatria, Farmacia, Farmacologia che intendano acquisire una preparazione interdisciplinare di alto livello frequentando corsi e seminari in aree anche diverse da quelle di estrazione e dedicandosi alla ricerca nell'ambito delle collaborazioni con Enti di Ricerca ed Industrie (inter)nazionali stabilite dai Docenti e Tutori della Scuola. L'allievo “dottorato” di questa Scuola sarà un professionista della ricerca e dello sviluppo tecnologico che saprà applicare le proprie conoscenze, con capacità di valutazione critica, allo sviluppo di metodi di progettazione, produzione e valutazione di nuovi materiali e al miglioramento di quelli esistenti. Questo anche mirato ad una produzione industriale più efficace, economica e sostenibile dal punto di vista delle risorse e dell'ambiente. Il corso è una trasformazione della Scuola che è stata fondata nel 2006 a partire da un dottorato in nanotecnologie che ha avuto inizio nel 2003. Gli obiettivi g • • • • • • • i: Sviluppo di nuove tecniche per lo studio, la manipolazione e la visualizzazione su scala nanometrica di Materiali NanoStrutturati (MNS). Sviluppo di tecniche spettroscopiche di rivelazione di singola molecola su substrati nanostrutturati. Sintesi di nanostrutture. Applicazioni di nanotecniche e nanostrutture a ricerche di interesse biomedico ed energetico. Modellizzazione molecolare multiscala di MNS e di fenomeni di interesse con tecniche di simulazione computazionale. Applicazione delle nanotecnologie nei settori medico, farmacologico, biomedico ed agro alimentare. Questi obiettivi sono perseguiti avvalendosi delle attrezzature d'avanguardia disponibili nei laboratori dell'Università di Trieste e degli Enti di ricerca pubblici e privati convenzionati con l’Università di Trieste, elencati nella seguente tabella: n. Tipologia del soggetto Pubblico/Privato 1. Istituto/Ente di Ricerca non accademici (compreso IRCCS) PUBBLICO Elettra Sincrotrone Trieste S.C.p.A. 2. Istituto/Ente di Ricerca non accademici PUBBLICO Laboratorio Nazionale TASC-IOM CNR Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Denominazione del soggetto 3 (compreso IRCCS) 3. Istituto/Ente di Ricerca non accademici (compreso IRCCS) PUBBLICO CNR – Istituto di Chimica dei Composti Organometallici 4. Istituto/Ente di Ricerca non accademici (compreso IRCCS) PUBBLICO IRCSS Burlo Garofolo - Trieste 5. Istituto/Ente di Ricerca non accademici (compreso IRCCS) PUBBLICO CRO Aviano 6. Istituto/Ente di Ricerca non accademici (compreso IRCCS) PUBBLICO Istituto Nazionale dei tumori di Milano Fondazione IRCSS 7. Privato non di ricerca PRIVATO Indistrie Bracco 8. Istituto/Ente di Ricerca non accademici (compreso IRCCS) PUBBLICO Fondazione Callerio - Trieste Gli studenti di dottorato nel periodo in esame hanno svolto stage presso aziende ed enti di ricerca. Tra i più importanti è utile ricordare: Stage in Italia n. Pubblico/Privato Denominazione del soggetto 1. PUBBLICO CNR-IOM TASC Laboratorio Trieste 2. PUBBLICO Elettra Sincrotrone Trieste 3. PUBBLICO IRCCS Burlo Garofalo 4. PUBBLICO CRO Aviano 5. MISTO Centro Biomedicina Molecolare (CBM) 6. PUBBLICO Università di Udine 7. PUBBLICO Università di Roma Tor Vergata Stage all'estero n. Denominazione del soggetto Paese 1. Università di Lille 1 Francia 2. Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo, Ljubljana Slovenia 3. University Poznan - Center for nanotechnology Polonia 4. Centro de Fisica de Materiales Donostia/San Sebastian Spagna 5. Syncrotron - Grenoble Francia 6. Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia, Bellaterra Spagna Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 4 7. Karlsruhe Institute of Technology DFG-Centre for Functional Nanostructures, in Karlsruhe Germania 8. Radboud University - Nijmengen Olanda 9. University of Cadiz - Cadiz Spagna 10. Lawrence Berkeley National Laboratory LBNL, Berkeley California, USA 11. Ludwig Institute for Cancer Research, Univeristy of Oxford Inghilterra Di seguito alcuni numeri rappresentativi dell’attività della scuola: • Numero di studenti (ad aprile 2014): 63 [25 (27 ciclo) + 18 (28 ciclo) + 17 (29 ciclo) + 3 (26 ciclo)] • Numero di diplomati nel 2014: 11 • Numero di diplomati nel 2013: 10 • Numero di diplomati nel 2012: 12 • Numero di diplomati nel 2011: 8 • Numero di diplomati nel 2010: 7 • Numero di diplomati nel 2009: 6 • Enti di ricerca coinvolti nel dottorato: • o Dipartimenti dell’Università di Trieste: 5 (come nel 2012) o Enti di ricerca esterni: 10 o Altre Università: 3 (Udine, Venezia, Roma Tre) Numero di pubblicazioni degli studenti: o Anno 2007: 67 o Anno 2008: 68 o Anno 2009: 72 o Anno 2010: 105 o Anno 2011: 95 o Anno 2012: 98 o Anno 2013: 83 • Numero di pubblicazioni di supervisori e tutors (2009-13): oltre 1200 • Risorse finanziarie (per 2013): 6.000.000 di Euro • Valutazione complessiva del Nucleo di Valutazione dell’Università di Trieste sulla proposta per il 29 ciclo (luglio 2013): Eccellente (AA) Nuova normativa. Il MIUR ha emanato in data 8 febbraio 2013 il DM 45 il “Regolamento recante modalità di accreditamento delle sedi e dei corsi di dottorato e criteri per la istituzione dei corsi di dottorato da parte degli enti accreditati”, (pubblicato in G.U. n. 104 del 06/05/2013) che sostituisce il precedente “Regolamento in materia di Dottorato di ricerca” (DM 224/99). Inoltre, Il MIUR, con nota di indirizzo del Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 5 Ministro del 22 maggio 2013, ha fornito ai Nuclei di Valutazione degli atenei le Linee Guida per l’avvio dei dottorati di ricerca per l’a.a. 2013/14. In seguito a questo il Nucleo di Valutazione nella procedura di valutazione della proposta per il XXIX ciclo ha ritenuto di far riferimento ai seguenti criteri di valutazione, derivati dai requisiti di accreditamento previsti dal DM 45/2013 integrati con le specifiche delle Linee Guida MIUR, individuando per ciascuno opportuni indicatori di valutazione delle proposte. • • • • • • • • • • • composizione collegio risultati ricerca componenti il collegio disponibilità borse di studio disponibilità di congrui e stabili finanziamenti per la sostenibilità del corso strutture scientifiche programma formativo denominazione del corso e tematiche internazionalizzazione del corso impatto dottorato sul mondo produttivo attrattività del dottorato sbocchi professionali Per i dottorati di area scientifica si è prestata particolare attenzione anche ad una serie di indicatori, già in parte utilizzati ai fini dell’accreditamento, ma utili anche per fornire un quadro più dettagliato della valutazione complessiva: • % cofinanziamento borse XXIX (borse dipartimento ed esterne/borse totali) • finanziamento medio da progetti di ricerca per ogni posto e per ogni docente (somma) • % fondi progetti provenienti da soggetti stranieri • % iscritti stranieri XXVIII (Anagrafe Dottorati) • N. candidati XXVIII laureati altro Ateneo italiano (Anagrafe Dottorati) • N. candidati XXVIII laureati altro Ateneo (Anagrafe Dottorati) Nel corso del 2013 il Prof. Maurizio Fermeglia che è stato il direttore della scuola di dottorato in Nanotecnologie per 6 anni ha terminato il suo mandato divenendo il nuovo Rettore dell’Università degli Studi di Trieste e in seguito ad elezione la Prof.ssa Lucia Pasquato è è diventata coordinatore del corso di dottorato e direttore della scuola di dottorato in Nanotecnologie. Attività didattica. Oltre ai corsi didattici organizzati dalla scuola di dottorato come negli anni scorsi, è stato possibile offrire agli studenti della scuola, nell’ambito dell’iniziativa regionale progetto COREDO in collaborazione con l’Università di Udine e la SISSA, la partecipazione alla “3rd joint PhD Summer School on Nanotechnology” organizzata dalla SISSA dal 4 al 6 settembre 2013 e il “First FVG PhD Symposium” dal 7 al 9 di ottobre, organizzato dagli studenti di dottorato delle Università di Trieste, Udine e Sissa su Nanotecnologie, biomedicina e bioinformatica a Grado. L’attività didattica è inoltre stata arrichita da corsi specialistici tenuti presso Elettra-Sincrotrone Trieste e IOM-CNR dai loro ricercatori inerenti tecniche di analisi con luce di sincrotrone, approfondimenti su tecniche di analisi di nanomateriali e introduzione all’uso di software dedicati. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 6 2. Elenco dottorandi, supervisori e titolo delle tesi Dottorando Ciclo Supervisore SSD NomeDip CASSESE Damiano 26 LAZZARINO Marco FIS/03 Department of Physics - DF Design and realization of nanoelectromechanical and plasmonic devices for Raman spectro-microscopy CORVAGLIA Stefania DAL COL Valentina 26 CASALIS Loredana 26 PRICL Sabrina FIS/03 Department of Physics - DF Department of Engineering and Architecture - DIA FRASSETTO Andrea 26 CADENARO Milena MED/28 Clinical Department of Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS Nanoscale platform to study unstructured proteins interactions In silicio prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to cancer targeted prevention Nanostructural analysis of the adhesive interface in dentistry HUSSAIN Sajid 26 BIASIOL Giorgio FIS/03 Department of Physics - DF Syntesis of ordered semiconductor nanostructures by directed selfassembly for photonic applications MINIUSSI Elisa 26 BARALDI Alessandro 26 TORMEN Massimo FIS/03 Department of Physics - DF Department of Physics - DF Nanoscale properties of graphenebased interfaces Fabrication of microfluidic devices for studying living cells, responding to external stimuli, by vibration spectroscopies PALMA Giuseppina RADIVO Andrea 26 FRALEONI Alessandro 26 TORMEN Massimo FIS/03 Department of Physics - DF Department of Physics - DF ROMEO Michele 26 FRONZONI Giovanna CHIM/02 Department of Chemical and Pharmaceutical Science - DSCF Nanostructured dye-sensitized solar cells Experimental study of the physics of nanostructured organic photovoltaic devices. Development and applications of methodologies TDDFT for the simulation of core spectrum for condensed matter. SANTESE Francesca 26 FERMEGLIA Maurizio INGIND/24 TAVAGNACCO Letizia 26 CESARO Attilio CHIM/04 Department of How do water molecules probe and Life Science - DLS control bionanostructures and food functionalities 26 GOTTER FIS/03 Department of Study of magnetic properties in low Roberto Physics - DF dimentionality systems using synchrotron radiation MITRI Elisa VAIDYA Shital VIRGILIO Francesca 26 TORMEN Massimo INGIND/24 FIS/03 FIS/03 FIS/03 Titolo Tesi Department of Multiscale molecular modeling for Engineering and nanostructured multifunctional Architecture - DIA materials and coatings Department of Physics - DF Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Development of electrochemical sensors by nanofabrication techniques for biological and 7 Dottorando Ciclo Supervisore SSD NomeDip medical diagnostics Nanotechnology approaches for the detection of circulating tumor cells ABDOLLAHZADEH Iman 27 SCOLES Giacinto FIS/03 ANGELONI Valeria 27 BRESCHI Lorenzo MED/28 Clinical Role of collagen cross-linkers on the Department of stability of bonded interface Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS BORIN Daniele 27 LAZZARINO FIS/03 Department of Marco Physics - DF 27 MACOR Paolo MED/04 Department of Life Science - DLS CAPOLLA Sara Department of Physics - DF Titolo Tesi Micro mechanical oscillators for biochemical applications Use of chemotherapic-loaded nanoparticles in the treatment of cancer CECCHINI Paolo 27 TOGNETTO Daniele MED/30 Clinical Bio-Materials in oculist micro Department of surgery Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS COCEANO Giovanna DIOLOSA‘ Marina 27 COJOC Dan FIS/03 ELISEI Elena FORNASARO Stefano Department of Physics - DF 27 CADENARO MED/28 Clinical Milena Department of Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS 27 CESARO Attilio CHIM/04 Department of Life Science - DLS 27 PASSAMONTI BIO/10 Department of Sabina Life Science - DLS Department of Physics - DF Characterization of the mechanical properties of cancer cells Development of a new nanoengineered biopolymer-based dental adhesive system Nanostructured biomolecular glasses Targeting natural antioxidant compounds to the brain: a metabolomic assessment. Development of quantum well structures for multi band photon detection GANBOLD Tamiraa 27 BIASIOL Giorgio FIS/03 IONESCU Andrei Cristian 27 CADENARO Milena MED/28 Clinical The influence of resin-based dental Department of materials upon oral biofilms Medical Science, development. Surgery and Health - DCSMCS LOVAT Giacomo 27 MORGANTE Alberto FIS/03 Department of Physics - DF MARSON Domenico 27 PRICL Sabrina INGIND/24 NKOUA NGAVOUKA Maryse Dadina 27 CASALIS Loredana FIS/03 Department of Engineering and Architecture - DIA Department of High sensitivity detection of Physics - DF DNA/miRNA targets in AFM nanografted arrays Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Study of charge transfer processes at interfaces for photovoltaic applications Computer-assisted design of nanovectors for gene therapy 8 Dottorando Ciclo Supervisore OTTAVIANI Giulia 27 ZACCHIGNA Serena MED/28 Clinical Department of Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS Use of nanotechnology for the evaluation of the effect of laser therapy on neo-angiogenesis tumor in vivo and in vitro PANIGHEL Mirco 27 BARALDI ALESSANDRO FIS/03 Department of Physics - DF PIANTANIDA Luca 27 LAZZARINO Marco FIS/03 Department of Physics - DF Organic Molecules and Carbon Nanotubes Assembled on Metal Surfaces:Properties and Applications in Molecular Electronics and Photovoltaics Plasmonic ruler and the applications to the DNA origami PITTIA Paola 27 CESARO Attilio CHIM/04 Department of Life Science - DLS 27 BRESCHI MED/28 Clinical Lorenzo Department of Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS 27 CASTRONOVO FIS/03 Department of Matteo Life Science - DLS SCOTTI Nicola STOPAR Alex SSD NomeDip Titolo Tesi Nanotecnology for food science Laboratory evaluation of several nanofilled dental resin composites mechanical and chemical properties Innovative Tools for Pharmacogenetics and Pharmacogenomics: Protein-Nucleic Acid Interactions Within SelfAssembled Nanosystems Department of Novel nanostructured biomaterials Life Science - DLS for biomedical applications TARUSHA Lorena 27 PAOLETTI Sergio BIO/10 VEGA Marienette 27 SERGO Valter INGIND/22 VENTURELLI Leonardo 27 SCOLES Giacinto FIS/03 WANG Lianqin 27 FORNASIERO Paolo CHIM/03 Department of Chemical and Pharmaceutical Science - DSCF Design, synthesis and characterization of nanostructured materials for electrocatalysis ZANNIER Valentina ABDALLA MOHAMMED KHALID Amna 27 RUBINI Silvia FIS/03 Department of Physics - DF Department of Physics - DF Synthesis and characterization of semiconductor nanowires Atomic force microscopy investigation of the structural properties of DNA replication origins in tumor cells AMODIO Alessia 28 CASTRONOVO BIO/14 Matteo Department of Physics - DF Quantitative analysis of tumor suppressor and oncogene proteins in tumor micro-sample 28 ONESTI FIS/03 Silvia/CASALIS Loredana Department of Engineering and Architecture - DIA Department of Physics - DF Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Raman and fluorescence spectroscopy of biomedical nanomaterials Microfluidic Devices for Circulating Tumor Cells Counting 9 Dottorando Ciclo Supervisore SSD NomeDip Titolo Tesi CAMMISULI Francesca 28 PASCOLO Lorella BIO/14 Clinical Department of Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS Effects of nanomaterials on biological barriers fetal and postnatal and evaluation of epigenetic toxicity CAPALDO Pietro 28 CASALIS Loredana FIS/03 Department of Physics - DF CORAL Lucia 28 CASTRONOVO BIO/14 Matteo Department of Physics - DF Capacitance immunosensors for the early detection of circulating cancer biomarkers Detection of tumor cell surface biomarkers in microsamples DAGOSTINO Ilenia 28 GAMINI Amelia CHIM/04 Department of Biopolymer based matrices for Life Science - DLS encapsulation and delivery of nutrients typical of the Mediterranean diet 28 ANGERAME MED/28 Clinical Study of applied nanostructured and Daniele Department of conventional dental materials Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS 28 SCOLES FIS/01 Department of Development of nanodevice to Giacinto Physics - DF explore cell network in cancer DE BIASI Matteo DEL BEN Fabio OMICIUOLO Luca 28 BARALDI Alessandro FIS/03 Department of Physics - DF Study of the growth processes and of the physical and chemical properties of graphene-based low dimensional systems PATERA Laerte Luigi 28 AFRICH Cristina FIS/03 Department of Physics - DF PELLIZZONI Elena 28 TOFFOLI Giuseppe BIO/14 Department of Physics - DF An in-situ and in-operando study of graphene growth and properties on metal surfaces Interactomics in tumor cells studied with a nanotechnology approach PORRELLI Davide 28 PAOLETTI Sergio BIO/10 ROMERO Ocana Ismael 28 FORNASIERO Paolo SACCO Pasquale 28 PAOLETTI Sergio SCOGNAMIGLIO Francesca 28 PAOLETTI Sergio BIO/10 Department of Nano-engineered adhesive Life Science - DLS biomaterials for biomedical applications SVETINA Cristian 28 ZANGRANDO Marco FIS/03 Department of Physics - DF Department of Nanocomposites biomaterials based Life Science - DLS on polysaccharides and carbon nanostructures for biomedical applications CHIM/03 Department of Solar Fuels Chemical and Pharmaceutical Science - DSCF BIO/10 Department of Novel biomaterials for innovative Life Science - DLS therapies in the severe wounds treatment Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Photon beam studies and characterization for EUV/Soft X-ray 10 Dottorando Ciclo Supervisore SSD NomeDip coherent imaging of nano-structures using coherent FEL radiation Department of Modelling the atomic scale Engineering and properties of simple biomolecules at Architecture - DIA surfaces: from the role of solvent to small structured peptides. Department of Study of mechanotransduction Physics - DF signaling in tumoral and metastatic cells VELARI Simone 28 DE VITA Alessandro INGIND/22 YOUSAFZAI Muhammad Sulaiman 28 COJOC Dan FIS/03 ABHARI Farideh 29 TORMEN Massimo FIS/03 ADEDEJI Abimbola Feyisara AMBROSETTI Elena 29 SCOLES Giacinto 29 CASALIS Loredana FIS/07 BAYDA Samer 29 TOFFOLI Giuseppe BIO/14 CEFARIN Nicola 29 TORMEN Massimo FIS/03 DALLA MARTA Silvia 29 SERGO Valter INGIND/22 DE MARTINO Eleonora 29 BONIN Serena, MED/35 Clinical SEVERINI Department of Giovanni Medical Science, Surgery and Health - DCSMCS 29 FLOREANO FIS/03 Department of Luca Physics - DF DOMÍNGUEZ Rivera Marcos FIS/03 Titolo Tesi Department of Physics - DF Fabrication of microfluidic devices for single cell biology studies by two photonphotopolymerization Department of Application of Atomic Force Physics - DF microscopy to Nanobiology Department of Novel binders as new tool for the Physics - DF development of Nanoarray for cancer biomarkers detection Department of Synthesis of fluorescent carbon Life Science - DLS nanoparticles (CNPs) and their applications in drug delivery in CRC and NSCLC cancer models Department of New protocols to process advanced Physics - DF materials for the renewable energy Department of Development of nanostructured Engineering and substrates for quantification of Architecture - DIA anticancer drugs in biofluids with Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS) Intracellular DNA delivery using polymeric nanoparticles for lyosomal storage disorders gene therapy FENG Zhijing 29 DRI Carlo, COMELLI Giovanni FIS/03 Department of Physics - DF Structural and electronic coupling of organic polyand heteroaromatic molecules on inorganic surfaces of oxides and metals Structural characterization and measurement of the conductance of single molecules and molecular complexes at metal surfaces by low temperature scanning tunneling microscopy GRAZIOLI Cesare 29 FRONZONI Giovanna CHIM/03 Department of Chemical and Pharmaceutical Science - DSCF Esperimenti di fotoionizzazione nello studio del trasferimento di energia in materiali nanostrutturati e nei loro precursori Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 11 Dottorando Ciclo Supervisore SSD NomeDip Department of Physics - DF Titolo Tesi JABEEN Naila Jabeen 29 BARALDI Alessandro FIS/03 JUZGADO Fernandez Arturo MATRUGLIO Alessia 29 PRATO Maurizio, FORNASIERO Paolo 29 LAZZARINO Marco CHIM/06 Department of Chemical and Pharmaceutical Science - DSCF FIS/03 Department of Physics - DF PIANIGIANI Michele 29 TORMEN Massimo FIS/03 Department of Physics - DF PIPAN Giulio 29 FRALEONI MORGERA Alessandro INGIND/22 SIBILIA Mirta INGIND/22 TACHE Cristian Alexandru 29 FRALEONI MORGERA Alessandro 29 BARALDI Alessandro Department of Printed Electronics: study of photonEngineering and matter interactions and electron Architecture - DIA mobility in organic semiconducting single crystals printed on nanostructured substrates Department of Organic semiconducting single Engineering and crystals growth on nanostructured Architecture - DIA matrices Department of Associating ferroelectrics and Physics - DF graphenes for nano-catalysis VIALE Luca 29 PRICL Sabrina INGIND/24 ZANUT Alessandra 29 TORMEN Massimo FIS/03 FIS/03 Department of Engineering and Architecture - DIA Department of Physics - DF Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Investigation of nanoscale properties of graphene-based interfaces for catalytic application Graphene functionalization for biocompatibility Development of a graphene-based nanoelectromechanical sensor with functionalization of graphene for extremely sensitive protein detection Nano imprinting – Lithography ultra fast process and his chemical and physical effects on advances plastic materials Comprehension of the mechanisms which governs the effects of nanomaterials towards biological systems Development of microarrays for proteic and genetic screening with electrochemiluminescence transduction scheme 12 3. Schede attività dottorandi Questo allegato contiene le schede dei dottorandi della scuola di nanotecnologia così come sono pervenute a novembre 2014. Sono quindi incluse le schede dei dottorandi dei cicli 26, 27 e 28. • Dottorandi del 26 ciclo (14): CASSESE Damiano, CORVAGLIA Stefania, DAL COL Valentina, FRASSETTO Andrea, MINIUSSI Elisa, MITRI Elisa, PALMA Giuseppina, RADIVO Andrea, ROMEO Michele, HUSSAIN Sajid, SANTESE Francesca, TAVAGNACCO Letizia, VAIDYA Shital, VIRGILIO Francesca. • Dottorandi del 27 ciclo: ABDOLLAHZADEH Iman, ANGELONI Valeria, BORIN Daniele, CAPOLLA Sara, CECCHINI Paolo, COCEANO Giovanna, DIOLOSA‘ Marina, ELISEI Elena, FORNASARO Stefano, GANBOLD Tamiraa, IONESCU Andrei Cristian, LOVAT Giacomo, MARSON Domenico, NKOUA NGAVOUKA Maryse Dadina, OTTAVIANI Giulia, PANIGHEL Mirco, PIANTANIDA Luca, PITTIA Paola, SCOTTI Nicola, STOPAR Alex, TARUSHA Lorena, VEGA Marienette, VENTURELLI Leonardo, WANG Lianqin, ZANNIER Valentina. • Dottorandi del 28 ciclo: ABDALLA MOHAMMED KHALID Amna, AMODIO Alessia, CAMMISULI Francesca, CAPALDO Pietro, CORAL Lucia, DAGOSTINO Ilenia, DE BIASI Matteo, DEL BEN Fabio, OMICIUOLO Luca, PATERA Laerte Luigi, PELLIZZONI Elena, PORRELLI Davide, ROMERO Ocana Ismael, SACCO Pasquale, SCOGNAMIGLIO Francesca, SVETINA Cristian, VELARI Simone. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 13 Dottorandi del 26esimo ciclo CASSESE DAMIANO Titolo della tesi: Progettazione e realizzazione di dispositivi nanoelettromeccanici e plasmonici per la microspettroscopia Raman Supervisor: Marco Lazzarino Attività di ricerca L'attività del terzo anno può essere riassunta secondo quanto segue, seguendo tre filoni principali: 1. Crescita di nanofili: si è proceduto a sviluppare ulteriormente le tecniche di crescita, in particolar modo per quanto riguarda l'orientazione dei nanofili. Si è affrontato in particolare il problema della presenza di ossido di silicio come fattore limitante la crescita epitassiale. Un differente approccio riguarda l'utilizzo di oro colloidale come sorgente di nanoparticelle catalizzatrici per il processo di crescita VLS (vapour liquid solid); questo processo si è rivelato efficiente quanto il processo di dewetting. Si è inoltre investigato la crescita di nanofili di silicio su vetro: questa superficie nanopatternata in modo casuale è stata utilizzata per esperimenti di adesione cellulare, studiando le forze che si sviluppano su differenti substrati. 2. Fabbricazione di chip su SOI: il protocollo sviluppato nel precedente anno non ha consentito di ottenere risultati soddisfacenti su wafer SOI, la maschera di ossido di silicio ottenuta infatti non possiede adeguate doti di resistenza a soluzioni alcaline di KOH o TMAH. Svariate altre maschere sono state provate, ad esempio ossido di titanio, oro, nitruro di silicio. Una combinazione di film di nitruro di silicio e oro depositato tramite evaporazione da cannone elettronico ha permesso di ottenere ottime finestre di silicio a partire da wafer SOI, essenziali per la fabbricazione di cantilever di silicio isolati dal substrato. 3. Finite element simulation (FEM) della plasmonica di nanofili e nanoparticelle: il programma di simulazione FEM COMSOL è stato usato per modellizare dapprima sistemi noti come le nanoparticelle d'oro, riproducendo risultati noti, quindi si sono studiati sistemi di nanoparticelle e nanofili di diversa composizione. Questo ha permesso di verificare le dimensioni ideali per avere la risonanza plasmonica desiderata e di prevedere quale potrebbero essere le risposte dei sistemi nanofilo-particella da noi ottenuti nelle crescite. Obbiettivi per l’anno successivo Ho intenzione di raggiungere gli obiettivi dichiarati nel progetto di tesi, ovvero l'utilizzo dei dispositivi fabbricati per misure Raman e AFM, dimostrando il vantaggio di simili sistemi come strumenti ad alta risoluzione per misure di microscopia a forza atomica e Raman, per ottenere misure simultanee di topologia e spettroscopia. Attività formativa Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • 3rd joint Summer School on Nanotechnology, Trieste, September 4-6, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 14 • Marco Matteucci, All-polymer nano- and microfluidic systems for large scale Lab-on-Chip applications, Trieste, September 9, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 15 Candidato: Stefania CORVAGLIA Titolo della tesi: Piattaforma su scala nanometrica per lo studio di interazioni di proteine non strutturate: alfa sinucleina Supervisore: Loredana Casalis, Denis Scaini Tutori (eventuali): Attività di ricerca L’alfa sinucleina (AS) è una Proteina Intrinsicamente Disordinata (IDP), non ripiegata nello stato nativo e incline all’aggregazione all’interno dei neuroni dopaminergici della malattia di Parkinson (PD). La funzione dell’AS è ancora dibattuta ma sembra chiaro che la proteina regoli il rilascio del neurotrasmettitore dopamina (DA) in seguito al legame con le vescicole sinaptiche, ma molti aspetti sono ancora sconosciuti. Per questa ragione, durante quest’anno del mio dottorato, abbiamo immobilizzato l’AS in una conformazione più vicina a quella nativa utilizzando un sistema modello con lo scopo di comprendere la dipendenza della composizione e della separazione di fase di un doppio strato lipidico nel legame dell’AS. Abbiamo quindi sviluppato un nuovo metodo per la deposizione di doppi strati lipidici supportati (SLB) a tre componenti (DOPC, sfingomielina, e colesterolo), promuovendo la formazione dei raft lipidici (LR), microdomini cellulari specializzati, più impaccati e ordinati del doppio strato circostante, importanti per la fluidità della membrana, il segnalamento cellulare e la neurotrasmissione. La presenza di un dominio ordinato, molto simile ai raft lipidici, ricco in colesterolo e sfingomielina, è stato caratterizzato per mezzo di misure topografiche AFM che hanno rivelato differenze di altezza di circa 1nm rispetto al doppio strato circostante, in ambiente liquido. Inoltre, abbiamo caratterizzato le proprietà meccaniche di queste strutture utilizzando un’analisi di force modulation mediante AFM, la quale ha dimostrato, che la presenza di colesterolo aumenta la rigidità della fase ordinata. Il SLB è stato quindi incubato in presenza di AS umana ed il processo è stato seguito in tempo reale mediante immagini AFM. I risultati suggeriscono un legame della proteina ai LR in una struttura simil-fibrillare, compatibile con una conformazione alfa elica dell’AS. Questo fenomeno sembra inoltre essere fortemente dipendente dalla composizione lipidica della membrana, infatti la presenza di colesterolo, aumentando la rigidità della membrana, riduce la velocità di questo fenomeno. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa) • • • Mario Ganau, Alessandro Bosco, Anita Palma, Stefania Corvaglia, Pietro Parisse, Lijljana Fruk, Antonio P. Beltrami, Daniela Cesselli, Loredana Casalis, and Giacinto Scoles G. A Nano-ImmunoAssay for the Label-free Detection of GFAP in Multicell Lysates, Integrative biology, sottomesso Tran Thanh Nhat Le; Fabio Moda; Hoang Ngoc Ai Tran; Suzana Aulic; Saida Abounit; Hoa Thanh Tran; Joanna Narkiewicz; Stefania Corvaglia; Loredana Casalis; Antonio Indaco; Emanuela Maderna; Giorgio Giaccone; Stefano Gustincich; Chiara Zurzolo; Fabrizio Tagliavini; Giuseppe Legname. Horizontal transmission of synthetic human alpha-synuclein prions in mice, PLOS One, sottomesso Stefania Corvaglia, Barbara Sanavio, Rolando P. Hong Enriquez, Barbara Sorce, Denis Scaini, Stefania Sabella, Loredana Casalis, Giacinto Scoles. A new method to study unstructured proteins on surfaces: alpha-synuclein, in preparazione. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 16 • • • • Stefania Corvaglia, Barbara Sanavio, Rolando Hong, Barbara Sorce, Stefania Sabella, Loredana Casalis, Giacinto Scoles, A new method to study unstructured proteins on surfaces: alpha‐synuclein, Interdisciplinary PhD spring school, 7-8 marzo 2013, Udine, Italia- poster abstract; Stefania Corvaglia, Loredana Casalis and Denis Scaini, Alpha synuclein‐artificial lipid bilayer interaction, EBSA-European Biophysical Congress 2013- 13-17 luglio 2013, Lisbona, Portogallo, poster abstract; Stefania Corvaglia, Loredana Casalis and Denis Scaini, Alpha synuclein‐artificial lipid bilayer interaction, Nanotechnology summer school on nanotechnology, settembre, Trieste, Italia- poster abstract; Stefania Corvaglia, Barbara Sanavio, Barbara Sorce, Stefania Sabella, Denis Scaini, Giacinto Scoles, st and Loredana Casalis, Functional nanoscale assembly of proteins, 1 FVG PhD symposium, 7-9 October 2013, Grado, Italia- poster abstract th Partecipazione a congressi (come relatore) • • Workshop on neurodegenerative disease, “A new method to study unstructured proteins: alphasynuclein”, 7-8 gennaio 2013, Udine, Italia, presentazione orale Nanotechnology congress nanotechnology PhD school, “Nanoscale platform to study unstructured proteins interactions”, 9-11 gennaio 2013, Trieste, Italia, presentazione orale Attività formativa Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • • • Asylum webinar, “Getting started with AFM in biology- it’s easier than you think” Asylum webinar, “Contact resonance tool for AFM nanomechanics” James Hajdu, “Single molecule in the beam of the LCLS”, 16 settembre 2013, Trieste, Italia Attività didattica di supporto e attività didattica attiva • • Giacinto Scoles, «Intermolecular forces», gennaio 2013 Silvia Onesti, «Protein cristallography», 19-21 giugno 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 17 CANDIDATO DAL COL VALENTINA Titolo della tesi: In silico prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to cancer targeted prevention Supervisore: Prof. Sabrina Pricl Tutori (eventuali): Prof. Maurizio Fermeglia Attività di ricerca La terapia target ha rappresentato una rivoluzione permettendo di superare l’aspecificità del trattamento antitumorale e colpendo, nello specifico, la causa biomolecolare del processo patologico neoplastico. In collaborazione con l’Istituto dei Tumori, durante quest’ultimo anno, ho studiato due differenti casi. Nel primo progetto riguardante uno studio clinico sui tumori desmoidi, è stata riscontrata un’elevata frequenza di mutazioni per il gene della catenina. Le nostre analisi in silico sull’interazione catenina/GSK3, riguardanti tre mutazioni (T41A, S45P, S45F), hanno confermato una maggiore aggressività della mutazione S45F catenina. In particolare si è visto che il mutante S45F raggiunge, in profondità, la tasca specifica della Phospho-serina, andando in questo modo a bloccare lo slittamento a catena e inibendo quindi l’attività chinasica di GSK3 sui residui T41, S37 e S33. Nel secondo caso è stato preso in considerazione Vismodegib, un farmaco che inibisce la via di segnalazione di Hedgehog, avendo come target il recettore Smoothened. Esso ha, infatti, dimostrato promettenti risposte di attività antitumorale nei trial clinici per il BCC, basal cell carcinoma. Sfortunatamente, una mutazione secondaria di SMO (D473Y) e una mutazione primaria (G497W) sono state riscontrate non essere rispondenti al trattamento con questo farmaco. Attraverso tecniche in silico è stato possibile evidenziare che D473Y porta ad una alterazione della rete di legami idrogeno vicino alla tasca di legame mentre G497W, localizzato in un loop distale, ostruisce l’entrata del farmaco, spiegando in questo modo i meccanismi di resistenza. Ho sviluppato, attraverso un processo multistep, un modello 3D per omologia del recettore ⌠1 di cui è nota la sequenza aminoacidica ma sfortunatamente non è presente la struttura cristallizzata. Dopo essere stato validato, attraverso diversi studi, il modello è stato, infine, utilizzato per razionalizzare in silico le interazioni tra alcuni residui mutati (appartenenti alla tasca di legame, SBDLI, SBDLII, C-ter parte) e il suo ligando prototipo, la pentazocina, in modo da ottenere descrizioni più dettagliate riguardo la tasca di legame. Durante il mio periodo all’estero, a Oxford, ho sviluppato un progetto per la terapia antitumorale. Infatti, l’infezione di Elicobacter pylory, che esprime la tossina CagA, è uno dei fattori di rischio principali per il cancro allo stomaco. Per prevenire ed inibire questo rischio, si è pensato ad uno screening di composti 〈 mimetici, sfruttando la struttura cristallizzata disponibile, in modo da interferire nell’interazione ASPP2/CagA. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), “2-Difluoromethylene-4-methylenepentanoic Acid, A Paradoxical Probe Able To Mimic the Signaling Role of 2-Oxoglutaric Acid in Cyanobacteria” Liu X, Laurini E, Wang Y, Dal Col V, Posocco P, Ziarelli F, Fermeglia M, Zhang CC, Pricl S, Peng L Organic Letters, 2011, 13 (11), pp 2924–2927 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 18 “Homology model and docking-based virtual screening for ligands of the σ1 receptor” Laurini E, Dal Col V, Mamolo MG, Zampieri D, Posocco P, Fermeglia M, Vio L, Pricl S ACS Med. Chem. Lett., 2011, 2(11), pp 834-839 “Pd-Catalyzed direct C-H bond functionalization of spirocyclic σ1 ligands: generation of a pharmacophore model and analysis of the reverse binding mode by docking into a 3D homology model of the σ(1) receptor” Meyer C, Schepmann D, Yanagisawa S, Yamaguchi J, Dal Col V, Laurini E, Itami K, Pricl S, Wunsch B J Med Chem, 2012, 55(18), pp 8047-65 “Tell me something I do not know. Multiscale molecular modeling of dendrimer/dendron organization and Self-Assembly In gene therapy” Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Karatasos K, Fermeglia M, Pricl S Curr Med Chem, 2012, 19, pp 5062-5087 “Another brick in the wall. Validation of the σ1 receptor 3D model by computer-assisted design, synthesis, and activity of new σ1 ligands” Laurini E, Marson D, Dal Col V, Fermeglia M, Mamolo MG, Zampieri D, VIO L, Pricl S Mol Pharm, 2012 Epub ahead of print “Are two better than one? A novel double-mutant KIT in GIST that responds to Imatinib.” Conca E, Miranda C, Dal Col V, Fumagalli E, Pelosi G, Mazzoni M, Fermeglia M, Laurini E, Pierotti MA, Pilotti S, Greco A, Pricl S, Tamborini E Mol Oncol, 2013, pii: S1574-7891(13)00043-4 “Chemical, pharmacological, and in vitro metabolic stability studies on enantiomerically pure RC-33 compounds: promising neuroprotective agents acting as σ1 receptor agonists” Rossi D, Pedrali A, Gaggeri R, Marra A, Pignataro L, Laurini E, Dal Col V, Fermeglia M, Pricl S, Schepmann D, Wünsch B, Peviani M, Curti D, Collina S, ChemMedChem. 2013; 8(9):1514-27 “Analysis of the molecular interactions of the potent analgesic S1RA with the σ1 receptor” Laurini E, Dal Col V, Wünsch B, Pricl S Bioorg Med Chem Lett. 2013;23(10):2868-71 “Primary and acquired resistance to Hedgehog inhibitor vismodegib through Smoothened mutation in basal cell carcinoma” Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 19 Bossi P, Perrone F, Cortellazzi B, Licitra L, Dal Col V, Laurini E, Fermeglia M and Pricl S JCO, submitted Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) “Resistance to Hedgehog pathway inhibitor through Smoothened receptor mutation in basal cell carcinoma” Bossi P, Perrone F, Cortellazzi B, Licitra L, Dal Col V, Laurini E, Fermeglia M and Pricl S Comunicazione al AACR-NCI-EORTC International Conference on Molecular Targets and Cancer Therapeutics, Boston MA (USA), 19-23 ottobre 2013 “In silico prediction of drug resistance: from cancer targeted therapy to cancer targeted prevention” Comunicazione al 1st Phd symposium FVG, Grado 7-9 ottobre 2013 “In every dark cloud there is a silver lining: the role of S45F catenin mutant in desmoid tumors” Dal Col V, Colombo C, Perrone F, Laurini E, Pilotti S, Gronchi A, Pricl S Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013 “Everything You Always Wanted to Know About Sigma receptor (But Were Afraid to Ask)” Laurini E, Dal Col V, Marson D, Mamolo MG, Collina S, Wünsch B, Pricl S Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013 “The sigma enigma. 3D homology modelling, computer-assisted drug design, 3D pharmacophore-guided docking, MM/PBSA scoring, in silico/in vitro alanine scanning mutagenesis, and functional assays to unveil the sigma-1 receptor hidden secrets” Laurini E, Dal Col V, Marson D, Curti D, Collina S, Leuner K, Wunsch B, Pricl S Comunicazione al FOMMS 2012 - Oregon (USA), 22-26 luglio 2012 “Approcio di ingegneria molecolare per lo studio della farmaco-resistenza nella terapia oncologica” Laurini E, Dal Col V, Marson D, Posocco P, Fermeglia M, Tamborini E, Quintas-Cardama A, Pricl S Comunicazione al GRICU 2012 – Montesilvano (PE), 16-19 settembre 2012 “Dal computer alla cellula: evidenze sperimentali/computazionali per il design di nanovettori efficienti per terapia genica” Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Peng L, Smith DK, Kostas Karatasos, Fermeglia M, Pricl S Comunicazione al GRICU 2012 – Montesilvano (PE), 16-19 settembre 201 “Catch me if you can: ligand/antibody conjugated PAMAM dendrimer” Dal Col V et al. Comunicazione a RCOM 7 (7° Rencontres de Chimie Organique Marseille) – Marsiglia (Francia), giugno 2012 “The long and winding road of the c-Kit juxtamembrane domain” Dal Col V et al. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 20 Comunicazione a V meeting NPCF (New perspectives in medicinal chemistry) -Trieste, marzo 2011 “Nanozapped!DNA, siRNA, and their dendritic nanovectors: a combined in silico/in vivo/in vitro approach” Dal Col V et al. Comunicazione a CDDD (Computational Driven Drug Discovery) - L’Aquila, novembre 2011 “Trekking across GISTs: the clinical journey of KIT, PDGFRA, and the in silico prediction of drug resistance in cancer targeted therapy” Laurini E, Dal Col V, Posocco P, Fermeglia M, Tamborini E, Pricl S Comunicazione a Nanotechitaly, novembre 2011 Capitoli/sezioni di libri/volumi “Multiscale modeling of dendrimers and dendrons for drug and nucleic acid delivery” Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Peng L, Smith DK, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM, Majoral JP, Fermeglia M, Karatasos K, Pricl S Book “Dendrimers in Biomedical Applications”, RSC Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) “In every dark cloud there is a silver lining: the role of S45F catenin mutant in desmoid tumors” Dal Col V, Colombo C, Perrone F, Laurini E, Pilotti S, Gronchi A, Pricl S Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013 ATTIVITÀ FORMATIVA Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Ludwig Institute for Cancer Research, Univeristy of Oxford, Prof. Xin Lu – Oxford (Gran Bretagna) Periodo dal 20 marzo 2013 al 26 giugno 2013 Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) 60 ore laboratorio MOSE Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Summer school della Scuola di Nanotecnologie – Sissa, 4-6 settembre 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 21 Congressi 1st symposium of PhD student FVG – Grado, 7-9 ottobre 2013 NMCC (XXII Congresso nazionale di Chimica Farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013 Seminari “Genes and mental illness” Prof. James Watson, 18 aprile 2013 (Oxford, Gran Bretagna) “Oxford genomics centre spring forum 2013”, 21 marzo 2013 (Oxford, Gran Bretagna) Altre attività didattiche passive Congresso dottorandi Scuola di Nanotecnologie 9-11 gennaio 2013 Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Attività di supporto per esercitazioni pratiche corso “Principi di simulazione molecolare” Ottobre 2013 Correlatore di tesi di laurea specialistica “La Mutazione V304D Di BCR-ABL1 e La Sua Risposta Verso Gli Inibitori Tirosin-chinasici: Indagine Molecolare Di Un Innovativo Meccanismo Di Farmaco Resistenza” Laureanda Martina D’Este, Marzo 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 22 Graduate Student ANDREA FRASSETTO Title of the thesis: Nanostructural analysis of the adhesive interface in dentistry Supervisor: Prof. Milena Cadenaro Tutor: Prof. Lorenzo Breschi Research Activity of the 3rd year As presented in the second year, the dentin organic matrix has a nanostructural organization that represents the largest component of the tooth structure. This highly complex structure, which represents the 90wt.% of the organic phase in dentin and that can be described as a collagen type I scaffold, is nowadays largely explored and its stability is believed to be the key of resin-dentin bond durability for restorative/reparative dentin procedures. During these procedures collagen matrix is exposed due to acid etching and endogenous matrix-metalloproteinases (MMPs), which are inactive in mineralized dentin and bone are activated and slowly hydrolyze the collagen fibrils present in the hybrid layer that anchor resin composites to the underlying mineralized dentin. As demonstrated in the first year, this hydrolysis causes a loss of bond strength leading to the premature failure of the restoration. Matrix metalloproteinases (MMPs) are Ca/Zndependent endogenous endopeptidases involved in extracellular matrix degradation, in physiologic tissue remodeling, and in tumor growth and invasion. In addition to MMPs also cysteine proteinases are responsible for collagen degradation. Currently, it has been emphasized that collagen molecules could be cross-linked and arranged in insoluble fibers in order to become more resistant to the collagenolytic pathways. Recently, 1-Ethyl-3-[3-dimethylaminopropyl] carbodiimide hydrochloride (EDC), the most stable cyanamide isomer, is emerging to be one of the most efficient ways to inactivate endogenous dentin proteases by cross-linking the collagen proteins and therefore preventing dentin collagen degradation thus improving bond durability. Despite numerous studies suggested that host-derived matrix metalloproteinases (MMPs) and cathepsins, in particular cathepsin K, can degrade the dentin collagen network, to the best of our knowledge, no information is available on the role of occlusal forces on the enzymatic activity. From our point of view, in vitro aging must take in account all the possible parameters, i.e. thermal-mechanicalphysical, for an as much as possible complete translation of the clinical situation of the oral environment. Simulation of mastication cycles, i.e. Chewing Simulation (CS), must replicate in vitro the dynamic physiological conditions of human mastication as closely as possible. The last part of the program was focused on these cross-linking strategies, in particular evaluating the ability of EDC to prevent collagen degradation improving the mechanical strength of its network and its resistance to enzymatic degradation. Thus, the aim of the presented studies was to evaluate the ability of the EDC pretreatment to cross-link collagen in order to improve its stability over time. Since collagen degradation depends on several parameters as chemical concentration of ions, relative distance between collagen and MMPs or cathepsins, temperature and that these parameters could be affected by the aging conditions. Therefore, samples underwent opposite aging processes, i.e. static and dynamic, in order to verify this hypothesis. Collagen degradation was quantified by means of commercialized immunoassays and the results revealed that EDC 0.5M pre-treatment for 60s reduced ICTP and CTX collagen fragments. A morphological analysis of EDC-treated dentin disks was also performed by means of TEM and SEM. The dentin collagen reinforcement and strengthening through EDC cross-linking might be of importance to improve the bond strength and structural integrity of the resin/dentin interface over time against the enzymatic and hydrolytic degradation, through the formation of inter- and intra- molecular crosslinks. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 23 Publications on scientific journals (printed or in press) in 2013 − Marchesi G, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. The influence of ageing on self-etch adhesive: one-step vs two-step systems. European Journal of Oral Sciences 2013;121:43-9. − Gong S, Epasinghe J, Zhang W, Zhou B, Niu LN, Ryou H, Eid AA, Frassetto A, Yiu CKY, Arola DD, Mao J, Pashley DH, Tay FR. Synthesis of antimicrobial silsesquioxane-silica hybrids by hydrolytic cocondensation of alkoxysilanes. Polymer Chemistry in press. − Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) in 2013 − Diolosà M, Donati I, Turco G, Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M. Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Journal of Dental Research 2013; 92 (Spec Iss A): 1866 (www.dentalresearch.org). − Frassetto A, Diolosà M , Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Bonding effectiveness of one-step adhesives on enamel. Proceedings of the XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties, 2013 Roma. − Frassetto A, Diolosà M , Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Bonding effectiveness of a new universal simplified adhesive on dentin. Journal of Dental Research 2013: 90 (Spec Iss B): 298 (www.dentalresearch.org). − Turco G, Frassetto A, Mazzoni A, Cadenaro M, Pashley DH, Breschi L. MMPs activity in dentin collagen: Static and dynamic investigation. Dental Materials 2013; 29s: e86. − Angeloni V, Mazzoni A, Frassetto A, Cadenaro M, Falconi M, Manzoli L, Pashley DH, Breschi L. EDC stabilize the adhesive interface over time. Dental Materials 2013; 29s: e65-e66. − Marchesi G, Spreafico R, Frassetto A, Cadenaro M, Breschi L. Deep margin elevation of CAD/CAM crowns using resin composite. Dental Materials 2013; 29s: e46-e47. − Frassetto A, Turco G, Mazzoni A, Cadenaro M, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. Chewing simulation affects dentin collagen degradation. Dental Materials 2013; 29s: e93. Participation to conferences (as presenter) in 2013 − Roma 18 April 2013; XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties. Poster oral presentation. Bonding effectiveness of one-step adhesives on enamel. − Vancouver BC (CA) 10 October 2013; Annual Meeting of Academy of Dental Materials. Poster Presentation to the Paffenbarger Award Committee. Chewing Simulation Affects Dentin Collagen Degradation. (3rd Prize winner) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 24 − Milano 22 November 2013; Dental Expo Annual Meeting. Oral Presentation. Adhesion of conventional and simplified resin-based luting cements to dentin. Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities − Trieste 2 February 2013; XVII Meeting ANDI on Adhesive Dentistry. − Udine 7-8 March 2013; Interdisciplinary PhD Spring School at University of Udine. − Roma 18-20 April 2013; XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties. − Trieste 9-10 May 2013; EDS Lesson & Training, Instructor: Dr. Andrea Valdrè (FEI –SEM). − Trieste 12 June 2013; Seminar: Policy of University of Trieste for Open Access in scientific literature. − London 29 July-2 August 2013; Periodontics Masterclass at UCL Eastman Dental Institute. − Firenze 4-7 September 2013; Annual Meeting of the International Association of Dental Research Continental European Division. − Firenze 5 September 2013; Symposium on Zirconia reinforced Lithium Silicate (ZLS) – a new high strength glass ceramic. − Vancouver, BC (CA) 8 October 2013; Research Meeting with Prof. David Pashley. − Vancouver, BC (CA) 9-12 October 2013; Annual Meeting of Academy of Dental Materials. Support educational activity and teaching Support educational activity in Course of Material Sciences and Course of Adhesive Dentistry. Assistant supervisor of Dental School theses in Dental Materials: − I. Spagnolo - Role of chewing simulation on luting effectiveness of a resin-based cement for indirect restorations (Supervisor: Prof. L. Breschi) − P. Venturini - L’uso dei cementi self-adhesive per la cementazione dei restauri indiretti in composito (Supervisor: Prof. L. Breschi) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 25 CANDIDATO ELISA MINIUSSI Titolo della tesi: Nanoscale properties of graphene-based interfaces Supervisore: Prof. Alessandro Baraldi Attività di ricerca − Nel corso dell’ultimo anno sono stati approfonditi e ultimati l’analisi dei dati e i calcoli teorici per il sistema graphene(GR)/lega di superficie PtRu su Ru(0001). Da questo lavoro è stato prodotto un manoscritto, pubblicato lo scorso agosto su Scientific Reports [D. Alfè et al., Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Scientific Reports, 3, 2430 (2013)]. I nostri risultati dimostrano come l’impiego di leghe bimetalliche di superficie offra opportunità senza precedenti per la regolazione selettiva dell’interazione tra grafene e substrato attraverso la semplice variazione della concentrazione della specie “ospite” nel primo strato. I promettenti risultati ottenuti per il PtRu possono, con ogni probabilità, essere estesi a un vasto numero di sistemi analoghi, aprendo la strada ad una futura regolazione fine dell’interazione grafene-substrato e, di riflesso, alla manipolazione delle proprietà del grafene. − Grande attenzione è stata inoltre dedicata allo studio della reattività dei nanocluster di Rh supportati da GR/Ir(111), già intrapreso in forma preliminare lo scorso anno, limitatamente all’adsorbimento dell’ossigeno. Gli esperimenti più recenti hanno approfondito determinati aspetti della reattività dei cluster esposti ad ossigeno, e sono stati dedicati allo studio delle reazioni di riduzione mediante esposizione a CO e all’elaborazione di una nuova procedura sperimentale per produrre in situ nanocluster di Rh fortemente ossidati. − Sono proseguite, in parallelo, sia l’attività sperimentale sia le simulazioni teoriche per il sistema GR/Ni3Al(111), che hanno evidenziato la formazione di un layer di carbonio con proprietà morfologiche ed elettroniche molto simili a quelle del GR/Ni(111). L’esposizione del sistema ad ossigeno conduce alla formazione di ossido (alumina) e a un disaccoppiamento del GR dal substrato. Questo studio, i cui risultati saranno a breve sottomessi per la pubblicazione, è stato motivato dall’importanza della comprensione dei meccanismi di funzionamento e interazione delle interfacce GR-ossido. − Un altro sistema che è stato caratterizzato a fondo è il GR/Rh(533), motivato dall’interesse verso la crescita del GR su substrati con anisotropie strutturali, come nel caso delle superfici vicinali dei metalli di transizione. Il nuovo sistema è in certi aspetti simile al già noto GR/Rh(111), ma lo strato di carbonio in questo caso mostra una periodicità diversa (a causa della rottura di simmetria dovuta alla presenza degli step), e presenta un’interazione più debole con il substrato e una maggiore stabilità termica –ulteriori aspetti riconducibili alla presenza degli step-. Attualmente è in preparazione un manoscritto contenente i risultati dello studio, che sarà a breve sottomesso per la pubblicazione. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa) − D. Alfè, M. Pozzo, E. Miniussi, S. Günther, P. Lacovig, S. Lizzit, R. Larciprete, B. Santos Burgos, T. O. Mentes¸, A. Locatelli, A. Baraldi, Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Scientific Reports, 3, 2430 (2013). Pubblicazioni sottomesse in corso di valutazione Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 26 − E. Miniussi, M. Pozzo, T. O. Menteş¸ M. A. Niño, A. Locatelli, E. Vesselli, G. Comelli, S. Lizzit, D. Alfè, A. Baraldi, The competition for graphene formation on Re(0001): a complex interplay between carbon segregation, dissolution and carburization. Pubblicazioni in avanzato stato di preparazione. − B. Casarin, A. Cian, F. Feng, E. Monachino, F. Randi, G. Zamborlini, M. Zonno, E. Miniussi, P.Lacovig, S. Lizzit, A. Baraldi, The thinnest carpet on the smallest staircase:the growth of graphene on Rh(533). − L. Omiciuolo, E. Hernandez, E.Miniussi, F. Orlando, P. Lacovig, R. Larciprete, S. Lizzit, M. Bianchi, S. Ulstrup, P. Hofmann, D. Alfè, and A. Baraldi, Chemical vapour deposition on bimetallic alloys: a route for the synthesis of high-quality graphene-alumina interfaces. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Settembre 2013: Abstract della comunicazione: Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface alloying, 19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF), Trieste. Maggio 2013: Poster: Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Gordon Research Seminar Self-Assembly & Supramolecular Chemistry, Les Diablerets, Svizzera. Aprile 2013: Poster: Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Graphene 2013, Bilbao, Spagna. Partecipazione a congressi (come relatore), seminari a congressi e presso istituzioni scientifiche Agosto 2013: Seminario su invito: “Epitaxial graphene and its interaction with low–dimensional systems”, AMO GmbH, Aachen, Germania. Settembre 2013: Seminario su invito: “Nanoscale properties of graphene–based interfaces”, Dipartimento di Chimica, Università di Costanza, Costanza, Germania. Settembre 2013: Comunicazione dal titolo “Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface alloying”, 19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF), Trieste. Ottobre 2013: Seminario: “Nanoscale properties of graphene–based interfaces”, Dipartimento di Fisica, Università di Zurigo, Zurigo, Svizzera. Ottobre 2013: Seminario: “Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface alloying”, First FVG PhD Symposium, Grado, Italia. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 27 Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) 22-26 Aprile 2013: partecipazione alla conferenza internazionale “Graphene 2013”, Bilbao, Spagna. 4-5 Maggio 2013: partecipazione al Gordon Research Seminar “Self-Assembly & Supramolecular Chemistry”, Les Diablerets, Svizzera, selezionata per il ruolo di discussion leader. 14-16 Maggio 2013: visita dell’evento fieristico e congressuale internazionale “Laser-World of Photonics 2013”, Monaco di Baviera (Germania). Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea): 24 gennaio 2013: Superamento esame CLAD (Certified LabVIEW Associate Developer) della National Instruments, a seguito del corso avanzato di LabVIEW seguito nell’autunno 2012. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive 17-20 Giugno 2013: partecipazione alla Scuola “Nanomaterials” a Bad Gastein, Austria. 14-19 Luglio 2013: partecipazione alla conferenza internazionale “Science Lectures in Physics and Chemistry”, con una delle 15 borse assegnate dalla Onassis Foundation for Science a studenti internazionali selezionati. 23-27 Settembre 2013: partecipazione al 19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF), Trieste. Seminari ad Elettra 31 Gennaio 2013 - High throughput crystallography: the XRD1 case (Giorgio Bais); 15 Aprile 2013 - Spatially Resolved X-Ray PhotoElectron Spectroscopy Investigation @ESCAmicroscopy – Solutions Toward Near Ambient Pressure XPS Microscopy (Matteo Amati); 16 Maggio 2013 - A brief history of SPELEEM and related imaging methods (Ernst Bauer); 7 Giugno 2013 - Characterization of electronic and structural properties of graphene/copper and graphene/nickel interfaces (Luca Bignardi); 27 Agosto 2013 - Electronic band structure of graphene on Ir/YSZ/Si(111) (Claudia Struzzi); 10 Ottobre 2013- Complementary computational and experimental approach for the investigation of structural and electronic properties of organic molecules and graphene (Federico Bisti); 17 Ottobre 2013 -Femtosecond-electron microscopy of solids and nanostructures (Luca Piazza) Attività didattica passiva autonoma Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 28 Lettura di articoli, review e tesi su argomenti attinenti alla mia attività di ricerca, in particolare: studio sperimentale e teorico delle proprietà del grafene, crescita e caratterizzazione del grafene su substrati solidi (in particolare leghe metalliche di bulk e superficie e superfici vicinali dei metalli di transizione); morfologia, struttura elettronica e reattività dei nanocluster metallici supportati su grafene cresciuto epitassialmente su metalli di transizione o altri substrati. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Attività didattica a carattere tecnico-pratico per metodi sperimentali in fisica delle superfici a supporto dell’insegnamento di Laboratorio di Fisica della Materia per studenti della Laurea Magistrale in Fisica (40 ore). Contenuti: supporto all’attività sperimentale presso il Laboratorio di Fisica delle Superfici. Sostegno e coordinazione degli studenti durante tutta l’attività sperimentale e di acquisizione dei dati nei giorni di beam time presso la linea di luce SuperESCA. Lezioni frontali sull’impiego dell’ambiente di programmazione Igor Pro (Wave Metrics) per l’analisi dei pattern di diffrazione da elettroni lenti –LEED- e degli spettri di fotoemissione ad alta risoluzione energetica acquisiti con radiazione di sincrotrone. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 29 CANDIDATO ELISA MITRI Titolo della tesi: Fabbricazione di dispositivi microfluidici per lo studio della risposta biologica di cellule vive sottoposte a stimoli chimico-fisici mediante tecniche di microspettroscopie vibrazionali Supervisore: Massimo Tormen Tutori: Gianluca Grenci, Lisa Vaccari Attività di ricerca La microspettroscopia infrarossa (MSIR) è considerata tra i più promettenti metodi per lo screening medico e diagnostico, grazie alle informazioni strutturali e conformazionali, contenute in uno spettro infrarosso. Lo studio di cellule vive tramite MSIR in trasmissione richiede l'utilizzo di un set-up microfluidico trasparente all'IR, capace di mantenere le condizioni necessarie alla vita delle cellule. abbiamo Nel corso dell’anno è stato sviluppato un nuovo protocollo per produrre dei dispositivi microfluidici caratterizzati da un’ampia trasparenza (dall’UV-Vis al midIR) e capaci di sostenere flussaggio di liquido anche per tempi lunghi (48h). Questa procedura presenta un nuovo metodo di incollaggio per l’SU-8 (photoresist con tono negativo), che sfrutta le modificazioni chimiche indotte nella resina dall’esposizione a 254 nm. Abbiamo utilizzato i dispositivi micro-fluidici messi a punto in due tipologie di esperimenti. In un primo esperimento, abbiamo dimostrato come la MSIR su cellule vive sia capace di permettere la determinazione della fase cellulare senza alcun label, trattamento o fissazione e senza influenzare la vitalità delle cellule. I risultati ottenuti con MSIR si sono dimostrati comparabili con quelli ottenuti con le comuni tecniche spettroscopiche (ad es la citofluorimetria). In un secondo esperimento, abbiamo monitorato i cambiamenti intercorsi a seguito di uno shock di tipo osmotico o termico, al fine di identificare le caratteristiche spettroscopiche rappresentative di tali processi. Un decremento nel contenuto di proteine, lipidi e acidi nucleici viene evidenziato in presenza di lisi indotta da stress osmotico, insieme all’acidificazione del citosol e alla formazione di aggregati proteici. Questi ultimi sono presenti anche nelle cellule esposte a shock termico, a causa del misfolding proteico. Pubblicazioni su riviste scientifiche, – “SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR microspectroscopy of live cells”, E. Mitri, G. Birarda, L. Vaccari, S. Kenig, M. Tormen and G. Grenci, Lab Chip, 2013, DOI: 10.1039/C3LC50878A – “Determination of cell cycle phases in live B16 melanoma cells using IRMS”, Diana E. Bedolla, Saša Kenig, Elisa Mitri, Paolo Ferraris, Alessandro Marcello, Gianluca Grenci and Lisa Vaccari, Analyst, 2013,138, 4015-4021 – “Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Infrared Microspectroscopy of Living Cells” Elisa Mitri, Alessandro Pozzato, Giovanna Coceano, Dan Cojoc, Lisa Vaccari, Massimo Tormen, Gianluca Grenci, Microelectronic Engineering 2013 ATTIVITÀ FORMATIVA Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 30 Seminari “MATLAB per l’analisi dati” ottobre 2013 AREA Science Park “Hierarchical Accessibility of Double-Helical RNA and DNA Processing, Signals in Highly Dense Self Assembling Nanostructure” Matteo Castronovo,19.12.2012 “Metabolic Signature in Cancer Research using Magnetic Resonance Spectroscopy” Stefano Tiziani, 20.12.2012 “Interdisciplinary PhD Spring School” Udine 07-08.03.2013 Congressi e Scuole Third Joint Summer School on Nanotechnology, Settembre 2013 1st FVG PhD symposium, Grado, Ottrobre 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 31 CANDIDATO GIUSEPPINA PALMA Titolo della tesi: Celle solari dye-sensitized nanostrutturate Supervisore: Alessandro Fraleoni Morgera Attività di ricerca Le attività svolte durante il terzo anno di dottorato, hanno riguardato la nanostrutturazione di fotoanodi di TiO2 da applicare nelle celle solari a colorante organico (DSSC). In fatti, la densità di corrente (correlata all’efficienza del dispositivo) è dipendente dal numero di molecole di colorante adsorbite sulla superficie del TiO2. Per aumentare l’area totale esposta all’attacco del colorante, la fabbricazione di foto anodi più porosi è stata l’attività principale di quest’anno I foto anodi nanostrutturatisono stati fabbricata con il metodo ASBSANS. I foto anodi così ottenuti mostrano un’elevata porosity rispetto a quelli ottenuti da procedure standard. Il problema iniziale di non riuscire ad ottenere una sostanziale differenza rispetto ai fotoanodi tradizionali in termini di numero di molecole/nm2 adsorbite, ci ha indotto a pensare ad un collasso delle struttura durante le fasi di fabbricazione. Per evitare il collasso è stato inserito un cross-linker organico all’interno del sistema in grado di sostenere la struttura fino alla fine delle fabbricazione. Dal confronto tra i parametri di densità, n° molecole/nm2 e n° molecole/particella di fotoanodi preparati con il metodo ASBSANS e di quelli preparati con protocolli standard ne risulta che i fotoanodi nano-ingegnerizzati si presentano meno densi e presentano un numero di molecole/nm2 tre volte più grande rispetto a quello ottenuto dai fotoanodi tradizionali. I foto anodi nano strutturati sono stati perciò applicati per la fabbricazione di DSSC, dove è stata registrato un aumento in densità di corrente del 26.6% in più rispetto alle DSSC tradizionali. Questi risultati provengono da celle non perfettamente ottimizzate perciò ulteriori miglioramenti sono in corso per applicare i fotoanodi nanoingegnerizzati a celle ottimizzate. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), • A. Fraleoni Morgera, G. Palma and J.R.Plaiser, Fast fabrication over large areas of P3HT nanostructures with high supramolecular order, RSC Adv., 2013, 3, 15664 • G Palma, E Capria, A Fraleoni Morgera, How to convert an UV-Vis spectrometer in an efficient IPCE characterization system for photovoltaics, Submitted ATTIVITÀ FORMATIVA Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Anno 2013 • 9 Gennaio 2013 , Annual meeting of Ph.D, School of nanotechnology, UniTS • 7 Marzo 2013, Interdisciplinary Phd Spring School, Udine, UniUD Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 32 • 21 Agosto, Hydrogen doping in Titanium dioxide thin films, M.R. Mohammadizadeh, ICTP • 15 Luglio, Photovoltaics: state of the art and perspectives A. Massi Pavan (Università di Trieste) • 7-9 Ottobre, Phd Symposium, Grado Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 33 CANDIDATO: ANDREA RADIVO. Titolo della tesi: Studio sperimentale della fisica di dispositivi fotovoltaici organici nano strutturati. Supervisore: Massimo Tormen Tutori: Simone Dal Zilio, Enrico Sovernigo Attività di ricerca Lo scopo del progetto è sviluppare e studiare celle fotovoltaiche organiche (OPV) nano strutturate, al fine di incrementarne l’efficienza. In particolare in questo lavoro è stata studiata la possibilità di nano strutturare il PEDOT:PSS tramite "Nano Imprinting Lithograpy" per utilizzarlo: come supporto per nano strutturare indirettamente lo strato attivo delle OPV; come reticolo di diffrazione per incrementare l'assorbimento della luce da parte della cella; come elettrodo interdigitato per facilitare l'estrazione delle cariche. A questo fine è stato sviluppato un innovativo processo di imprinting ad umidità relativa controllata denominato Water Vapor Assisted Nano Imprinting Lithography" (WVA-NIL) che ha permesso di ottenere nano strutture di PEDOT:PSS ad alto rapporto d'aspetto (6 AR con dettagli da 70nm, contro un massimo di 0,86AR ottenuto in letteratura alla stessa risoluzione.[1]). Il processo è risultato inoltre in grado di incrementare conducibilità lungo il piano (fino a 5 ordini di grandezza) e ridurre la funzione lavoro (ridotta fino a 1,5ev) del PEDOT:PSS in modo controllato, localizzato e slegato dal cambiamento topografico, allargando il possibile campo d'applicazione del PEDOT:PSS. Le strutture ottenute sono state poi usate come substrati per la produzione di celle fotovoltaiche organiche, sia Bulk Heterojunction (BHJ), sia bi-strato, conformali alla struttura del PEDOT:PSS, che ne determina quindi la nano strutturazione. A questo fine sono stati testati anche diversi materiali organici depositati per evaporazione termica a vuoto (Pentacene, CuPc, C60) o per deposizione da soluzione (P3HT, PSiF-DBT, PCBM, ICBA) portando alla luce vantaggi e svantaggi dei diversi possibili approcci. In particolare è stato possibile ottenere un aumento relativo di efficienza del 60% (dallo 0,8% del riferimento tradizionale, al 1,275% della cella nano strutturata) applicando il substrato nano strutturato di PEDOT:PSS a celle BHJ in P3HT:ICBA. [1] Y. Yang, K. Lee, K. Mielczarek, W. Hu, and a Zakhidov, “Nanoimprint of dehydrated PEDOT:PSS for organic photovoltaics.,” Nanotechnology, vol. 22, no. 48, p. 485301, Dec. 2011. Altre pubblicazioni − Poster dal titolo “Water-vapor-assisted Nanoimprint Lithography of conductive PEDOT:PSS for applications in organic photovoltaics”. Presentato a “Nano Imprint and Nanoprint technology” International School a Barcellona, Spagna 21-23 ottobre 2013 e alla conferenza internazionale “Solar Energy for world peace” ad Istambul, Turchia 17-19 agosto 2013. − Poster dal titolo “Towards Ordered Bulk Heterojunction Polymer Solar cell” presentato alla “supramolecular functional system for organic electronic” international conference, 26-28 giugno, Strasburgo, Francia. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 34 Attività formativa Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Attività organizzate dalla scuola di dottorato: 1. School: 7 th - 8th March 2013: Interdisciplinary PhD Spring School jointly organized by Università degli Studi di Udine, Università di Trieste and SISSA, at Udine. 2. School: 4 th - 6th September: Third edition of the PhD Summer School on Nanotechnology jointly organized by University of Udine, University of Trieste and SISSA, at SISSA in Trieste Italy. Attività al di fuori della scuola di dottorato: 3. Workshop: 17-19 agosto 2013. “Solar Energy for world peace” ad Istambul, Turchia. 4. Workshop: 26 settembre 2013 “COMSOL: Multifisica e Termomeccanica” all’Università di Udine. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva. Studio di articoli scientifici riguardanti le celle fotovoltaiche organiche, il nano imprinting e l’elettronica organica in generale. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 35 Candidato MICHELE ROMEO Titolo della tesi: “Sviluppo e applicazione di metodologie DFT e TDDFT per la descrizione di osservabili spettroscopici in sistemi condensati” Supervisore: Prof. GIOVANNA FRONZONI (DSCF) Attività di ricerca L'adsorbimento di molecole organiche su superfici semiconduttrici ha attratto un'attenzione crescente per la sua importanza nelle tecnologie emergenti. La spettroscopia NEXAFS viene largamente utilizzata per caratterizzare strutture adsorbite su superfici dal momento che permette di investigare i vari modi di adsorbimento così come l'estensione dell'interazione adsorbato-substrato. Computazioni quantistico-chimiche sono importanti per acquisire la maggior parte di informazione dagli esperimenti che sono spesso di difficile interpretazione e razionalizzazione. L'obiettivo principale del progetto è lo sviluppo di uno schema computazionale utile per la simulazione di spettri NEXAFS di molecole adsorbite su superfici nel contesto del design di modelli molecola/superficie ed in quello del calcolo ed interpretazione dei risultati spettroscopici. Durante il primo anno di dottorato è stata messa a punto la metodologia computazionale ibrida periodica/al finito con implementazione, in linguaggio Fortran 90/95, dell'algoritmo di calcolo per gli spettri risolti angolarmente nella suite di codici a disposizione del gruppo di chimica teorica del DSCF. Durante il secondo anno di dottorato è stata completata la simulazione di spettri NEXAFS di etilene adsorbita su una superficie regolare di Silicio, nella fattispecie la ricostruzione Si(100)-2x2, considerando due geometrie di adsorbimento prevalenti, on-top e bridge. I risultati sono stati successivamente oggetto di pubblicazione (J.Phys.Chem.C, 2012, 116 (35),18910–18919 OI: 10.1021/jp306374w). Sempre durante il secondo anno, è stato ultimato lo studio di adsorbimento di un sistema semplice su una superficie metallica, nella fattispecie di O2 su Ag(110) utilizzando lo stesso framework computazionale per gli spettri angolo risolti. Lo studio ha completato una parziale intepretazione degli spettri sperimentali ed ha mostrato le sostanziali differenze di approccio al caso di una superficie metallica. Il lavoro è stato pubblicato di recente, durante il terzo anno dottorale (Surf. Sci., vol. 616 (2013), p. 178-185, http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2013.06.013 ). In un secondo step, fra il secondo ed il terzo anno, sono stati ottimizzati modelli di superfici adsorbenti di Silicio, nella medesima ricostruzione, con molecole di piridina per mezzo di computazioni DFT periodiche su opportuni geometrizzazioni di slab. Sono state considerate quattro geometrie di adsorbimento utili all'interpetazione. Tuttavia solo alcune di esse appaiono essere energeticamente favorite a 200 K. Dalle strutture risultanti dal calcolo periodico sono stati estratti razionalmente cluster finiti utili alla successiva computazione degli spettri NEXAFS della piridina a livello N1s e C1s. In questo caso, come nel precedente, il confronto fra gli spettri risolti angolarmente calcolati e quelli sperimentali è risultato soddisfacente e mette in luce l'evidente potenziale della tecnica computazionale sviluppata nello studio delle configurazioni di Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 36 adsorbimento di molecole su superfici solide variamente ricostruite.L'analisi è terminata ed il lavoro è in via di pubblicazione. Durante il terzo ed ultimo anno è iniziata una collaborazione con un gruppo sperimentale operante presso il sincrotrone Elettra di Trieste (A.Cossaro,A.Morgante et al.), presso l'Aloisa Beamline, per l'individuazione di modelli confidenti con le geometrie di adsorbimento prevalenti nel caso di un sistema formato da una superficie adsorbente di oro Au(111) su cui venga effettuata, in condizioni sperimentali ripetibili, una deposizione di molecole di paradiaminobenzene (1,4-diaminobenzene, in breve PDB). Sono stati testati ad oggi vari modelli per le diverse famiglie di adsorbimento riconosciute a livello sperimentale (multi, tilted, flat). Gli spettri angolo risolti per il PDB libero e per quello depositato, in relazione ai modelli scelti e nel confronto con il dato sperimentale, mettono in luce l'evidente difficoltà di modellizzazione di geometrie realistiche e la conseguente difficoltà intepretativa dei risultati dell'esperimento. Il lavoro è tuttora in corso e confidiamo di chiuderlo entro la prima metà del 2014. Pubblicazioni su riviste scientifiche, J.Phys.Chem.C, 2012, 116 (35),18910–18919 DOI: 10.1021/jp306374w Surf. Sci., vol. 616 (2013), p. 178-185, http://dx.doi.org/10.1016/j.susc.2013.06.013 J.Phys.Chem.C, Pyridine on Si(100) – paper in revision Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive DCTC2013 congress of the computational division of SCI, February 20-22, 2013 DFT2013, Durham University, Durham, UK, September 9–13, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 37 FRANCESCA SANTESE Titolo della tesi: Modellistica molecolare per materiali e rivestimenti multifunzionali nanostrutturati Supervisore: Prof. Maurizio Fermeglia Tutori (eventuali): Prof.ssa Sabrina Pricl Attività di ricerca La mia attività di ricerca riguarda principalmente lo studio, la correlazione e la previsione delle relazioni struttura/proprietà per sistemi molecolari nel campo della scienza dei materiali mediante tecniche di simulazione molecolare. Durante il mio dottorato mi sono occupato di diversi progetti. Multhybrids è un progetto europeo il cui obiettivo primario era lo sviluppo di una tecnologia innovativa per la preparazione di componenti con nanomateriali multifunzionali. All’interno di questo progetto abbiamo caratterizzato 13 sistemi con nanofillers di diversa natura e forma, puri o modificati con diversi compatibilizzanti, in diverse matrici polimeriche, utilizzando una procedura di modellistica molecolare multiscala sviluppata dal nostro gruppo di ricerca. I risultati ottenuti sono incoraggianti vista l’ottima concordanza dei valori delle proprietà termofisiche calcolate con i corrispetivi dati sperimentali. Inoltre, si è visto che nei sistemi esfoliati le caratteristiche chimico/fisiche dei modificatori non influiscono sulle proprietà macroscopiche, mentre le dimensioni e la forma dei nanofillers hanno un grande impatto sulle proprietà del materiale finale. Nanostrata è un progetto nazionale che ha come scopo lo sviluppo di nuovi rivestimenti nanostruttuati per diverse applicazioni industriali. In Nanostrata abbiamo svolto uno studio sulla bagnabilità di diverse superfici polimeriche (polipropilene, polistirene, poliammide e una serie di fluoropolimeri aromatici) con liquidi di diversa natura (acqua, olio, miscela di acqua e sapone) per sviluppare una metodologia che consenta di predire alcune importanti proprietà dell’interfaccia, quali l’angolo di contatto, la tensione superficiale e il lavoro di adesione. La concordanza dei risultati ottenuti con i valori sperimentali disponibili in letteratura ha permesso di convalidare la procedura sviluppata e dimostra che il protocollo sviluppato è applicabile anche a polimeri più complessi. Nel progetto Nanomodel, che mira ad aumentare la competitività dell'industria europea, attraverso lo sviluppo di modelli predittivi validati per ridurre gli sforzi necessari per lo sviluppo di nuovi materiali nanostrutturati, i sistemi di interesse sono nanocompositi icostituiti da nanoparticelle di silice superficialmente modificate con catene di polistirene in una matrice della stesso polimero. Quindi il nostro contributo è stato lo sviluppo di una procedura di simulazione molecolare multiscala per prevedere l'aggregazione/dispersione di queste nanoparticelle prestando attenzione a tutte le variabili chiave come NP densità di grafting, la lunghezza delle catene graftate, e la frazione volumetrica. Abbiamo poi convalidato il nostro approccio confrontando i risultati dalle simulazioni con i risultati coerenti del SAXS e del TEM. Infine ho dato un contributo al progetto Green Boat, che è un progetto molto vasto volto a promuovere la riduzione dell'impatto ambientale in ciascuna delle tre principali fasi di vita di una barca: la produzione, il servizio, e dismissione. L'obiettivo comune dei partners è lo sviluppo di materiali innovativi, ecologici, come ad esempio nanocompositi polimerici a base di fibre naturali. Quindi abbiamo fatto una caratterizzazione di nanowhiskers di cellulosa (CNW) dispersi in una matrice polimerica, utilizzando una combinazione di tecniche sperimentali e di simulazione, che hanno permesso di stimare la temperatura di transizione vetrosa, di studiare le caratteristiche nanostrutturali e di determinare il comportamento reologico dei sistemi. Possiamo concludere che i nanocompositi caricati con nanowhiskers di cellulosa sembrano essere dei buoni candidati per sostituire i materiali comunemente usati rinforzati con cariche minerali. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 38 “Size and shape matter! A multiscale molecular simulation approach to polymer nanocomposites” R. Toth, F. Santese, S. P. Pereira, D. R. Nieto, S. Pricl, M. Fermeglia and P. Posocco, J. Mater. Chem., 2012, 22, 5398-5409 “Simple, Fast, and Accurate In silico Estimations of Contact Angle, Surface Tension, and Work of Adhesion of Water and Oil Nanodroplets on Amorphous Polypropylene Surfaces” D. R. Nieto, F. Santese, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 2855-2859 “Water, oil, and surfactant solution on polymer surfaces: converging simulation methods for contact angle determination” F. Santese, D. R. Nieto, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia,, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013 sottomesso “Aromatic Fluoropolymers: a molecular dynamic study of wettability” Macromolecules, D. R. Nieto, F. Santese, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia, 2013 sottomesso “Insights on the aggregation of highly grafted spherical nanoparticles from a combined experimental/multiscale modeling investigation” P. Posocco, F. Santese M. Meyer, E. Hübner, O. Pravaz, J.W. Handgraaf, W. Pyckhout-Hintzen, D. Richter, M. Fermeglia, and Sabrina Pricl RSC Advances, 2013 sottomesso “Cellulose nanowhiskers reinforced PMMA and a-PP matrices” P. Posocco, R. Toth, F. Santese, F. Felluga, R. Urbani, S. Padovani, S. Priante, S. Pricl, M. Fermeglia, Carbohydrate Polymers, 2013 sottomesso Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) VNPCF (V congresso nazionale di chimica farmaceutica) comunicazione: “Molecular modeling investigation of egfr mutations and their response to Iressa”, 28-30 marzo 2011, Trieste AIChE Annual Meeting 2011, comunicazione: “The Factory of the Future: Integrating Multiscale Modeling and Experiments to Produce New, Better Nanocomposite Materials” M. Fermeglia, P. Posocco, R. Toth, D. R. Nieto, F. Santese and S. Pricl, 24 ottobre 2011 Minneapolis Eurofillers 2011 comunicazione: “Chemistry and shape effects in polymer based nanocomposites: a multiscale modeling study.” M.Fermeglia, P. Posocco, R. Toth, D. Romero, F. Santese, S. Pricl 21-22 agosto 2011 Dresden, Germany NanotechItaly, comunicazione: “Nanoparticles at large. A multiscale molecular modeling protocol to predict/explain structure-property relationships in nanocomposite systems” P. Posocco, F. Santese, D. R. Nieto, E. Laurini, M. Fermeglia, J. W. Handgraaf, H. G.E.M. Fraaije, M. Lisal, S. Pricl, 23-25 novembre 2011, Venezia NanotechItaly 2011, comunicazione: “Interfacial wettability of polymeric surfaces by oil, water and surfactant/water nanodroplets. A molecular dynamic study” F. Santese, D. R. Nieto P. Posocco, R. Toth, M. Fermeglia, S. Pricl, 23-25 novembre 2011, Venezia FOMMS 2012 comunicazione: “MOMA: Multiscale mOlecular Modeling of nAnocomposite materials. An integrated experimental/computational approach to the characterization of polymer-grafted silica-based polymer nanocomposites”, P. Posocco, F. Santese, J. W. Handgraaf, M. Meyer, O. Pravaz, S. Pricl and M. Fermeglia, 22-26 luglio 2012, Mt. Hood, Oregon ESAT 2012, comunicazione: “An integrated experimental/computational approach to the characterization of polymer- rafted silica-based polymer nanocomposites”, M. Fermeglia, P. Posocco, F. Santese, J. W. Handgraaf, M. Meyer, O. Pravaz, and S. Pricl, 7-10 ottobre 2012, Berlino Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 39 1st FVG PhD Symposyum, communication: “Molecular modeling of multifunctional nanostructured materials and coatings “, F. Santese et al., 7-9 ottobre 2013, Grado ATTIVITÀ FORMATIVA Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) 60 ore laboratorio MOSE Scuole AMBER school 3-6 maggio 2011, Barcellona Summer school on Nanotechnology 20-23 settembre, Trieste School on Synchrotron and FEL Based Methods and their Multi-Disciplinary Applications, 19-30 marzo 2012, Trieste Summer School on Nanotechnology, 2-5 luglio 2012, Udine Summer School on Biology, Computation and Information, 10-14 settembre 2012, Udine Summer School of Nanotechnology 4-6 settembre 2013, Trieste Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Seminari “Brached Peptides as Therapeutics” Prof. Bracci 21 marzo 2011 “Seminario GPU@UniTS - Processori Grafici & Calcolo Intensivo” 18 febbraio 2011 “New approaches in cancer therapy” Prof. Misiura 12 maggio 2011 “Nanosistemi per il drug e il gene delivery a base di derivati dell’acido aspartico” Prof. Cavallaro 1 giugno 2011 “Self assembled monolayers the challenge” Dr. Hicham Hamoudi 1 luglio 2011 “The effect of confinement on enzyme diffusion and reaction inside DNA nanostructures” Dr. Castronovo 29 luglio 2011 “Prospettive della sanità digitale nella Ricerca, nella Clinica e nell’Home-Care” ,Prof. Pinciroli, 14 febbraio 2012 “Business insights”, Area Science Park, 27 febbraio 2012 “Enterprise Europe Network”, Area Science Park, 27 febbraio 2012 “Spring course on Diffraction Methods for Nanostructured Materials”, Prof. N. Masciocchi e Prof.ssa A. Guagliardi, 15 marzo 2012 “How to perform a literature search using the resources available at UNITS”, Prof. M. Fermeglia, 6 giugno 2012 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 40 “How to connect to the UNITS network from outside the campus”, Prof. M. Fermeglia, 6 giugno 2012 “Polymer based-nanocomposites”, G. Kortaberria, 6 giugno 2012 “Robust imaging and delivery system targeted nanoparticles”, L.Nunez , 17 settembre 2012 “Training about scripting in Material Studio”, Li Xiao, 10 ottobre 2012 “Training about Mesocite in Material Studio”, Jason DeJoannis, 11 ottobre 2012 Corsi “Molecular self- assembling and nanostructures”, Prof. Morgante, Casalis, Pasquato Periodo 21 giugno-29 luglio 2011 Altre attività didattiche passive Congresso dottorandi Scuola di Nanotecnologie 17-19 gennaio 2011 Presentazione delle attività scientifiche dei gruppi di ricerca del dipartimento DI3, 25 febbraio 2011 Congresso dottorandi Scuola di Nanotecnologie 16-18 gennaio 2012 Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Attività di supporto per esercitazioni pratiche di Laboratorio di Simulazione molecolare per il “Master in Ingegneria Clinica”, 2012-2013 Attività di supporto per esercitazioni pratiche corso “Principi di simulazione molecolare”, novembre 20122013 Attività di supporto per esercitazioni di “ Reattori Chimici e Biochimici”, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 41 Dottorando LETIZIA TAVAGNACCO Titolo della tesi: Ruolo dell'acqua nel riconoscimento molecolare di bionanostrutture in sistemi alimentari. Supervisore: Prof. Attilio Cesàro Tutori (eventuali): Prof. John W. Brady Attività di ricerca Il tema di questo progetto di dottorato ha riguardato lo studio dell’acqua negli alimenti e la caratterizzazione del suo ruolo all’interfaccia di superfici biomolecolari. Il cibo, come materiale nano composito, è una miscela complessa di diversi componenti come proteine, grassi, polisaccaridi, ma soprattutto acqua. Le interazioni tra queste molecole alimentari polifunzionali sono particolarmente complesse a causa del comportamento dell’acqua come solvente. L’obbiettivo generale di questo progetto di ricerca è stato il raggiungimento di una migliore conoscenza su come le molecole d’acqua interagiscono con le molecole alimentari e come questo influenzi l’associazione delle molecole alimentari in soluzione acquosa, al fine di comprendere il ruolo fondamentale delle sostanze attive nelle proprietà degli alimenti. Nel primo anno del progetto il sistema caffè è stato il principale oggetto di studio. La molecola di caffeina è stata scelta come sistema modello a causa delle sue proprietà superficiali idrofobiche che combinate con i suoi gruppi funzionali idrofilici la rendono sufficientemente solubile in acqua. È stato sviluppato un modello computazionale per descrivere la molecola di caffeina e sono state eseguite simulazioni di dinamica molecolare (MD) con lo scopo di caratterizzare i dettagli molecolari della strutturazione dell’acqua attorno alla molecola di caffeina, l’aggregazione del soluto in soluzione e l’associazione con altre molecole alimentari come il saccarosio. Durante il secondo anno di questo progetto di dottorato l’interazione della molecola di caffeina in soluzione acquosa con altre molecole, come il sorbitolo, è stata caratterizzata attraverso l’utilizzo di simulazioni di dinamica molecolare. Inoltre sono stati condotti esperimenti complementari alle simulazioni di titolazione NMR. Le tecniche AFM e STM sono state usate per studiare il comportamento della molecola di caffeina all’interfaccia con superfici modello come l’oro, la grafite e la mica. Nell’ultimo anno di questo progetto di ricerca l’interazione dell’acqua con la molecola di caffeina, ma anche con altre molecole modello quali la clorofillina, la piridina ed il trealosio, è stata studiata attraverso esperimenti di scattering di neutroni. Esperimenti di diffrazione di neutroni con sostituzione isotopica sono stati condotti sia in un reattore nucleare (ILL) che in una sorgente a spallazione (ISIS) al fine di determinare la struttura delle soluzioni. L’analisi dei dati sperimentali è stata realizzata sia utilizzando il metodo Monte Carlo Empirical Potential Structure Refinement, sia attraverso simulazioni indipendenti di dinamica molecolare. Simulazioni MD sono state inoltre condotte per la caratterizzazione della dinamica dell’acqua in soluzioni acquose di caffeina. Obbiettivi da raggiungere per l’anno successivo (se applicabile) Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), − Tavagnacco, L.; Brady, J. W.; Cesàro, A. “The Interaction of Sorbitol with Caffeine in Aqueous Solution” Food Biophys., 2013, 8(3) , 216-222. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 42 Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) − 21-25 luglio 2013, Institut Laue Langevin, Grenoble, Francia. − 29 maggio – 6 giugno 2013, ISIS Facility, STFC Rutherford Appleton Laboratory, Harwell Oxford Campus, Gran Bretagna. Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive − Seminario “Pharmaceutical solids: amorphous/crystal duality and process induced transformations ”, Marc Descamps, 15 Ottobre 2013, Università degli Studi di Trieste. − Seminario “Theoretical coffee: caffeine, sugar and molecular recognition”, John W. Brady, 11 Ottobre 2013, Università degli Studi di Trieste. − Seminario “Molecular simulation in Chemical Biology and the importance of water”, John W. Brady, 27 Settembre 2013, Università degli Studi di Trieste. − 2nd course of the Cyber-Enabled Collaborative Graduate Education (CECGE) series: “Neutrons in Soft Matter Science: Complex Materials on Mesoscopic Scales” coordinated at Oak Ridge National Laboratory's (ORNL) Neutron Sciences Directorate (NScD) and the University of Tennessee-ORNL Joint Institute for Neutron Sciences (JINS). − Workshop “EPSR Empirical Potential Structure Refinement”, Maria Antonietta Ricci, Fabio Bruni, 2-6 Settembre 2013, Università degli Studi Roma Tre. − Seminario “H/D isotope effects in water and biological systems”, David L. Price, 9 Aprile 2013, Università degli Studi di Trieste. − Workshop on Analysis of Diffraction Data in Real Space, ADD2013, 17-22 Marzo 2013, Institut Laue-Langevin, Grenoble, Francia. − Seminari “MAITRE, Communicating Food Science Research in Trieste”, 21-22 Febbraio 2013, Università degli Studi di Trieste. − Webinar “Thermodynamic rules to achieve high binding affinity and selectivity”, Ernesto Freire, 29 gennaio 2013, Johns Hopkins University. − Nanotechnology School Congress, 9-11 gennaio 2013, Università degli Studi di Trieste. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 43 − Seminario “Metabolic signature in cancer research using magnetic resonance spectroscopy”, Tiziani Stefano, 20 dicembre 2012, Università degli Studi di Trieste. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva − Laboratorio di Chimica delle Macromolecole II, corso di laurea magistrale in Chimica, Prof. A. Cesàro (attività didattica di supporto). − Reviewer per Molecular Simulation Journal. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 44 Candidate SHITAL VAIDYA Title of the thesis: Study of magnetic properties in low dimentionality systems using synchrotron radiation Supervisor: Dr. ROBERTO GOTTER Tutors (if any): Research Activity In the third year we studied Co/Cu(001) f erromagnetic system using Angle Resolved Auger Photoelectron Coincidence spectroscopy (AR-APECS). The Co/Cu(001) film was grown by monitoring thickness with reflection high energy electron diffraction (RHEED) technique. We acquired ARAPECS measurements for Ni/Cu(001) by crossing the magnetic transition by varying film thickness of the film. In the ferromagnetic phase of Co /Cu(001) system, AR-APECS measurements are sensitive to the band exchange splitting and strong correlation effect in the Co (M23M45M45) Auger line shape is found in the ultra-thin film regime and ascribed to interactions within majority sub band, only. The thickness dependent study of Co/Cu(001) films depicts that, the shift to lower kinetic energy of the high spin contribution decreases with increase in thickness of film. We observed the similar results as that of Ni/Cu(001) ferromagnetic system, which confirms the effect of thickness of the film on the correlation energy between two hole Auger final state. At the end of the third year, after the success achieved in ferromagnetic and antiferromagnetic systems, we carried out AR-APECS measurements on Fe/CoO/Ag(001), a ferromagnetic-antiferromagnetic bilayer system, in order to investigate on the bias effect, due to a ferromagnetic state of the top layer frustrated by the proximity of an antiferromagnetic state. To this aim we made a comparison between Fe/CoO/Ag(001) and the Fe/Ag(001) ferromagnetic systems, in order to single out the effect of the interface interaction in the presence of the antiferromagnetic (CoO) layer. Acquisition and analysis of the data are still in progress. In the third year we also subjected APECS to exploit the chemical selectivity typical of the core level photoemission joined with capability to probe the valence band of the Auger decay. We measured APECS spectra for thin and thick layer of copper phtalocyanine molecule (CuPc) on Al(001) substrate. Pc is made of four pyrrolic rings surrounded by four benzenic rings and previous experiments using XPS, NESAFS and EELS spectroscopies led to the conclusion that a charge transfer occurs from the metallic substrate to the Pc molecule. The aim of our measurements was to estimate a different (in case) participation of pyrrolic and benzenic rings to the charge transfer. By means of the previous experimental techniques there is no chance to probe the valence band, where the charge transfer occurs, in a chemical selective way between pyrrolic and benzenic rings, being the chemical selectivity a property of the core level photoemission (chemical shifts). In APECS measurements, the carbon KVV Auger spectrum, thus probing the valence band, is measured in coincidence with C 1s core hole photoelectrons originating first from pyrrole and second from benzine rings of CuPc molecule, these two having photoelectron lines well separated in energy due to the chemical core level shift. The coincident detection of the Auger electron with its parent photoelectron is therefore the unique possibility to probe the valence band in a chemical selective fashion. From this experiment we observed that, in thin CuPc/Al(001) C KVV Auger lineshape shows different contributions from pyrrole and benzene, which suggest that charge transfer from substrate to LUMO of benzene is more than that of pyrrole. Publications on scientific journals (printed or in press) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 45 Monitoring antiferromagnetism via angle-resolved Auger photoelectron coincidence spectroscopy: the case of NiO/Ag(001) R. Gotter, M. Sbroscia, M. Caminale, S. R. Vaidya, E. Perfetto, R Moroni, F. Bisio, S. Iacobucci, G. Di Filippo, F. Offi, A. Ruocco, G. Stefani, L. Mattera, and M. Cini, Phys. Rev. B 88, 094403 (2013). Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Books /Chapters and sections of books Other publications Participation to conferences (as speaker) Educational Activity Periods abroad (date and place) Classes followed (date, course, professor, type of course) Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities 1) Summer school of nanotechnology 2013 2) FVG PHD symposium 2013. Support educational activity and teaching Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 46 Candidato FRANCESCA VIRGILIO Titolo della tesi: “Sviluppo di sensori elettrochimici mediante processi nanotecnologici per impieghi diagnostici biologici e medici” Supervisore: Massimo Tormen (a), Paolo Ugo (b) (a) CNR-IOM, laboratorio TASC, Basovizza SS14 km 163.5, 34149 Trieste; (b) Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi, Università Ca’Foscari di Venezia, Santa Marta 2137, 30123, Venezia. Attività di ricerca Gli obiettivi del primo anno di dottorato sono stati la valutazione delle materie prime e l’ottimizzazione del processo di nanofabbricazione per l’ottenimento di array di nanoelettrodi (NEAs), e la caratterizzazione elettrochimica degli array fabbricati. In particolare sono stati scelti il diamante drogato con boro (BDD) come layer conduttore, e il policarbonato (PC) come materiale isolante. Una rappresentazione schematica con le caratteristiche geometriche dei NEAs fabbricati è riportato in figura 1. Fig.1 Caratteristiche geometriche dei NEAs fabbricati. La densità di nanoelettrodi corrisponde a 1,3*107 nanoelettrodi/cm2. Durante il secondo anno di dottorato è stata caratterizzata la superficie di policarbonato per quanto riguarda la densità di gruppi reattivi sulla superficie ed è stato ottimizzato il processo di funzionalizzazione della superficie con piccole sequenze di single-stranded DNA. Per aumentare il numero di gruppi reattivi sulla superficie, i NEAs sono stati sottoposti a un trattamento di plasma ad ossigeno. E’ stato osservato che il trattamento con il plasma ad ossigeno ha un doppio effetto sui NEAs. Da un lato rimuove eventuali residui di policarbonato dal fondo dei nanoelettrodi di BDD permettendo di ottenere segnali voltammetrici Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 47 maggiormente definiti, dall’altro attiva la superficie di policarbonato, promuovendo la formazione di gruppi carbossilici. Questi sono stati successivamente attivati chimicamente tramite reazione con EDC (1-ethyl-3(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide) e sulfo-NHS (N-hydroxysulfosuccinimide) in modo da promuovere l’immobilizzazione di (bio)-molecole, opportunamente modificate con gruppi amminici, sulla superficie di policarbonato. In quest’ultimo anno di dottorato infine è stato ottimizzato l’ottenimento di NEA attraverso Nanoimprint Lithography tecnica più vantaggiosa rispetto all’Electron Beam Lithography in termini di costi e tempi. Inoltre sono stati compiuti esperimenti di ibridazione di DNA sulla superficie dei NEA, sia di piccole sequenze (20 bp) oligonucleotidiche, sia di sequenze più lunghe di HPV (Human Papilloma Virus), utilizzando l’enzima Glucosio Ossidasi immobilizzato sul target complementare per la rivelazione. Inoltre NEA modificati sono stati utilizzati presso l’Università di Bordeaux (Groupe Nanosystemes Analytiques, Institut des Sciences Moleculaires) per valutare l’applicabilità di una strategia di rilevabilità di tipo elettrochemiluminescente, utilizzando come luminoforo il complesso Rutenio tris-bipiridile [Ru(bpy)32+]. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa) “Development of electrochemical biosensors for medical diagnostic” Virgilio F., Prasciolu M., Ugo P., Tormen M., Microelectronic Engineering, Vol. 111 (2013) 320–324. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Presentazione Poster durante la Summer School on Nanotechnology, SISSA, Trieste. Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) - Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Training Strumentale: − E-beam Metal Evaporation, Dr. Gabriele Zacco, CNR-IOM, Laboratorio TASC. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 48 − NanoImprint Lithography, Dr. Alessandro Pozzato, CNR-IOM, Laboratorio TASC. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • “Hierarchical Accessibility of Double-Helical RNA and DNA Processing, Signals in Highly Dense Self Assembling Nanostructure” Matteo Castronovo,19.12.2012 • “Metabolic Signature in Cancer Research using Magnetic Resonance Spectroscopy” Stefano Tiziani, 20.12.2012 • “Interdisciplinary PhD Spring School” Udine 07-08.03.2013 • “Summer School on Nanotechnology” Sissa (TS) 04-06.09.2013 • “FVG PhD Symposium 2013” Grado 07-09.10.2013 Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 49 Dottorandi del 27esimo ciclo Candidate IMAN ABDOLLAHZADEH Title of the thesis: Mechano-optical nanotechnology approaches for the characterization of Circulating Tumor Cells after counting them Supervisor: Giacinto Scoles Tutors (if any): Matteo Castronovo, Stefano Prato Research Activity Pillar oscillations can be detected by means of optical method. These pillars are fabricated by silicon and the top-side is coated with gold. While a bio molecule or cell is absorbed by pillars, due to the change in whole mass of pillar, the resonance frequency of these pillars oscillation will be changed and one can detect the resonance frequency changing of pillar by which the mass change is obtained. In this research, by using optical fiber based system, we are going toward pillars multiplexing detection. So, first of all we have carried out experiments with one single mode (SM) fiber to be acquainted with the sensitivity and responsitivity of the fiber based system. We have also tested he tilting sensitivity of the system while a reflector in front of the light is tilted in three different planes. Our experiment show good sensitivity where the light is coming out in a collimated regime (i.e. parallel light). For focused light, on the other hand the sensitivity is lower than that of collimated light. Going towards multiplexing detection, we have fabricated a 3-fold array of fibers in a triangular manner. So, light will shine the reflector from one of these three fibers and reflected light is collected by other remaining two fibers and is transferred to the photo detector. The motivation behind this method is that every change in intensity of light can make a modulation between two collecting fibers. We have done this experiment to monitor the resonance frequency of a cantilever and our results show a good sensitivity; therefore, now we are in a level that go towards detection of one pillar and then at least a couple of pillars. For future, we intend to apply more than three fibers in an array- say five, seven, and nine- while the size of each fiber also is going to be smaller than that of a 3-fold array. This is to increase the sensitivity of our system. The main goal for next year activity is applying this method in liquid medium and then finally for cells mechanical characterization. Once a cell is confined to the top-side of a pillar, we will apply different frequencies and shake pillar and cells at various frequencies and try to monitor the weight of the cell. At some high frequencies the weight of cells starts decreasing. For normal cells due to the fact the stiffness is higher than that of cancerous cells, this methods is somehow a kind of weight spectroscopy of different cells. Objectives for the following year - Carrying out the 3-fold array of fibers for one pillar and a vertically oriented cantilever - Doing the experiments in both collimated and focused light regime The big advantage would be when we can see at least 2 pillars detection as the base for going ahead of multiplexing detection of pillars Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 50 Designing of a liquid cell chamber and try to optimize our fiber based method of reading for the cell chamber Publications on scientific journals (printed or in press) Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Books /Chapters and sections of books Other publications Participation to conferences (as speaker) Educational Activity Periods abroad (date and place) Classes followed (date, course, professor, type of course) - Training course of laser and optics at ICTP, Feburary 2013 (2 weeks) Corso per dottorato: Molecular self- assembling and nanostructure (September 2013, University of Trieste, Prof. Casalis- Prof. Morgante- Prof. Pasquato, information about SAM and its characterization) - Several papers introduced by my supervisor as study instead of courses: 1Superluminescent Diodes. Short overview of device operation principles and performance parameters. Prepared by Vladimir Shidlovski, SuperlumDiodes Ltd., @ 2004 2Aurel Ymeti et. al, Fast, Ultrasensitive Virus Detection Using a Young Interferometer Sensor, Nano Lett. 2007. 3Mauro Melli et. al, Fast Detection of Biomolecules in Diffusion-Limited Regime Using Micromechanical Pillars, ACS NANO, 2011 4Phillip Russell, Photonic-Crystal Fibers, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 24, NO. 12, DECEMBER 2006 5- J. Knight, Photonic crystal fibres, Nature 2003. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 51 Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities - Training in and collaboration with A.P.E. research company- Trieste, (four months), 2013. - Frontiers in Nanomechanics; International Centre for Theoretical Physics (I.C.T.P), September 2013. 3rd Joint Summer School on Nanotechnology; SISSA: Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (International School for Advanced Studies), September 2013. Advanced Workshop on Nonlinear Photonics, Disorder and Wave Turbulence; International Centre for Theoretical Physics (I.C.T.P), July 2013. - Winter college on Optics: Trends in Laser Development and Multidisciplinary Applications to Science and Industry; International Centre for Theoretical Physics (I.C.T.P), February 2013. Support educational activity and teaching Learning operation of Atomic force Microscopy under teaching of Dr. M. Castronovo (2 months, UNIUD) Training working in cell culture room and preparation of cells, teacher: Dr. A. P (1 month, Udine Hospital) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 52 CANDIDATO VALERIA ANGELONI Titolo della tesi: Ruolo dei cross linker del collagene sulla stabilità dell’interfaccia adesiva Supervisore: Prof. Lorenzo Breschi Tutori (eventuali): Prof.ssa Milena Cadenaro Attività di ricerca Studi recenti hanno dimostrato l’efficacia degli agenti cross linker nella preservazione dello strato ibrido, aumentando così la durata del legame adesivo tra dentina e materiali resinosi. Durante il primo anno di attività del PhD sono stati testati due diversi cross-linker 0.3M EDC (carbodiimide hydrochloride) e 0.1% Riboflavina in associazione con tre differenti adesivi disponibili sul mercato (SB1 XT; XP Bond; Optibond FL). Quest’anno è stato aggiunto un nuovo cross linker: 0,01% acroleina (2-propenale). L’efficacia dei cross linker presi in esame è stata valutata con test meccanici, morfologici e biochimici. Sono stati scelti terzi molari estratti e su di essi sono state simulate le procedure adesive: nei gruppi sperimentali i denti sono stati pretrattati con i cross linker da testare prima di applicare gli adesivi scelti (XP Bond o SB1 XT) secondo le istruzioni del produttore. Nei gruppi controllo gli adesivi sono stati applicati direttamente senza pretrattamento. I campioni sono stati poi messi ad invecchiare a 37°C in saliva artificiale per tempi di storaggio differenti: T0 (24 ore) T6 (6 mesi) T12 (12 mesi). Al fine di valutare la stabilità dello strato ibrido nel tempo i campioni ad ogni tempo di invecchiamento sono stati testati con il test di microtensile; è stata anche fatta l’analisi del nanoleakage al fine di valutare l’integrità dell’interfaccia adesiva. I risultati dimostrano che dopo 6 e 12 mesi di invecchiamento i valori di adesione dei gruppi sperimentali sono significativamente più alti se comparati con i valori dei gruppi controllo, anche l’analisi del nanoleakage mostra un’infiltrazione dello strato ibrido ridotta nei gruppi trattati con i cross linker rispetto ai gruppi controllo. Come test biochimico è stato scelta la zimografia per valutare l’attività delle MMPs della dentina quando questa viene trattata con agenti cross linker. I risultati mostrano con l’applicazione degli agenti cross linker l’attività enzimatica è significativamente ridotta. Obbiettivi per l’anno successivo − Terminare di raccogliere i dati del test di microtensile dei campioni trattati con 0,3M EDC e 0,01% acroleina, e raccogliere i dati dei campioni trattati con 0,3M EDC in associazione con un adesivo self-etch. − Terminare l’analisi zimografica delle combinazioni mancanti cross-linker/adesivi testati. − Eseguire l’analisi zimografica in situ al fine di analizzare l’attività enzimatica all’interno dello strato ibrido di campioni sottoposti a invecchiamento in saliva artificiale. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), − L. Breschi, V. Angeloni, A. Frassetto, G. Marchesi, A. Mazzoni, M. Cadenaro. “I principi dell’adesione e le loro implicazioni cliniche”. Dentista Moderno, febbraio 2012. − Mazzoni, C. Angeloni, F.M. Apolonio, N. Scotti, L. Tjäderhane, A. Tezvergil-Mutluay et al. (2013). Effect of carbodiimide (EDC) on the bond stability of etch-and-rinse adhesive systems. Dental Materials; 29; 1040-7. − Mazzoni, F.M. Apolonio, V.PA Saboia, S. Santi, V. Angeloni, V. Checchi, R. Di Lenarda, F.R. Tay, D.H. Pashley, L. Breschi. Carbodiimide inactivation of endogenous dentinal MMPs. Submitted in press. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 53 Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) − V. Angeloni, G. Marchesi, A. Mazzoni, R. Di Lenarda, M. Cadenaro, L. Breschi “The effect of chlorhexidine pre-treatment on the bond strength of fiber posts”. Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Torino 2012 − Mazzoni, V. Angeloni, G. Turco, F.R. Tay, D.H. Pashley, L. Breschi “Effect of carbodiimide on dentin bonding” Annual Meeting of Academy of Dental Materials, Lake Buena Vista, USA, 2012 − V. Angeloni, A. Mazzoni, M. Cadenaro, G. Marchesi, L. Manzoli, L. Breschi “Effect of acroleinbased primer as collagen cross-linker on adhesion” Annual Meeting of Academy of Dental Materials, Lake Buena Vista, USA, 2012 − M. F. Bagnato, V. Angeloni, R. Curci, R. Di Lenarda,. Analisi morfologica di smalto e dentina in pazienti affetti da Celiachia: analisi correlativa FEI-SEM/TEM. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013 − R. Curci, V. Angeloni, M.F. Bagnato, L. Breschi. Espressione di MMP-2 e MMP-9 nella dentina di elementi decidui in pazienti affetti da Celiachia. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013 − V Angeloni, R Curci, A Mazzoni, Campanella, M Bossù, A Polimeni. Espressione di MMP-2 e MMP-9 nella dentina di elementi decidui in pazienti affetti da Osteogenesi Imperfetta. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013 − A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, Derhane, R Di Lenarda, D Sheffel, FR Tay, DH Pashley, L Breschi. Effect of carbodiimide on bond stability. International Association of Dental Research, Seattle, USA, 2013 − A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, S Santi, R Di Lenarda, DH Pashley, L Breschi. Detection of MMPs in the hybrid layer of etch-and-rinse adhesives. Continental European Division of International Association of Dental Research, Firenze, 2013 Attività formativa Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive − Nanotechnology School Annual Meeting. University of Trieste, January 16-18, 2012 − Spring course on “Powder Diffraction Method”. (Prof Norberto Masciocchi, Prof Antonietta Guagliardi). University of Trieste. March 15, 2012. − Second Joint Summer School on Nanotechnology; Udine, July 2-5, 2012 − XIX Collegio dei Docenti di Odontoiatria “L’High-Tech come supporto alla ricerca, alla didattica e alla clinica in odontostomatologia”, 12-14/04/2012, Torino − Annual Meeting of Accademia Italiana di Conservativa “Qualità in Odontoiatria Conservativa”, 45/05/2012, Riva del Garda Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 54 − Annual Meeting of Academy of Dental Materials “Evidence-Based Dentistry and the Need for Clinically-Relevant Models to Predict Material Performance”, September 19-22,2012, Orlando − Annual meeting of the School of Nanotechnology, Trieste, January 9-11, 2013 − Inter disciplinary School, March 7-8, 2013, Udine − XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, “Evidenza scientifica, Interdisciplinarietà, Tecnologie applicate”, April 18-20, 2013, Rome − 46th Meeting of Continental Europen Division of Interantional Association of Dental Research with Scandinavian Division (NOF), September 4-7, 2013, Florence − Annual Meeting of Academy of Dental Materials, October 9-12, 2013 Vancouver, Canada Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 55 Candidato DANIELE BORIN Titolo della tesi: “Oscillatori micromeccanici per applicazioni biochimiche” Supervisore: Dr. Marco Lazzarino, Prof. Giacinto Scoles Attività di ricerca Gli oscillatori micromeccanici sono ampiamente utilizzati come sensori biomolecolari[1], nei quali la massa adsorbita è determinata dalla variazione della frequenza di risonanza. L’esempio più diffuso è rappresentato dai micro/nanocantilever, la cui applicazione in liquido è però limitata dall’attrito viscoso del mezzo, diminuendone la risoluzione e impedendo l’utilizzo a diretto contatto col campione biologico[2]. Questo progetto sfrutta l’effetto superidrofobico prodotto su una matrice densa di oscillatori verticali (micropillars)[3] resi idrofobici: il liquido è in contatto solo con la parte superiore del pillar, il quale può oscillare lateralmente in aria mantenendo risoluzioni inferiori al nanogrammo. Inoltre, viste le ridotte dimensioni dell’area sensibile (pochi µm2), la diffusione è molto più veloce (fino a tre ordini di grandezza) rispetto a sensori più larghi, rendendo la risposta più rapida[4]. In questo secondo anno è stato ottimizzato il protocollo di fabbricazione/pulizia ed idrofobizzazione dei pillars, creando un “self-assembled monolayer” (SAM) di alcanosilani in toluene. La superidrofobicità è stata verificata anche con campioni di plasma umano opportunamente diluito (1:20)[2]. Sono stati testati inoltre metodi per migliorare l’adesione dell’oro sui pillars, utilizzato come base per l’immobilizzazione di recettori (attraverso l’interazione oro-tiolo). L’introduzione di una struttura sporgente sulla sommità del pillar ha permesso poi da un lato di migliorare l’effetto di superidrofobicità, dall’altro di permettere la lettura di più pillars in parallelo in vuoto, riducendo i tempi di analisi da ore a pochi minuti. La rilevazione di concentrazioni pico-femtomolari di streptavidina attraverso un “sandwich” con nanoparticelle biotinilate è in fase di ottimizzazione per ridurre l’adsorbimento aspecifico, mentre una nuova tipologia di cella per le misure in liquido è in fase di realizzazione. Riferimenti bibliografici [1]. J. Tamayo et al., Biosensors based on nanomechanical systems, Chem. Soc. Rev., 42 (2013) 1287– 1311. Doi:10.1039/c2cs35293a [2]. D. Borin et al., On the role of the coating in superhydrophobic micromechanical resonant sensors operating in liquid, in revisione per “Sensors and actuators B: Chemical” [3]. M. Melli et al., Inverted tapered pillars for mass sensing, Microel. Eng., 2010 ,87 (5-8): 730-733. [4]. M. Melli et al., Fast, diffusion limited, detection of biomolecules using micromechanical pillars, ACS Nano, 2011, 5 (10): 7928-7935. Obbiettivi per l’anno successivo − Costruzione di una nuova cella per misure in liquido, con attuazione esterna dei pillars e circuitazione microfluidica per la funzionalizzazione, il risciacquo e l’esposizione della matrice di pillars al campione da analizzare; Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 56 − Misura di detection biomolecolare con pillars in liquido, utilizzando come caso di studio il riconoscimento antigene-anticorpo; − Studio e applicazione di approcci per l’immobilizzazione di anticorpi diversi sulla stessa matrice e misura di riconoscimento biomolecolare. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), − Toffoli V., Dandash F., Pozzato A., Borin D., Carrato S. and Lazzarino M. (2013). Actuation of silicon pillar micro-mechanical resonators by Kelvin polarization force. Microelectronic Engineering, 111, 1–6. doi:10.1016/j.mee.2013.05.013 − Borin D., Melli M., Dal Zilio S., Toffoli V., Toffoli G., Scoles G. and Lazzarino M., On the role of the coating in superhydrophobic micromechanical resonant sensors operating in liquid, in revisione per “Sensors and actuators B: Chemical” Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) - Meeting annuale della scuola di Nanotecnologie – 9-11 Gennaio 2013, Univ. di Trieste; - “1st FVG PhD symposium” – 7-9 Ottobre 2013 – Grado (GO) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) (6h) 21 e 28 gennaio 2013, Corso sulle forze intermolecolari, Prof. Giacinto Scoles, corso per dottorandi Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive - Meeting annuale della scuola di Nanotecnologie – 9-11 Gennaio 2013, Università di Trieste; Meeting QUIDPROQUO sulle malattie rare e possibilità di nuovi metodi di detection (col gruppo del Prof. Bembi, Ospedale di Udine), 3 Giugno 2013, Udine; - Monalisa QUIDPROQUO 2nd Midsummer Festival, 26 Luglio 2013, Udine; - Summer school on Nanotechnology, 4-6 Settembre 2013, SISSA, Trieste; Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 57 Seminario: Marco Matteucci, DTU Nanotech, Department of Micro- and Nanotechnology, Technical University of Denmark, Lyngby, DENMARK “All-polymer nano and microfluidic systems for large scale Lab-on-Chip applications”, 9 settembre 2013, ICGEB, Area Science Park, Padriciano (TS); Seminario: Samindranath Mitra, Editore della rivista “Physical Review Letters”, “Hows and whys of publishing in PRL?”, 18 Settembre 2013, CNR-IOM, Trieste; - Conferenza: 1st FVG PhD symposium, 7-9 Ottobre, Grado (GO); - Conferenza: Nano-Bio-Med 2013, 14-18 Ottobre 2013, ICTP, Trieste; - Corsi di formazione per l’utilizzo di tecniche di litografia elettronica ed analisi EDX; - Studio individuale dei libri: o R. Förch, H. Schönherr and A.T.A. Jenkins, “Surface Design: Application in Bioscience and Nanotechnology”, WILEY-VCH, 2009 (in corso). Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Attività di formazione a colleghi di dottorato riguardo a spin coating, optical lithography, reactive ion etching, e-beam evaporation, laser cutter; Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 58 CANDIDATO SARA CAPOLLA Titolo della tesi: Use of immune-nanoparticles containing chemotherapeutic agents for the treatment of tumors Supervisore: Dr. Paolo Macor Tutori (eventuali): Attività di ricerca I tumori a cellule B sono un gruppo eterogeneo di patologie che comprendono sia malattie indolenti, come la leucemia linfatica cronica (LLC), sia aggressive, come il linfoma di Burkitt. Il trattamento delle patologie a cellule B prevede sia l’utilizzo di chemioterapici che di anticorpi monoclonali. Nonostante la varietà di terapie esistenti, l’efficacia di questi farmaci è limitata dalla mancata specificità per le cellule tumorali e/o dall’induzione di gravi effetti collaterali. Nanoparticelle coniugate con un anticorpo anti-CD20, specifico per le cellule B, e contenenti fludarabina sono state prese in considerazione per ovviare i limiti delle terapie attuali. Inizialmente è stato valutato il legame delle nanoparticelle a una linea cellulare di LLC (MEC-1) e a una linea cellulare di linfoma di Burkitt (BJAB). In seguito, l’importanza dell’anticorpo anti-CD20 per il legame in vivo delle nanoparticelle alle cellule B è stato dimostrato attraverso studi di biodistribuzione in un modello localizzato di patologia a cellule B. Questi esperimenti, infatti, hanno dimostrato come nanoparticelle coniugate con l’anticorpo anti-CD20, a differenza delle nanoparticelle senza anticorpo, siano in grado di legare in modo specifico le cellule B. Inoltre, l’analisi di biodistribuzione ha dimostrato come il fegato sia il sito principale di eliminazione delle nanoparicelle. Per quanto riguarda gli effetti terapeutici in vitro, è stato dimostrato come le nanoparticelle contenenti fludarabina inducano l’apoptosi del 60% delle cellule. La stessa quantità di farmaco libero presenta valori di apoptosi comparabili, dimostrando come i chemioterapici mantengano la loro tossicità anche a seguito dell’inserimento all’interno delle nanoparticelle. Al contrario, nanoparticelle che non contengono farmaci inducono l’apoptosi del 10-20% delle cellule confermando la loro ridotta tossicità. Infine, sono stati effettuati studi preliminari riguardanti la capacità di trattamento delle nanoparticelle in un modello disseminato di LLC. Obbiettivi per l’anno successivo 1. Studio dell’induzione dell’apoptosi su linee cellulari. Linee cellulari di LLC (MEC-1) e linfoma di Burkitt (BJAB) saranno incubate con diverse quantità di nanoparticelle e la quantità corrispondente di fludarabina. L’apoptosi sarà valutata tramite analisi citometrica con il test dell’Annessina V. 2. Studio dell’effetto delle nanoparticelle su cellule di pazienti affetti da LLC. L’effetto di nanoparticelle su un campione di sangue periferico e su cellule B purificate da pazienti affetti da LLC sarà valutato con il test dell’Annessina V e con il test MTT. Il test Annessina V fornirà informazioni riguardanti la specificità d’azione delle nanoparticelle nei confronti delle cellule B ed eventuale tossicità indotta su altre cellule presenti nel sangue dei pazienti affetti da LLC. Il test effettuato su cellule B purificate da pazienti darà ulteriore informazione sugli effetti indotti dalle nanoparticelle in base alle caratteristiche genetiche dei pazienti. 3. Studio della capacità di trattamento di un modello di LLC. L’effetto delle nanoparticelle in un modello disseminato di leucemia verrà ripetuto ulteriormente al fine di confermare i dati precedentemente ottenuti. Inoltre, saranno effettuate diverse prove aumentando le dosi iniettate di nanoparticelle e sarà valutato il tempo di sopravvivenza degli animali confrontandoli con i controlli non trattati. Come controllo saranno utilizzate nanoparticelle composte solamente dai polimeri, nanoparticelle coniugate con l’anticorpo Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 59 anti-CD20 e nanoparticelle con fludarabina all’interno e senza anticorpo in superficie. Gli effetti delle nanoparticelle saranno comparati a quelli ottenuti utilizzando fludarabina libera. 4. Studio della capacità di trattamento di un modello di linforma di Burkitt. Il modello di linfoma di Burkitt prevede l’iniezione di cellule BJAB nel peritoneo di topi SCID. Lo studio effettuato per il modello di leucemia esposto in precedenza sarà effettuato anche nel modello di linfoma di Burkitt. 5. Valutazione della tossicità indotta dalle nanoparticelle in animali sani. Le nanoparticelle saranno iniettate per via intravenosa in topi C57BL. A tal fine saranno effettuate valutazioni come la sopravvivenza, il calo di peso degli animali e la concentrazione degli enzimi tessuto-specifici in circolo. Inoltre, sarà anche valutato il numero dei linfociti circolanti e la tossicità indotta sulle cellule CD34+ in quanto è risaputo come la fludarabina sia in grado di variare questi parametri. I valori ottenuti dall’iniezione delle nanoparticelle saranno comparati con gli effetti ottenuti dall’iniezione del farmaco libero. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), Mezzaroba N et al. (2013). “New potential therapeutic approach for the treatment of B-cell malignancies using Chlorambucil/Hydroxychloroquine-loaded anti-CD20 nanoparticles”. PloS One 8(9):e74216. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Poster alla “Nanomedicine School” con titolo “Chemotherapeutic-loaded anti-CD20 biodegradable nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (10-11 Settembre 2013). Poster al “55th Società Italiana Cancerologia (SIC) Annual Meeting” con titolo “Fludarabine-loaded anti-CD20 biodegradable nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (23-26 Settembre 2013). Poster al “7th Conference on Experimental and Translational Oncology (CETO 2013)” con titolo “Immune biodegradable nanoparticles’ application in the diagnosis of CD20-positive B cell disorders” (2023 Aprile 2013). Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) - Partecipazione al “Terza giornata del Dipartimento di Scienze della Vita” Partecipazione alla “Giornata Regionale Immunologia Immunologia Clinica e Allergologia (GRIICA)” (28 Giugno 2013) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 60 - Partecipazione al PhD symposium (7-9 Ottobre 2013) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive - Nanotechnology PhD presentations (16-18 Gennaio 2013) - Sesto Brainstorming su LLC e dintorni (7-8 Febbraio 2013) - Spring School in Udine (7-8 Marzo 2013) - 7th Conference on Experimental and Translational Oncology (CETO 2013) (20-23 Aprile 2013) - Giornata Regionale Immunologia Immunologia Clinica e Allergologia (GRIICA) (28 Giugno 2013) - PhD Nanotechnology Summer School (4-6 Settembre 2013) - Nanomedicine School (10-11 Settembre 2013) - 55th Società Italiana Cancerologia (SIC) Annual Meeting (23-26 Settembre 2013) - PhD Symposium (7-9 Ottobre 2013). Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Supervisore durante un periodo di stage di 3 mesi per la caratterizzazione di nanoparticelle nell’ambito della collaborazione con la ditta BioTarget Inc. (Chicago, IL). Correlatore durante un periodo di internato di un anno e scrittura della tesi (“Selezione e caratterizzazione di anticorpi umani anti-PSGL-1 per il trattamento di linfomi a cellule T”). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 61 Candidate Paolo Cecchini Title of the thesis: Bio-materials in Ophthalmic Surgery Supervisor: Prof. Tognetto Tutors (if any): Research Activity Second Year The first months of the year were dedicated to take an inside look of the device. The SEM images suggested than the inner part of the shaft of the device was pretty much rough. Could we speculate that all the shaft was rough? More importantly, we wanted to verify if the inside diameter of the shaft was constant or if it presented differences in diameter (stenosis). This could seriously affect the drainage capabilities of the device itself. Since the device is made of steel and is only 2,6 mm long, the cutting process presented technical difficulties both in handling and in sawing itself. We wanted to avoid damage or to introduce any bias in the macroscopical and microscopical aspect of the inner part of the device, so gentle and careful cutting was necessary. The cutting process was set up after extensive confrontation among engineers at the engineering department of the University. The device was included in a resin matrix that allowed for easy handling. The bloc of resin was abraded till half of the device was taken away. The next step was to remove the resin from the inside of the device, which was achieved by mechanical and chemical process. We obtained a perfect “half pipe”, even if it had not been possible to fully remove the resin from the inside of the tube. Nonetheless the evidence was that the diameter of the device was constant, and the roughness pattern was similar throughout the device. At that point we started the adhesiveness testing part of the study. In collaboration with the Department of life science, we planned to verify if any cell growing and adhesion was possible on the device. Since most of the clinical failure in the surgery is due to fibrosis in the sclera and conjunctiva, we chose to test fibroblasts. In order not to waste many devices in the experiments, we decided to grow cells on a 27G insulin needle. The first experiments were not successful as almost no cells were seen to adhere and grow on the needle at SEM analysis. Surprisingly, we found that the roughness pattern of the needle was very similar to that of the device. We speculated that the making process must have been similar, and that the available Ex-Press device has little technology apart from the design. At that point new adhesion experiments were carried out, forcing the cells into and onto the needle. Still only some cells were seen to adhere to the needle. Those results suggest that the device does not promote cells adhesion despite of the roughness it displays. The second stream of experiments dealt with the scleral flaps hydrodynamics. First a 2D computational model was set up at the Department of Fluid Mechanics. The model suggests the lines of flow under the flap. It is of vital importance where the surgeons put the stitches to close the flap. The model clearly demonstrates the virtually no flow is present when 5 stitches are put along the flap border, and that the surgeon could direct the flow by choosing where to put the stitches. Simulations have been performed considering the device as physiologically positioned by the surgeon or in different positions under the flap. Then stiches in variable number and position have been imposed in the model, observing the lines of flow Velocities field) and the lines of pressure (pressure field). Interestingly we noticed that the pressure of the flow out of the device is concentrated in a small area. This may explain the necrosis of the conjunctiva over the device when the latter is inserted directly under the conjunctiva (old technique). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 62 The 2D model unfortunately cannot describe the complexity of the scleral flap in terms of thickness, and cannot describe the complex pattern of outflow of the aqueous. A 3D model appeared to be essential to further understand this complex geometry. The model is now under study and the results will be available within the next months. Objectives for the following year Obtain information from the computational 3D model in terms of hydro dynamics and flap role Analyze possible nanotechnologies to reduce adhesiveness of the internal lumen Design a novel device Design a novel drug delivery model (antibiotic and steroids) Publications on scientific journals (printed or in press) Stroke dynamics and frequency of 3 phacoemulsification machines. Tognetto D, Cecchini P, Leon P, Di Nicola M, Ravalico G. J Cataract Refract Surg. 2012 Feb;38:333-42. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Chemical and Physical Surface Properties of Phaco Tips Before and After Surgery. Cecchini P; Leon PE; Tognetto D; Ravalico G. American Society of Cataract and Refractive Surgery. April 2012, Chicago Il, USA Participation to conferences (as speaker) Valutazione delle caratteristiche di superficie delle iol dopo inserimento attraverso cartridge per microincisione da 2.2 mm P. Cecchini(1), P.E. Leon(1), G. Turco(2), A. Montesel(1), D. Tognetto(1) (1) Clinica Oculistica, Università degli Studi di Trieste, Ospedale Maggiore (2) Dipartimento universitario-clinico di Scienza Mediche, Chirurgiche e della Salute, Università degli Studi di Trieste Vincitore del premio: “Miglior comunicazione orale” Chemical and Physical Surface Properties of Phaco Tips Before and After Surgery. Cecchini, Paolo; Leon, Pia Easter; Tognetto, Daniele; Ravalico, Giuseppe. American Society of Cataract and Refractive Surgery. April 2012, Chicago Il, USA Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 63 Candidato GIOVANNA COCEANO Titolo della tesi: Caratterizzazione delle proprietà meccaniche delle cellule tumorali Supervisore: Dr. Dan Cojoc Tutori (eventuali): Dr.ssa Serena Bonin Attività di ricerca Il corso di dottorato prevede la partecipazione a due progetti di ricerca. Il primo, ed anche il principale, ha come scopo la caratterizzazione delle proprietà meccaniche delle cellule tumorali. In particolare ci siamo focalizzati sull’analisi di tre linee cellulari umane della mammella (MDA MB 231, MCF 7 e HBL 100), scelte come modello per rappresentare la progressione del tumore verso la metastasi. L’analisi si prepone di misurare le proprietà visco-elastiche della membrana cellulare e le forze che regolano l’adesione cellula-cellula. È dimostrato, infatti, che l’aumento di deformabilità e la perdita di adesione cellulare correlano direttamente con la progressione del tumore verso la metastasi. I due approcci usati per la caratterizzazione viscoelastica delle tre linee cellulari si basano sull’uso di due tecniche ottiche principale: Optical Tweezers e Speckle Sensing Microscopy. L’OT è stato usato per estrarre tethers di membrana e misurare la forza in funzione dell’elongazione. Dalla curva di forza vs elongazione sono stati derivati importanti parametri viscoelastici (stiffness del tether, rigidità della membrana, viscosità della membrana) che hanno permesso di analizzare le differenze tra le cellule sane e le cellule tumorali con diversi gradi di aggressività. Gli esperimenti sono stati fatti alla temperatura fisiologica (37°C), su cellule in adesione e utilizzando un fascio laser infrarosso (1064nm) per l’intrappolamento di biglie di silice di 1.5um di diametro. L’altra tecnica che è stata utilizzata, definita “Speckle Sensing Microscopy”, è basata sull’analisi della dinamica dei pattern di interferenza formati dalle cellule quando sono illuminate da un laser inclinato. La dinamica dei pattern di interferenza riporta la vibrazione termica della superficie della cellula, che è intrinsecamente legata alla sua rigidità. Sono stati per ora ottenuto dei risultati preliminari che hanno permesso di discriminare cellule in diverso stato di salute. Il principale vantaggio di questa metodologia è la possibilità di analizzare un elevato numero di cellule per unità di tempo. Il progetto iniziato lo scorso anno con la dr. Lisa Vaccari e la dottoranda Elisa Mitri, sull’utilizzo della Linea Infrarossa SISSI per l’analisi spettroscopica delle linee cellulari da me studiate, è proseguito anche nel corso di quest’anno. Durante il beamtime effettuato a marzo sono state misurate le tre linee cellulari, per caratterizzare la composizione della membrana e le modificazioni a livello del citoscheletro, con particolare attenzione alla quantità di proteine e fosfolipidi e ai loro componenti. Il secondo progetto al quale partecipo è svolto in collaborazione con il Laboratorio di Fisiologia del Prof. Lombardi Vincenzo, dell’Università di Firenze. Il progetto, denominato MYOMAC, ha lo scopo di costruire un motore molecolare di sintesi. L’esperimento consiste nel coniugare un filamento di actina con una serie di miosine e di ottenere uno spostamento dell’actina sulle teste di miosina, in seguito all’aggiunta di ATP al sistema. Le forze generate dall’interazione tra actina e miosina sono monitorate grazie alla coniugazione Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 64 dell’actina a una biglia intrappolata da un Optical Tweezers. Misurando gli spostamenti nanometrici della biglia all’interno della trappola, si misura la forza. Durante il corso dell’anno siamo riusciti a migliorare il protocollo fabbricativo delle fibre e a ottenere maggiore uniformità e riproducibilità dei campioni, i quali sono costituiti da fibre ottiche modificate, che vengono usate come supporto per selezione delle molecole (miosine) utili. I miglioramenti nella preparazione del supporto ha permesso ai colleghi di Firenze di raggiungere importanti risultati nell’assemblamento del motore molecolare. Obbiettivi per l’anno successivo Continuare il progetto sulla caratterizzazione viscoelastica delle cellule applicando le stesse analisi ad altre linee cellulari e, se possibile, ampliare l’analisi a livello di tessuti. Migliorare la tecnica, usando probes più specifici, per riprodurre in laboratorio un modello di interazione cellula-cellula, che permetta di misurare le forze che regolano l’adesione cellulare. Focalizzarsi in particolare sulla famiglia delle caderine, proteine che regolano l’adesione tra le cellule e presentano una alterazione nei profili di espressione in diversi tipi di tumori. Applicare la tecnica della SSM alle altre linee cellulari non ancora analizzate per capire se è possibile usare questa tecnica come metodo di screening di cellule sane e malate. Affinare ulteriormente la preparazione delle fibre ottiche, attraverso l’uso del Focus Ion Beam, per funzionalizzare più specificatamente la punta e migliorare la disposizione delle molecole di miosina. Partecipare a un esperimento completo a Firenze. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), “Experimental determination of trapping efficiency of optical tweezers” H.Cabrera, J.J. Suarez-Vargas, A. Lopez, H. Nunez, G. Carvalho, G.Coceano & D. Cojoc, Philosophical Magazine Letters, 30 Settembre 2013 “Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Real-time Infrared Microspectroscopy of Living Cells” E. Mitri, G. Coceano, A. Pozzato, D. Cojoc, L. Vaccari, M. Tormen and G. Grenci, Microelectronic Engineering, Volume 107, Luglio, 2013 Pagines 6-9 Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) “Speckle nano-Sensing Microscopy Grabbing Cell Mechanics in vitro” Dan Cojoc, Giovanna Coceano, Sara Finaurini, Serena Bonin, Vicente Mico, Zeev Zalevsky, NanotechItaly 2012, Venezia, 21-23 Novembre 2012 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 65 “Local biomechanics of neoplastic and non-neao.plasric cells” D.Cojoc, F.Tavano, G.Coceano, E.D’Este, G.Stanta, S.Bonin, Physical Biology of Cancer, Candiolo (TO), 7-10 Marzo 2013 “Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano, Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 9th European Biophysics Congress EBSA2013, Lisbon 17-13 Luglio 2013 Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) “Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano, Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 9th European Biophysics Congress EBSA2013, Lisbon 17-13 Luglio 2013 “Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano, Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 1st FVG Symposium, Grado 7-9 Ottobre 2013 Attività formativa Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Premio Città impresa 2013 The 6th International Summer School - 23 – 31 Agosto , 2013 Vipava, Slovenia Training: CO2 laser cutter, Dr. Dan Cojoc Dual Laser Optical Tweezers per lo Stretching di una singola molecola di dsDNA, dr. Pasquale Bianco, Università di Firenze Trasfezione di cellule umane, PhD Luisa Napolitano, SISSA, Trieste Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 66 Workshop on Neuron Degenerative Diseases, 7-8 Gennaio 2013, Udine EMBO Workshop: Physical Biology of Cancer, 7 - 10 Marzo, 2013 Candiolo, Italy 9th European Biophysics Congress, EBSA 2013 13-17 Luglio, Lisbon Molecular Biology in Portugal and EMBL, 18 Luglio 2013, Lisbon Third Joint Summer School on Nanotechnology,Udine, 4-6 Settembre 2013 First FVG PhD Symposium, Grado 7-9 Ottobre 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 67 CANDIDATO: MARINA DIOLOSÀ Titolo della tesi: Development of a new nano-engineered biopolymer-based dental adhesive system Supervisore: Prof. Milena Cadenaro Tutori (eventuali): Prof. Lorenzo Breschi Attività di ricerca L'obiettivo di questo progetto è lo sviluppo di un innovativo sistema adesivo dentale a base di un biopolimero capace di formare legami chimici covalenti sia con il collagene della dentina sia con la resina del restauro e che abbia inoltre proprietà antibatteriche. L'obiettivo del primo anno è stato trovare una soluzione adesiva stabile utilizzando il chitosano metacrilato all'interno di un sistema adesivo dentale. Nella prima parte del dottorato, il chitosano metacrilato è stato aggiunto a una soluzione contenente etanolo ed acqua. Questa soluzione è stata usata come un adesivo etch&rinse (two-step), che purtroppo non ha mostrato alcuna adesione al substrato dentinale. In una fase successiva è stato aggiunto l'HEMA per ridurre la viscosità della soluzione. Tuttavia, i test per valutare la forza di legame hanno mostrato valori di adesione ridotti. Nella seconda parte del dottorato il chitosano metacrilato è stato utilizzato come primer e la resina sperimentale R2 (Cadenaro et al. Dental Materials, 2009) come adesivo in un sistema adesivo etch&rinse (three step). Come controllo è stato utilizzato un primer senza chitosano. I risultati ottenuti con questo sistema adesivo sperimentale hanno dimostrato buoni valori di adesione. Durante il secondo anno di dottorato è stata perfezionata la formulazione dell'adesivo contenente chitosano metacrilato. E’ stato eseguito il test di microtensile per valutare la forza di legame dell’adesivo. Il sistema adesivo sperimentale è stato quindi sottoposto all’analisi del nanoleakage utilizzando sia il microscopio ottico che il SEM. La suddetta analisi ha rilevato una ridotta permeabilità delle particelle di argento attraverso lo strato adesivo. Per valutare la presenza del chitosano sulla superficie dentinale, il biopolimero è stato marcato con fluoresceina e osservato al microscopio confocale. Il sistema adesivo è stato invecchiato con due diverse metodologie: simulazione della masticazione associata a termociclaggio e invecchiamento statico in saliva artificiale. I risultati ottenuti con questo sistema adesivo dentale dopo invecchiamento hanno dimostrato buoni valori di adesione. Lo studio del nuovo adesivo dentale contenente chitosano è stato proposto per un brevetto, che attualmente è in fase di valutazione da parte degli organi competenti. Obiettivi per l’anno successivo Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 68 L’attuale formulazione del sistema adesivo sperimentale contenente chitosano sarà sottoposta ad altri test per valutarne appieno le caratteristiche e le proprietà. In una seconda fase si proverà a utilizzare una transglutaminasi come cross-linker, in modo tale da aumentare ulteriormente le proprietà meccaniche dell’adesivo. L’ultimo passaggio sarà introdurre all’interno della formulazione nano-particelle di argento con funzione antibatterica. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa) • Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press. • Navarra CO, Reda B, Diolosà M, Casula I, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. The effects of two 10% carbamide peroxide nightguard bleaching agents, with and without a desensitizer, on enamel and sensitivity: an in vivo study. Int J Dent Hyg. 2013 Oct 9. doi: 10.1111/idh.12054. [Epub ahead of print] • Marchesi M, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Salgarello S, Cadenaro M, Breschi L. Influence of ageing on self-etch adhesives: one step vs. two-step systems. Eur J Oral Sci. 2013 Feb;121(1):43-9. doi: 10.1111/eos.12009. Epub 2012 Dec 21. • Navarra CO, Breschi L, Turco G, Diolosà M, Fontanive L, Manzoli L, Di Lenarda R, Cadenaro M. Degree of conversion of two-step etch-and-rinse adhesives: In situ micro-Raman analysis. J Dent. 2012 Sep;40(9):711-7. Epub 2012 May 11. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) − Microshear bond strength test of four commercial adhesives. Diolosà M, Marchesi G, CadenaroM, Di Lenarda R, Breschi L. XIX Congresso nazionale del Collegio dei docenti di odontoiatria “L’high tech come supporto alla ricerca, alla didattica ed alla clinica in odontostomatologia”. Torino, 12-14 Aprile 2012 − In situ interfacial MicroRaman analysis of three commercial of two-step etch-and-rinse adhesives. Navarra CO, Diolosà M, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. XIX Congresso nazionale del Collegio dei docenti di odontoiatria “L’high tech come supporto alla ricerca, alla didattica ed alla clinica in odontostomatologia”. Torino, 12-14 Aprile 2012 • Microtensile bond strenght test of one-step adhesive on dentin. Frassetto A, Diolosà M, Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Dental Materials Vol. 28Supplement 1, Page e8. Lake Buena Vista, FL, USA, 19-22 Settembre 2012 • Valutazione della forza di legame di un nuovo sistema adesivo sperimentale. Diolosà M, Donati I, Breschi L, Paoletti S, Di Lenarda R, Cadenaro M. VI Expo di Autunno “Le terapie mini-invasive in odontoiatria, risparmio biologico ed economico”. Milano, 30 Novembre – 1 Dicembre 2012 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 69 • Bonding effectiveness of chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G, Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M. “IADR Meeting” Seattle, 19-23 Marzo 2013 • Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G, Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “XIX National Meeting of the College of Dentistry Teachers”. Roma, 18-20 Aprile 2013 • Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Paoletti S, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. “IADR- CED Conference”. Firenze, 4-7 Settembre 2013 Bonding effectiveness of a new universal simplified adhesive on dentin. Frassetto A, Diolosà M, Di • Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L.. IADR-CED Conference” Firenze, 4-7 Settembre 2013 • Stability of the bond created by a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “ADM Conference”. Vancouver, 9-12 Ottobre 2013 Attività formativa Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) − Corso di Statistica. Università degli Studi di Trieste. (Dott. Perinetti). 24-26 Settembre 2012 − Seminario sul diritto d'autore e Open Access, Università degli Studi di Trieste, 12 Giugno 2013 Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive − Nanotechnology School Annual Meeting. Università degli Studi di Trieste,16-18 Gennaio 2012 − Spring course on “Powder Diffraction Method”. (Prof. Norberto Masciocchi, Prof. Antonietta Guagliardi). Università degli Studi di Trieste, 15 Marzo, 2012 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 70 − XIX Congresso nazionale del Collegio dei docenti di odontoiatria “L’high tech come supporto alla ricerca, alla didattica ed alla clinica in odontostomatologia”. Torino, 12-14 Aprile 2012 − “Structure - Function Relationships in Chitosans”. (Prof. Kjell M. Vårum) Department of Life Sciences. Università degli Studi di Trieste, 30 Maggio, 2012 − How to perform a literature search using the resources available at UNITS, (Prof. Sabrina Pricl) Università degli Studi di Trieste, 6 Giugno 2012 − How to connect to the UNITS network form outside the campus, (Prof. Maurizio Fermeglia) Universitità degli Studi di Trieste, 6 Giugno 2012 − “Polymer based-nanocomposites” (Prof. Galder Kortaberria, Escuela Universitaria Politécnica, Donostia Spain). Università degli Studi di Trieste, 6 Giugno 2012 − Second Joint Summer School on Nanotechnology: Udine, 2-5 Luglio 2012 − “Robust Imaging and Delivery Systems: Targeted Nanoparticles” , Univerità degli Studi di Trieste, Trieste, 17 Settembre 2012 (Dr. Luis Nunez, Universtiy of Chicago) − VI Expo di Autunno “Le terapie mini-invasive in odontoiatria, risparmio biologico ed economico”. Milano, 30 Novembre – 1 Dicembre 2012 − Annual Meeting of the School of Nanotechnology, Trieste, 9-11 Gennaio 2013 − Interdisciplinary School, Udine, 7-8 Marzo 2013 • Annual Meeting of the IADR. Seattle, 19-23 Marzo 2013 − XIX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria. “Evidenza scientifica Interdisciplinarietà e Tecnologie applicate”. Roma, 18-20 Aprile 2013 − Seminario sul diritto d'autore e Open Access, Università degli studi di Trieste, 12 Giugno 2013 − Annual Meeting of the CED-IADR. Firenze, 4-7 Settembre 2013 • Annual Meeting of the ADM. Vancouver, 9-12 Ottobre, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 71 Candidato ELENA ELISEI Titolo della tesi: “Vetri biomolecolari nanostrutturati” Supervisore: Prof. Attilio Cesàro Tutore: Dr. Fabio Tedoldi (Bracco Imaging S.p.A.) Attività di ricerca Durante il primo anno, si è portata avanti una fase preliminare sia di indagine di letteratura sia di investigazione di diverse procedure di amorfizzazione per individuarne una che permettesse un buon controllo delle proprietà strutturali. Si sono inoltre studiati come sistemi modello alcune miscele di zuccheri in forza della loro buona malleabilità e stabilità anche a temperature ambiente. Durante il secondo anno si è dunque identificata la coppia modello “molecola (+probe) e procedura di amorfizzazione” ottimale: come composto trealosio (+TEMPO) e come procedura quella del co-milling. Sono stati preparati campioni totalmente amorfi per co-miscelazione delle due specie, Trealosio e TEMPO, a diversa concentrazione, e campioni a grado variabile di amorfizzazione (con presenza di nano- e microcristalli), modificando il tempo di macinatura. E’ stata fatta una caratterizzazione dei campioni preparati, tramite Calorimetria Differenziale a Scansione e diffrazione a Raggi X, misure che hanno confermato la totale amorfizzazione dei campioni dopo 12h di macinatura, e la bontà della intima co-miscelazione (a livello molecolare) tra le due specie. D’altra parte misure di Spettroscopia di Risonanza Paramagnetica Elettronica hanno messo in evidenza come al di sopra di un dato valore di concentrazione (10% in peso) le molecole radicaliche tendano ad interagire tra loro (probabile formazione di aggregati). In questo 2° anno di dottorato è stata data grande importanza al problema della stabilità chimico-fisica dei campioni amorfizzati, il cui comportamento può essere modificato da fenomeni di invecchiamento fisico e da processi di ricristallizzazione in funzione della temperatura di conservazione o di assorbimento di umidità (plasticizzazione). Ciò implica che tutta la procedura debba, in particolare, permettere anche una buona conservazione: bassa temperatura in modo da evitare che il campione acquisisca mobilità (attorno alla Tg di transizione vetrosa) e atmosfera protetta in modo da evitare assorbimento di umidità dall’ambiente esterno, conseguente abbassamento della Tg e dunque possibili cristallizzazioni e/o riassestamenti della matrice. In questa ottica è stato portato avanti parallelamente uno studio riguardante il comportamento delle matrici durante la disidratazione di film costituiti da soluzioni acquose, con particolare attenzione alla (nano- e micro-) struttura del substrato. Obiettivi per l’anno successivo Durante i primi due anni di dottorato si è messa a fuoco la coppia ottimale molecola/procedura per ottenere la più ampia gamma di possibili campioni con diverse proprietà strutturali: si continueranno ad indagare altre tecniche e procedure di amorfizzazione. Si è verificata la funzionalità dei campioni ottenuti ai fini del trasferimento di magnetizzazione e portata avanti una caratterizzazione approfondita delle diverse strutture: si amplierà tale caratterizzazione mediante altre tecniche di indagine strutturale (PALS, Raman, ….). Avendo inoltre verificata la stabilità fisica dei campioni fino a 4 settimane, tale studio andrà esteso a scale temporali più lunghe (alcuni mesi), in modo da ottimizzare la procedura di preparazione dei campioni e portacampioni (orizzonte farmaceutico). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 72 Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), - R. Heyd, A. Rampino, B. Bellich, E. Elisei, A. Cesàro, M.-L. Saboungi, “Isothermal dehydration of water and sugar solutions deposited as thin films”, J.Chem.Phys. (to be submitted). - E. Elisei, R. Heyd, A. Rampino, B. Bellich, A. Cesàro, M.-L. Saboungi, “Biophysics of water evaporation from thin films: A calorimetric approach” J. Therm. Anal. Calorim. (in progress). - E. Elisei, A. Cesàro, et al. Patent in preparation. - E. Elisei, A. Cesàro, et al. J. Phys . Chem. Lett. (to be submitted, after Patent registration). Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) - Contributo poster alla scuola “Summer School on Nanotechnology 2011”, Trieste: “Scanning magnetooptical Kerr effect microscopy” - Contributo poster al congresso “XXXIV National Congress on Calorimetry, Thermal Analysis and Applied Thermodynamics”, Roma: “Molecular mobility in sugar glasses by calorimetry” - Contributo poster alla scuola “Summer School on Nanotechnology 2012”, Udine: “Interplay of molecular mobility and nanocrystallization in sugar mixtures” - Contributo poster al congresso “Frontiers in Water Biophysics” congress, Perugia: “Interplay of water mobility and sugar crystallization in glassy mixtures” 2012 - Contributo orale “Hyperpolarized long-lived states in solution NMR: three-spin case study in low field” e contributo poster “Biomolecular glasses for a molecular approach to polarization transfer efficiency” alla scuola “Summer School on Spin Hyperpolarization”, Leiden (NL). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 73 STEFANO FORNASARO Title of the thesis: Targeting natural antioxidant compounds to the brain: a metabolomic assessment Supervisor: Sabina Passamonti Tutors: Fulvio Mattivi, Lovro Žiberna Research Activity The unbalanced production of reactive oxygen species (ROS) and reactive nitrogen species (RNS) have been implicated in the pathogenesis of several human diseases and conditions, including aging, chronic inflammation and neurodegeneration. Accordingly, during the second year of the project, we developed and implemented selective and sensitive analytical methods enabling the assessment of ROS/RNS in living cells, to investigate the effect of ROS/RNS arising in living cells. These methods will allow investigating the effect of ROS/RNS on cellular physiology, and evaluating the protective effects of dietary flavonoids. The data could so be useful to identify the dietary flavonoids most promising for future interventions to prevent oxidative stress-induced diseases. In the first part of the year we developed a simple and sensitive method for the detection of ROS, based on Surface-Enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy. We constructed two novel nanosensors composed of a self-assembled monolayer of molecules susceptible to oxidation, adsorbed onto the surface of gold nanoparticles (Au-NPs). Various ROS/RNS can induce a chemical change in the structure of the adsorbed molecules that is reflected in specific spectral differences. This allows the measurement of specific ROS/RNS under versatile experimental conditions. Astrocytes play an important role in nervous system homeostasis. In particular, they contribute to the regulation of local energy metabolism and to oxidative stress defense. In the second part I have set up an experimental model that simulates astrocyte metabolic dysfunction, similar to what happens in neurodegenerative disorders, in particular Parkinson’s and Alzheimer’s Disease, so to verify the neuroprotective effects of some selected dietary flavonoids. Objectives for the following year To complete the evaluation of the SERS-based nanosensors, and to employ them for cellular monitoring of flavonoids anti-oxidant activity. To complete the flavonoid bioactivity/transport characterization in astrocytes, microglia and oligodendrocytes. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) − SERS-based nanosensors for the sensitive detection of reactive oxygen species. Stefano Fornasaro, Annalisa Vicario, Lovro Žiberna, Valter Sergo, Sabina Passamonti, Federica Tramer and Alois Bonifacio, ET4H - 1° International Workshop on Protein Electron Transfer: from Fundamentals to Applications for Health, Modena (ITA) 29-30 October 2013. − Bilitranslocase membrane transporter: a drug target studied in both animal and plant species. S. Passamonti, F. Tramer, L. Žiberna, S. Fornasaro, J. Čvorović, M. Martelanc, M. Franko, U. Rajčević, A. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 74 Bogožalec, T. Lukan, V. Čurin-Šerbec, E. Petrussa, E. Braidot, A. Vianello, Š. Župerl, M. Novič, 6th Central European Conference “Chemistry towards Biology” Trieste (ITA), 10-13 October, 2013. Books /Chapters and sections of books − Bioavailability of flavonoids: the role of cell membrane transporters. Lovro Žiberna, Stefano Fornasaro, Jovana Čvorović, Federica Tramer and Sabina Passamonti. In: R.R. Watson, V.R. Preedy, and S. Zibadi, editors: “Polyphenols in Human Health and Disease”, Elsevier, 2013. Educational Activity Period abroad − October-December 2013, Erasmus placement at Inštitut za farmakologijo in eksperimentalno toksikologijo (IFET)/Institute of pharmacology and experimental toxicology, University of Ljubljana, Ljubljana (SLO), (Tutor in the host organization prof. Mojca Kržan). Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities − Intermolecular forces and potentials. Prof. Giacinto Scoles. Training course. − Molecular self-assembling and nanostructures. Prof. Loredana Casalis, Alberto Morgante and Lucia Pasquato. PhD course. − March, 7th-8th 2013. Interdisciplinary PhD Spring School. University of Udine − September, 4th-6th, 2012. Third joint Summer School on Nanotechnology. SISSA, Trieste. − September, 9th-13th, 2013 Joint summer school 8th summer school on Biology, Information, and Computation (BCI 2013)/3rd FVG summer school on Bioinformatics. University of Trieste − September, 10th-11th, 2013. Nanomedicine summer school. University of Trieste − January 7th-8th 2013. Workshop on Neurodegenerative Diseases. Azienda Ospedaliera-Universitaria di Santa Maria della Misericordia, Udine. Conference − September, 19th 2013. Molecular tools to study neurodegeneration. T2C Workshop. SISSA, Trieste. − June, 5th 2013. Imaging of ABC transporters at the blood-brain barrier with positron emission tomography. Prof. Oliver Langer, PhD (AIT Austrian Institute of Technology GmbH/Medical University of Vienna, Austria). Webinar Support educational activity and teaching − Tutoring of 3 students of the “Scuola di Specializzazione in Psichiatria” (First Year, biochemistry). − Organizing Committee member for the First FVG PhD Symposium, Grado, October, 7th-9th. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 75 TAMIRAA GANBOLD Title of the thesis: Development of quantum well structures for multi band photon detection Supervisor: Dr. Giorgio Biasiol Tutors: Dr.rer.nat.Ralf-Hendrik Menk Research Activity In the second year of my PhD, position sensitive detectors based on segmented InGaAs/InAlAs quantum wells (QW) have been developed and tested at room temperature (RT) at the Microfluorescence bendingmagnet beamline at Elettra delivering a monochromatic beam (size ~ 200x200µ m, peak at 5keV). Due to their direct, low-energy band gap and their high electron mobility, InGaAs/InAlAs QW devices operated at RT may be used as fast detectors for photons ranging from visible light to hard X-rays. Metamorphic modulation doped In0.75Ga0.25As/In0.75Al0.25As QW samples were grown on semi-insulating (001) GaAs substrates by Molecular Beam Epitaxy (MBE). The 25-nm-thick wells were placed 55 nm beneath the surface and remotely Si-δ-doped with a 30-nm spacer. Carrier density and mobility at RT were n = 7.7×1011 cm-2 and µ = 1.1×104 cm2 V–1 s–1, respectively. The epitaxial samples used in the first year were processed in two different configurations, to favor integration of future multi-pixel detectors with the corresponding contact array while shining the photon beam from the opposite side of the pixelated surface. The first was segmented like the first year on the QW side into four quadrants through wet-etched clearances deep enough to reach the GaAs substrate. In the second configuration, the four quadrants read out electrodes were deposited in the back face of the sample using optical lithography and wet-etching. QW detectors were mounted on an XY movable stage provided with stepper motors in order to perform the mesh scans. Beam exposure generates photo carriers, which can be collected at the surface contacts by applying a bias voltage to the device, giving then rise to measurable currents. Additionally, three different configurations of metallic layers have been checked: Au/Ge/Ni (130nm/60nm/20nm), Al (50nm), and Ni (50nm) to create Ohmic contacts and to stand against the etching process for read out nodes and a single bias electrode. Based on resistances between pads, Ni is chosen for read out nodes and Al could be good for single bias electrode. The experiments with both samples showed that individual currents obtained from each electrode allow monitoring the position of the beam. A normal cumulative distribution fitted profile gives a precision in the position monitoring of about 12 µ m in case of “back side” devices. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Publications 1. M. Antonelli, M. Di Fraia, A.Tallaire, J. Achard, S.Carrato, R. H. Menk, G. Cautero, D.Giuressi, W. H. Jark, G. Biasiol, T. Ganbold, K. Oliver, C.Callegari, M. Coreno, A. De Sio, E. Pace, "Bunch by bunch beam monitoring in 3rd and 4th generation light sources by means of single crystal diamond detectors and quantum well devices", Proc. SPIE 8504, X-Ray Free-Electron Lasers: Beam Diagnostics, Beamline Instrumentation, and Applications, 85040D (October 19, 2012); doi:10.1117/12.929668 2. M. Antonelli, M. Di Fraia, S. Carrato, G. Cautero, R. H. Menk, W. H. Jark, T.Ganbold, G. Biasiol, A. De Sio, E. Pace, “Fast Synchrotron and FEL Beam Monitors Based on Single Crystal Diamond Detectors and InGaAs/InAlAs Quantum- Well Devices,” Nucl. Instrum. Meth. A (in Press) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 76 3. M. Antonelli, T. Ganbold, R. H. Menk, G. Cautero, W. H. Jark, D. M. Eichert, G. Biasiol, Fast Pixelated Quantum-Well-Based Sensor For Multi-Wavelength Photon Detection, Journal of Instrumentation (JINST) (submitted) Conference presentations: 1. T. Ganbold, M. Antonelli, G. Biasiol, M. Di Fraia, S. Carrato,G. Cautero, R. H. Menk, Positionsensitive photon detectors based on epitaxial InGaAs/InAlAs quantum wells, EuroMBE 2013 Workshop, Levi (Finland), March 10-13, 2013. Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities • 02-05/07/2012, PhD Summer School at University of Udine, Udine, Italy • 03-07/12/2012, Workshop on Nanophotonics, ICTP, Trieste, Italy • 07-08/03/2013, Interdisciplinary PhD Spring School at University of Udine, Udine, Italy • 04-06/09/2013, PhD Summer School on Nanotechnology, at SISSA in Trieste,Italy • 07-09/10/2013 1° Friuli Venezia Giulia PhD Symposium, at Grado, Italy Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 77 ANDREI CRISTIAN IONESCU Titolo della tesi: Influenza dei materiali dentari a base resinosa sullo sviluppo dei biofilm orali Supervisore: Prof. Milena Cadenaro Tutore: Prof. Lorenzo Breschi Attività di ricerca - Secondo anno E’ stata ulteriormente sviluppata la linea di ricerca che valuta l’influenza di sistemi basati su Chitosano funzionalizzato con lattosio (ChitLac) addizionato di nanoparticelle di argento (AgNP) sui biofilm orali. Visti i risultati incoraggianti ottenuti durante il primo anno con tali sistemi, è stato sperimentato un coating di ChitLac+AgNP. Tale rivestimento è stato applicato sulle superfici di una resina sperimentale a base metacrilica la cui formulazione è di comune impiego in ambito odontoiatrico. I risultati dopo 48 ore di sviluppo di biofilm in un bioreattore mostrano una significativa azione antibatterica da parte del rivestimento comprendente AgNP, con il massimo effetto raggiunto per la più alta concentrazione di AgNP testate, cioè 5mM. Tali risultati non appaiono tuttavia rimanere stabili nel tempo, in quanto una procedura di lavaggio simulante la permanenza nel cavo orale per una settimana ha portato ad una riduzione dell’attività antibatterica del rivestimento. Una seconda linea di ricerca ha valutato l’influenza del tipo di riempitivo di materiali compositi sperimentali sullo sviluppo di biofilm orali. Sono stati sintetizzati materiali compositi partendo da due formulazioni di resina differenti per idrofobicità a cui sono stati aggiunti riempitivi inorganici a base di silicati aventi dimensioni delle particelle differenti (macro, micro, nanoparticelle). Le formulazioni sono state sottoposte allo sviluppo di biofilm orale in un bioreattore a flusso continuo seguendo due modelli microbiologici, uno monospecifico (Streptococcus mutans) e uno a flora mista. I risultati hanno dimostrato che i compositi sperimentali comprendenti nanoparticelle hanno prodotto il minore sviluppo di biofilm in entrambi i modelli e indipendentemente dall’idrofobicità della matrice resinosa. Il motivo risiede nelle nuove proprietà che le particelle acquisiscono quando raggiungono dimensioni nanometriche e che permette loro di interagire in maniera differente con le cellule batteriche. Obiettivi per l’ anno successivo Recentemente sono state sintetizzate nuove nanoparticelle composte da un nucleo di TiO2 rivestito da nanoparticelle di Ag. Tali nanoparticelle hanno dimostrato un effetto antibatterico sinergistico dei due componenti per cui il loro utilizzo quali agenti riempitivi all’interno di una formulazione RBC sembra promettente. Studi ulteriori saranno effettuati per valutare gli effetti sul biofilm orale di varie formulazioni di nanoparticelle TiO2/Ag incorporate in un materiale ad uso dentale sperimentale. In particolare, le condizioni sperimentali simuleranno l’ambiente orale mediante bioreattori a flusso continuo per valutare la durata nel tempo dell’effetto antibatterico. Pubblicazioni su riviste scientifiche (peer reviewed) − Brambilla E, Cagetti MG, Ionescu A, Campus G, Lingström P. An in vitro and in vivo Comparison of the Effect of Stevia rebaudiana Extracts on Different Caries- Related Variables: A Randomized Controlled Trial Pilot Study. Caries Res 2013 DOI: 10.1159/ 000351650 (E-pub ahead of print) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 78 − Hahnel S, Wastl DS, Schneider-Feyrer S, Giessibl FJ, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A. Streptococcus mutans biofilm formation on experimental resin-based composites in dependence of surface treatment and SPRG filler particle fraction, Journal of Adhesive Dentistry, 2013, Accepted. − Brambilla E, Ionescu A, Mazzoni A, Gagliani M, Ferraroni M, Tay F, Pashley D, Breschi L. Hydrophilicity of dentin bonding systems influences in vitro Streptococcus mutans biofilm formation. Dental Materials, 2013, Submitted. Partecipazione a congressi (come relatore) − Partecipazione al congresso Continental European Division meeting of the International Association for Dental research, CED-IADR, Firenze, 4-7 Settembre 2013 con la presentazione della relazione orale dal titolo: Biofilm formation on composites differing in resin and filler properties, autori: Ionescu A, Brambilla E, Cazzaniga G, Schneider-Feyrer S, Hahnel S. - Vincitore del secondo premio nella competizione Robert Frank Award 2013 del CED-IADR con la relazione sopracitata e vincitore della pre-selezione per il Hatton Award che avrà luogo durante il congresso IADR General Session, Città del Capo, Giugno 2014; - Correlatore presso lo stesso congresso della relazione orale dal titolo: Streptococcus mutans biofilm formation on resin-based composites including S-PRG fillers, autori: Hahnel S, Wastl D, Giessibl F, Schneider-Feyrer S, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A. − Partecipazione al congresso dell’ Academy of Dental Materials, ADM General Session, Vancouver, BC, 10-12 Ottobre 2013 con la presentazione del poster dal titolo: Streptococcus mutans biofilm formation on chlorhexidine-containing dentin bonding agents. - Vincitore del primo premio nella competizione George Paffenbarger Award 2013 con la presentazione sopracitata. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 79 GIACOMO LOVAT Title of the thesis: Study of charge transfer at interfaces relevant for photovoltaic applications Supervisor: Prof. Alberto Morgante Tutors (if any): Dr. Luca Floreano Research Activity Fabrication of efficient and low-cost photovoltaic cells will provide us with a reliable renewable energy source potentially able to meet the ever increasing world energy demand. This is regarded as a fundamental challenge in applied research for the decades to come. Both Graetzel's dye-sensitized (DS) and donoracceptor (DA) small molecules solar cells constitute promising alternatives to conventional inorganic devices. In particular, in DS cells, Titanium dioxide (TiO2) is employed as cathode material, coupled to organic light-absorbing molecules such as porphyrins and phthalocyanines derivatives. Investigating the interfacial coupling between these heterocyclic compounds and TiO2 may disclose properties useful for devising more efficient cells as well as novel electronic devices (OFETs, OLEDs) where oxide-molecule interface takes on the same crucial role in shaping device performances. In my 2nd year of PhD research, I carried out a multitechnique study of Copper phthalocyanine (Cu-Pc), Cobalt, Copper and Zinc tetraphenylporphyrin (Co-TPP, Cu-TPP, Zn-TPP) and free-base tetraphenylporphyrin (2H-TPP), sublimated in vacuum on rutile TiO2(110). X-ray photoemission and nearedge X-ray absorption allowed a thorough characterization of the electronic structure at the interface. No molecule-substrate charge transfer was observed upon deposition for metal-Pc or metal-TPP, as the unaltered TiO2 defect state demonstrates. For 2H-TPP, further investigations of the reactions occurring at RT and after heating the adlayer have been carried on by means of Scanning Tunneling Microscopy (STM). Constantcurrent images suggest a saddle-shaped adsorption conformation at RT and show a definite azimuthal orientation of the molecular plane, whereas a deep change in intramolecular appearance after annealing, featuring a clear density of states increase at the center of the pyrrolic macrocycle, is indicative of TPP metalation. Spectroscopy performed on in situ metalated TPP is consistent with such an interpretation. This result would represent the first porphyrin metalation on a metal oxide ever observed. Objectives for the following year The nature of the strong, localized reaction of 2H-TPP and 2H-Pc upon adsorption on TiO2(110) remains still unclear, as well as the detailed mechanism driving TPP metalation upon annealing. It has to be clarified whether the Ti ion is completely pulled out from the titania surface or it still keeps coordination with some surrounding oxygens. The assessment of the effect of porphyrin core-substrate distance looks notably interesting for gaining insight into the metalation process and the reactivity of the porphyrin macrocycle. We are planning to evaporate unsubstituted porphyrins (2H-P), which should adsorb planar in close proximity to the TiO2(110) surface rows (roughly 3-4 Ang above fivefold-Ti rows, taking into account the height of the bridging oxygen rows bearing the porphine), and tetrakis-(3,5-di-tert-butylphenyl)-porphyrin (2H-TTBPP) where two tert-butyl moieties are added to each phenyl leg in the macrocycle. The latter functionalization lifts the pyrrolic core 2 Ang farther from the surface (provided that the molecule stays planar upon adsorption), such that the metalation via fivefold-Ti extraction should result much less favored, to the extent that it could not be possible to overcome the energetic barrier within the range of temperatures where the molecules stay intact. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 80 Study of donor-acceptor bilayers on TiO2(110) is also scheduled in the research activity of the next year. Electronic coupling between donors and acceptors, and between these and TiO2(110), will be probed via specific spectroscopic techniques available at ALOISA beamline (XPS and NEXAFS); adsorption geometry and bilayer morphology will be investigated by means of STM in close collaboration with the group of Dr. Celia Rogero in San Sebastian (Spain). Publications on scientific journals (printed or in press) 1. Lanzilotto, Valeria, Giacomo Lovat, Gonzalo Otero, Laura Sanchez, Maria Francisca Lopez, Javier Méndez, José Ángel Martin-Gago, Gregor Bavdek, and Luca Floreano. "Commensurate Growth of Densely Packed PTCDI Islands on the Rutile TiO 2 (110) Surface." The Journal of Physical Chemistry C (2013). 2. El-Sayed, Afaf, Patrizia Borghetti, Elizabeth Goiri, Celia Rogero, Luca Floreano, Giacomo Lovat, Duncan John Mowbray et al. "Understanding Energy-Level Alignment in Donor–Acceptor/Metal Interfaces from Core-Level Shifts." ACS nano 7, no. 8 (2013): 6914-6920. Educational Activity Periods abroad (date and place) 25th February – 27th March 2013 Participation in HERCULES Higher European Research Course for Users of Large Experimental Systems in Grenoble (France). Attendance to lectures, practicals and tutorials, visits of large facilities (ESRF synchrotron, SOLEIL synchrotron, ILL and LLB neutron facilities) and presentation of a poster summarizing my research activity in a dedicated poster session. 2nd July – 7th September 2013 Research period spent at the Centro de Fisica de Materiales (CFM, part of Spanish research council CSIC) in Donostia/San Sebastian (Spain). STM measurements were performed in ultrahigh vacuum on 2H-TPP, 2H-Pc and PTCDI / TiO2(110). Preliminary analysis and discussion of STM images were conducted with the group members. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 81 Candidato DOMENICO MARSON Titolo della tesi: Coupling of experimental and computational approaches for the development of new dendrimeric nanocarriers for gene therapy. Supervisore: Pricl Sabrina Tutori (eventuali): Laurini Erik Attività di ricerca In questo secondo anno ho elaborato un protocollo di simulazione per membrane lipidiche impiegando il nuovo force field lipid11 di AMBER e sfruttando il calcolo su cluster di GPU. Dopo 100 ns di simulazione la membrana, composta da 160 POPE, 160 POPC e 80 molecole di colesterolo risulta stabile, parametri quali l’area per lipide convergono ad un valore coerente con dati sperimentali; anche i parametri d’ordine dei carboni delle catene lipidiche sono coerenti con valori sperimentali. Questa membrana sarà utilizzata per ulteriori studi dell’interazione di dendrimeri con le membrane biologiche, sfruttando le tecniche della steered molecular dynamic e umbrella sampling. Inoltre la simulazione di membrane permette lo studio di proteine di membrana inserite in un ambiente più rappresentativo delle condizioni fisiologiche. Come progetti paralleli è stato ultimato lo studio del comportamento di differenti sticky overhangs in siRNA, e il ruolo stabilizzante del dendrimero TEA-core PAMAM di generazione 5. È stato evidenziato come la presenza di sticky overhangs incrementa l’abilità di transfezione, e che è fondamentale la presenza di overhangs flessibili per avere un corretto bilancio tra l’affinità di binding al dendrimero e la facilità di rilascio del siRNA al sito d’azione. Mediante studi di steered molecular dynamic, è stato evidenziato che la mutazione G497W (distante dal sito di binding) del fattore di trascrizione SMO diminuisce l’efficacia del farmaco vismodegib, mediante un effetto domino che rende più difficile l’ingresso del farmaco all’interno del sito di binding. Obbiettivi per l’anno successivo Nel prossimo anno proseguirò lo studio dell’interazione membrana-dendrimero, particolarmente per quanto riguarda la capacità di quest’ultimo di penetrare all’interno della membrana. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa) • Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Karatasos K, Fermeglia M, Pricl S., “Tell Me Something I Do Not Know. Multiscale Molecular Modeling of Dendrimer/Dendron Organization and SelfAssembly In Gene Therapy.”, Current Medicinal Chemistry, 2012, 19, pp 5062-5087 • Laurini E, Marson D, Dal Col V, Fermeglia M, Mamolo MG, Zampieri D, Vio L, Pricl S., “Another brick in the wall. Validation of the σ1 receptor 3D model by computer-assisted design, synthesis, and activity of new σ1 ligands.”, Molecular Pharmaceutics, 2012, 9, pp 3107-3126, 10.1021/mp300233y. • Marson D, Laurini E, Posocco P, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM, Majoral JP, Pricl S, “Structure-properties relationship of viologen dendrimers and their interactions with human serum albumin.”, Biomacromolecules, submitted. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 82 • Marson D, Dal Col V, Posocco P and Laurini E, “Genes within Bottles. Synergism Between Simulation and Experiment in Designing Nanovectors for DNA/RNA Delivery”, ChemChemical and Biochemical Engineering Quarterly, 2012, pp 447-465. • Posocco P, Liu X, Laurini E, Marson D, Chen C, Liu C, Fermeglia M, Rocchi P, Pricl S, and Peng L, “Impact of siRNA Overhangs for Dendrimer-Mediated siRNA Delivery and Gene Silencing”, Molecular Pharmaceutics, 2013, 10, pp 3262-3273, 10.1021/mp400329g • Dal Col V, Marson D, Laurini E, Fermeglia M, Pricl S, “Primary and acquired resistance to Hedgehog inhibitor vismodegib through Smoothened (SMO) receptor mutation in basal cell carcinoma”, Journal of Clinical Oncology, submitted. • Marson D, Laurini E, Posocco P, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM, Majoral JP, Pricl S, “Structure-properties relationship of viologen dendrimers and their interactions with human serum albumin.”, Biomacromolecules, submitted. • Brune S, Schepmann D, Klempnauer K-H, Dal Col V, Marson D, Laurini E, Fermeglia M, Pricl S, Wünsch B, “The sigma enigma: in silico/in vitro site directed mutagenesis studies unveil s1 receptor ligand binding”, Nature Structural & Molecular Biology, submitted. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) − “Catch me if you can: ligand/antibody conjugated PAMAM dendrimer.”, RCOM7 Conference. − “Nanozapped! DNA and its dendritic nanovectors: a combined in silico/in vitro approach.”, FOMMS 2012 Conference. Capitoli/sezioni di libri/volume • Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Peng L, Smith DK, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade A-M, Majoral JP, Fermeglia M, Karatasos K and Pricl S,“Multiscale Modeling of dendrimers and dendrons for drug and nucleic acid delivery”, Dendrimers in Biomedical Applications, 2013, pp 148-166, DOI:10.1039/9781849737296-00148. Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 83 − 90h at the MOSE laboratory. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive − “Interdisciplinary PhD Spring School”, March 7-8, University of Udine, Udine (Italy). − “Summer School on Nanotechnology”, September 4-6, 2013 SISSA, Trieste (Italy). − “XXII National Meeting on Medicinal Chemistry.”, September 10-13, 2013, Roma (Italy). − “1st FVG PhD Symposium”, October 7-9, 2013, Grado (Italy). Attività didattica di supporto e attività didattica attiva − “Principi di modellazione molecolare per la farmaceutica”, May 2013 – lab assistance and 2 h of frontal teaching − “Simulazione Molecolare”, October 2013 – Lab assistance and 2 h of frontal teaching Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 84 Maryse Dadina NKOUA NGAVOUKA Title of the thesis: Novel approach for detection of DNA/miRNA targets based in AFM Nanografting arrays Supervisors: Dr. Loredana Casalis, Prof. Giacinto Scoles Tutors (if any): Pietro Parisse Research Activity We aim at developing and characterizing a device capable of rapid and accurate detection of DNA/miRNA targets. miRNAs are small non coding RNAs molecules that play important regulatory roles in many cellular processes and could been useful as clinical biomarkers. I would like to improve sensitivity detection of theses biomolecules, therefore overcome all enzymatic step involves (time consuming) of standard detection techniques. I plan to detect the later biomolecules in a nano-array format via Atomic Force Microscopy (AFM) assisted-Nanografting and Hybridization. Nanografting is a lithography technique, which produces organized self-assembling monolayers, in which the kinetics of formation is accelerated, compared to spontaneous self-assembling monolayers. To discriminate between single-stranded (ss) and double-stranded (ds) DNA (RNA), AFM height profile of the DNA (RNA) nano-spot can be used: DNA (RNA) behaves in fact as a mechanical transducer, being the flexibility ratio of ss- and ds- DNA (RNA) of about 1:50(63), in standard buffer solution. To date, I have first characterized the Ionic strength effect on ssDNA NAMs density by AFM topography measurements in liquid environment, important step in order to have an efficient hybridization. I observed a non trivial behaviour of the DNA length as a function of the cations species (Na+, K+, Ca2+) due to the different binding affinities and electrostatic screening operated on the DNA backbone. Performed a combination of Molecular Dynamics Simulations together with AFM observation on the hybridization efficiency study. I then studied the hybridization sensitivity of miRNAs, with target in picomolar (100pM) range concentration. Objectives for the following year Improve the time incubation of the hybridization. Due to mass transport limitations, concentration lower than 100pM will be difficult to detect with our devices. In order to overcome the limitation, we plan in the future to combine the use of nanopipette, as an AFM tip, on our devices and having control on the tip-sample distance via ionic current measurement. The solution contained in the nanopipette will be directly dropped on an area of hundreds of µm2 containing our ssDNA NAMs. The hybridization rate is expected to increase, hopefully reaching femtomolar detection limit after few minutes of incubation. Publications on scientific journals (printed or in press) Giovanni Doni, Maryse D. Nkoua Ngavouka, Alessandro Barducci, Pietro Parisse, Alessandro De Vita,Giacinto Scoles, Loredana Casalis and Giovanni M. Pavan. Nanoscale 5(2013) 9988-9993. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 85 9th EBSA Congress( Lisbon, Portugal) DNA conformational and mechanical properties play a significant role in determining DNA protein interactions and in the hybridization efficiency. Counterions differently screen the electrostatic charge carried by the DNA backbone affecting it curvature and flexibility. In order to improve the understanding of crowded cellular environments and for the realization of more efficient biosensors, it is important to analyze the collective response of DNA brushes to changes of ionic strength. We report here about an Atomic Force Microscopy (AFM) study of the ionic effects on single stranded (ssDNA) confined monolayers tethered on ultra flat gold surfaces. We realized via Nanografting, an AFM-based lithography, micrometer sized brushes of short ssDNAs with controlled, variable surface density, confined inside a biorepellent self-assembled monolayer (SAM). Varying concentration and salt species (NaCl, KCl, CaCl2) inside the AFM liquid cell we monitored with high precision the corresponding ssDNA brush height variations. The results related to scaling law of the height, cations binding affinities and electrostatic screening effects will be discussed in the framework of theory of polyelectrolyte brush. Books /Chapters and sections of books Other publications Participation to conferences (as speaker) − 4th international Conference on Nano-structures self-Assembly(NanoSEA2012) Educational Activity Periods abroad (date and place) − 25-29 June, S. Margherita di Pula(Sardinia, Italy) − 13-17 July, Lisbon, Portugal Classes followed (date, course, professor, type of course) − 06, 11, 12 June; Molecular self-assembling and Nanostructures; Loredana Casalis Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities 1ST FVG PhD Symposium, Grado-Italy, October 7-9, 2013 Presented Poster Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 86 3rd joint PhD Summer School on nanotechnology, Trieste-Italy, September 4-6, 2013 , Presented Poster 9th EBSA Congress, Lisbon-Portugal, July 13-17, 2013 Presented Poster Macromolecular crystallography courses. Trieste-Italy, June 19-21, 2013 Interdisciplinary PhD spring school. Udine-Italy, March 7-8, 2013 Summer School on Nanotechnology. Udine-Italy, July 2-5, 2012 Presented poster NanoSEA 2012 International Conference. Sardinia-Italy, June 25-29, 2012 Oral presentation School on synchrotron and FEL based Methods and their Multi-disciplinary Applications. TriesteItaly, March 19-30, 2012 Support educational activity and teaching Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 87 CANDIDATO GIULIA OTTAVIANI Titolo della tesi: Use of nanotechnology for the evaluation of the effect of laser therapy on neo-angiogenesis tumor in vivo and in vitro. Supervisore: Dott.ssa Zacchigna Serena Tutor: Dott. Biasotto Matteo Attività di ricerca Abbiamo creato un modello murino di carcinogenesi della lingua, per valutare, sia da un punto di vista istologico che attraverso l’iniezione di fluonanosfere, se vi siano differenze riguardanti l’angiogenesi tumorale nei tessuti irradiati con laser terapia rispetto ai controlli. Sono stati selezionati 40 topi (modello C57/B6, sesso femminile) e sono stati loro indotti tramite un carcinogeno chimico disciolto in acqua uno o più tumori a livello del cavo orale. 20 topi sono stati sottoposti a laser terapia, mentre i rimanenti 20 sono stati utilizzati come controlli. Alla 21° e 23° settimana sono stati sacrificati tutti gli animali per ottenere sia degli istologici delle loro lingue da analizzare al microscopio, che la perfusione con nanosfere per eseguire una valutazione quantitativa dell’angiogenesi tramite ricostruzione 3D della rete vascolare delle neoplasie. I risultati ottenuti sono stati: nessun aumento della crescita tumorale né dell’angiogenesi nei topi trattati, bensì i topi laser-trattati hanno mostrato una maggior predisposizione ad isolare le zone displastiche gravi o carcinomatose rispetto ai siti sani. Nel gruppo controllo non sono presenti aree di displasia lieve, verosimilmente non riconosciute dal sistema immunitario che sono conseguentemente diventate aree di displasia più grave rispetto ai topi trattati con il laser. Il laser ha normalizzato i vasi tumorali aumentando il numero di vasi strutturati, con un indice minore di perfusione delle nanosfere in quanto i vasi trattati con il laser sono risultati meno ectasici e quindi meno permeabili. La ricostruzione 3D nei tumori laser trattati mostra una rete vascolare più definita, senza fuoriuscita di nanosfere. Abbiamo inoltre testato la laser terapia su differenti linee cellulari (HSF, SMCs, HUVEC, U2OS), sfruttando diverse potenze e lunghezze d’onda, registrando un aumento sia del metabolismo cellulare che della proliferazione indotti dalla laser terapia. Infine, i risultati istologici ottenuti sul modello animale sono stati comparati alle immagini degli stessi tumori acquisite, prima del loro sacrificio, tramite fibroscopia in narrow band imaging (NBI). Ciò ci ha permesso di analizzare la neo-angiogenesi anche con questa metodica innovativa, ottenendo alti indici di sensibilità (96%) e specificità (99%). Se validata da altri studi, la NBI potrà avere importanti implicazioni sulla valutazione clinica dell’angiogenesi tumorale, così come sulla diagnosi precoce delle lesioni potenzialmente maligne del cavo orale. Obiettivi per l’anno successivo − Studiare in maniera più approfondita il ruolo della laser terapia sul sistema immunitario Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 88 − Analizzare i geni cellulari potenzialmente implicati nel funzionamento della laser terapia mediante l’high throughput screening (HTS). − Up and down regolare i principali geni coinvolti. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), • Acneiform rash due to epidermal growth factor receptor inhibitors: High level laser therapy as an innovative approach. Gobbo M, Ottaviani G, Mustacchi G, Di Lenarda R, Biasotto M. Lasers Med Sci. 2012 Sep; 27(5):1085-90. • Oral manifestation upon short time cocaine abuse: a case report. Biasotto M, Perinetti G, Serroni I, Ottaviani G, Di Lenarda R, Tirelli G. Minerva Stomatol. 2012 Jun; 61(6):295-8. English, Spanish. • Methotrexate-induced oral mucositis in rheumatoid arthritis disease: therapeutic strategy in a case report. Methotrexat-induzierte orale Mukositis bei rheumatoider Arthritis: Therapeutische Strategie in einem Fallbericht. Gobbo M, Ottaviani G, Bussani R, Pozzato G and Biasotto M. Photon Lasers Med 2013. • Epidemiology and variables involved in dental abscess: survey of dental emergency unit in Trieste. Ottaviani G, Costantinides F, Perinetti G, Luzzati R, Contardo L, Visintini E, Tirelli G, Di Lenarda R, Gobbo M, Biasotto M. Oral Dis. 2013 Jul 12. • Effect of Class IV Laser Therapy on Chemotherapy-Induced Oral Mucositis: A Clinical and Experimental Study. Ottaviani G, Gobbo M, Sturnega M, Martinelli V, Mano M, Zanconati F, Bussani R, Perinetti G, Long CS, Di Lenarda R, Giacca M, Biasotto M, Zaccchigna S. Am J Pathol. 2013 Oct 3. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) • Congresso nazionale dei docenti in discipline odontostomatologiche Roma 2013; presentation of the following poster “Correlazione tra high-level laser therapy e peso nei pazienti oncologici affetti da mucosite orale sottoposti a radioterapia testa-collo”. • MASCC/ISOO International Symposium on supportive care in cancer. Berlino, 27-29 giugno 2013. Presentazione dei seguenti poster: “Impact of high-level laser therapy on the weight of oncological patients affected by oral mucositis after radiotherapy of the head and neck region”, “Off label use of laser therapy for the treatment of radiodermatitis in breast cancer patients” e “Low level laser therapy in 5-FU induced oral mucositis in mice”. • XII National Congress. Infection, inflammation and carcinogenesis. Evolving concepts in oral diseases. Roma, 10-12 ottobre 2013. Presentation of the following posters: “Rhabdomyosarcoma of the oral cavity in a 24-year old male patient” and “Unusual solid tumor metastasis to the oral cavity”. Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 89 Partecipazione a congressi (come relatore) • Convegno “Corretto approccio nel paziente in terapia con bifosfonati”. Relazione dal titolo “Management dei pazienti candidati alle terapie con bifosfonati”. Palmanova, 23 febbraio 2013. • Corso di aggiornamento in medicina e patologia orale: il paziente in terapia con bifosfonati. Relazione dal titolo “Linee guida nel paziente candidato a terapie con bifosfonati”. Mestre, 6 aprile 2013. • VI congresso di medicina e patologia oro-maxillo-facciale: “La senescenza e le patologie del cavo orale: strategie di intervento”. Relazione dal titolo: “Xerostomie fisiologiche e patologiche”. Trieste, 10-11 Maggio 2013. • Dental Community, Innovazione in Odontoiatria – Università degli Studi di Brescia. Relazione dal titolo: “Il cancro del cavo orale, dalla diagnosi alla riabilitazione: il ruolo del team odontoiatra-igienista”. Brescia, 17 Maggio 2013. • MASCC/ISOO International Symposium on supportive care in cancer. “Low level laser therapy in 5-FU induced oral mucositis” e “High-level laser therapy in the treatment of chemotherapy-induced oral mucositis in pediatric patients”. Berlino, 27-29 giugno 2013. • XII National Congress. Infection, inflammation and carcinogenesis. Evolving concepts in oral diseases. Relazione dal titolo “Use of nanotechnology for the evaluation of the effect of laser therapy on neoangiogenesis tumor in vivo and in vitro”. Roma, 10-12 ottobre 2013. • AIO. Linee guida in odontoiatria: gli alleati della prevenzione. Udine, 26 ottobre 2013. Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Collaborando in maniera molto assidua e proficua con il laboratorio di Molecular Medicine presso l’ICGEB, ho preso parte a numerose attività rivolte a dottorandi di ricerca organizzate presso tale sede. In particolare, ho seguito molteplici journal clubs e seminari, relativamente al mio topic di ricerca. Inoltre, ho frequentato l’Ambulatorio di Medicina e Patologia Orale (Ospedale Maggiore), seguendo I pazienti oncologici durante il loro percorso terapeutico, dalla diagnosi alla riabilitazione protesicoimplantare. Settimanalmente ho preso parte ad update clinici-ospedalieri, riguardanti non solo workshop scientifici su tematiche oncologiche, ma anche tecniche di immunoistochimica per la diagnosi precoce di lesioni maligne del cavo orale. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • Metodologia della ricerca e preparazione di un lavoro scientifico: corso intensivo teorico-pratico. Sesto Fiorentino, Firenze; 28-29 gennaio 2013. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 90 • Farmaci in odontoiatria: la gestione quotidiana del paziente. Trieste, 26 gennaio 2013. • Corretto approccio nel paziente in terapia con bifosfonati. Palmanova, 23 febbraio 2013. • Linee guida del Ministero della Salute in ambito odontoiatrico. Convegno AIO. Roma, 10 marzo 2013. • Corso di aggiornamento in medicina e patologia orale: il paziente in terapia con bifosfonati. Mestre, 6 aprile 2013. • Congresso nazionale dei docenti in discipline odontostomatologiche: “Evidenza scientifica, interdisciplinarietà, tecnologie applicate”. Roma, 18/20 aprile 2013. • VI congresso di medicina e patologia oro-maxillo-facciale: “La senescenza e le patologie del cavo orale: strategie di intervento”. Trieste, 10-11 Maggio 2013. • Evento formativo “trattamento delle lesioni nervose del cavo orale e della faccia” – Milano, 6 maggio 2013. • Dental Community, Innovazione in Odontoiatria – Università degli Studi di Brescia. Brescia, 17 Maggio 2013. • 26° congresso nazionale e 7° congresso internazionale AIO. Alghero, 13-15 giugno 2013. • MASCC/ISOO International Symposium on supportive care in cancer. Berlino, 27-29 giugno 2013. • XII National Congress. Infection, inflammation and carcinogenesis. Evolving concepts in oral diseases. Roma, 10-12 ottobre 2013. − AIO. Linee guida in odontoiatria: gli alleati della prevenzione. Udine, 26 ottobre 2013. − Annual meeting of the PhD school of nanotechnology of the University of Trieste. January 2013. − Nanomedicine School. University of Trieste. September, 10th-11th 2013. − 1st FVG PhD Symposium. Grado; October, 7th-9th 2013. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva − Professore a contratto da settembre 2012 per i corsi integrati di “Patologia Speciale Odontostomatologica” relativo al CLMOPD e di “Principi di Patologia del Cavo Orale” relativo al CLID. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 91 CANDIDATE MIRCO PANIGHEL Title of the thesis: Organic Molecules and Carbon Nanotubes Assembled on Metal Surfaces: Properties and Applications in Molecular Electronics and Photovoltaics Supervisor: Prof. Alessandro Baraldi Tutors: Dr. Andrea Goldoni, Dr. Giovanni Di Santo Research Activity The research activity is focused on the investigation of the electronic and magnetic properties of carbonbased nanostructures, in particular CVD-grown graphene nano-islands and metal-organic molecules selfassembled on metal surfaces. The main part of the research has been focused on the study of conformational adaptation and magnetic properties of porphyrins and phthalocyanines on metal surfaces, both through synchrotron radiation (XPS, NEXAFS, XMCD) and scanning tunneling techniques (STM, STS). These molecules are able to self-assembly on metal surfaces in regular pattern and have an empty core macro-cycle able to bind a variety of metal atoms, both by chemical synthesis as well as by subsequent metalation in ultra-high vacuum. Furthermore has been shown that when these molecules are coordinated with a metal ion they show a magnetic coupling with the substrate, making these systems promising candidates for spintronics and molecular electronics applications. The second part of the research has concerned the growth by chemical vapor deposition of graphene islands of nanometric dimension on the surface of metals and their investigation by means of STM and STS in order to study electronic scattering and quantum interference, focusing in particular on the edge and confinement effects. A substantial part of the research concerns the preparation of chiral patterns of organic molecules on metallic substrates as templates for the growth of chiral carbon nanotubes for photovoltaics applications. Other research activities on carbon-based nanostructures have been active developed, for example multilayer molecules compounds and metal/carbon nanostructures. Objectives for the following year - Deeper understanding of the magnetic interactions of metal-porphyrins and, in addition, phthalocyanines with the substrate and with the other molecules, also in the presence of multilayer adsorption. - Study the doping effect of graphene nano-island by edge decoration with organic molecules and metal ions. Publications on scientific journals (printed or in press) - Review of 2H-Tetraphenylporphyrins Metalation in Ultra-High Vacuum on Metal Surfaces; M. Panighel, G. Di Santo, M. Caputo, B. Taleatu, C. Lal and A. Goldoni, J. Phys. Conf. Ser. (2013) - Experimental Study of Pristine and Alkali Metal Doped Picene Layers: Confirmation of the Insulating Phase in Multilayer Doped Compounds, M. Panighel, G. Di Santo, P. Parisse, L. Petaccia, L. Floreano, A. Verdini, M. Caputo, C. Struzzi, B. Taleatu, C. Lal, and A. Goldoni, J. Phys. Chem. C 116, 19902-19908, (2012) - Layer-dependent Debye temperature of Ru(0001) by means of high-energy resolution core-level photoelectron spectroscopy, Eugenio Ferrari, Lorenzo Galli, Elisa Miniussi, Maurizio Morri, Mirco Panighel, Maria Ricci, Paolo Lacovig, Silvano Lizzit, and Alessandro Baraldi, Phys. Rev. B 82, 195420 (2010) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 92 Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) - Photoemission and Scanning Tunneling Microscopy of Metal-Organic Molecules on Metallic Substrates SUPERIOR International Conference, Strasbourg (FR) - Tunneling and Photoemission Spectroscopy of Porphyrins and Phthalocyanines on Metallic Substrates ElecMol2012 International Meeting on Molecular Electronics, Grenoble (FR) Participation to conferences (as speaker) 04.06.2013 – Tunneling and Photoemission Spectroscopy of Metal-Organic Molecules on Metallic Substrates - 4th Young Researcher Meeting, Trieste (Italy) Educational Activity Periods abroad (date and place) 04.11.2013-20.12.2013 Visiting student, Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia, Bellaterra (Spain) 02.07.2013-31.10.2013 Erasmus Placement, Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia, Bellaterra (Spain) 26.06.2013-28.06.2013 SUPERIOR International Conference, Strasbourg (France) 02.12.2012-08.12.2012 ElecMol2012 International Meeting on Molecular Electronics, Grenoble (France) Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities 15.03.2012 School - University of Trieste, IT - Powder Diffraction Methods 19.03.2012-30.03.2012 International School - ICTP, Grignano, IT 02.07.2012-05.07.2012 Summer School on Nanotechnology, Udine, IT 25.07.2012 Seminar - Elettra, Basovizza, IT - Ultrafast Time Resolved Dynamics of Metal Based Complexes 06.08.2012-17.08.2012 School and Workshop – Innovations in Strongly Correlated Electronics Systems ICTP, Trieste, IT 06.09.2012-26.09.2012 School – University of Trieste, IT - Molecular Self Assembly and Nanostructures 17.09.2012 Seminar - University of Trieste, IT - Robust Imaging and Delivery Systems: Targeted Nanoparticles 25.09.2012 Seminar - Elettra, Basovizza, IT - Integrated Quantum Photonics, Marco Barbieri 28.09.2012 Seminar - Elettra, Basovizza, IT - Structure and Properties of Tetragonal and Quaternary Heusler compounds for Spintronics and Spin Trsfer Torque Applications, Vajineh Alijani 08.11.2012 Seminar – Elettra, Basovizza, IT – Enviromental and Biological Sensors Based on Nanowires and Nanotubes, Andrea Goldoni 02.12.2012-08.12.2012 – International Conference - Grenoble (FR), ElecMol2012 International Meeting on Molecular Electronics 30.01.2013-01.02.2013 SUPERIOR 6th Progress Meeting and Workshop, Basovizza (Italy) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 93 04.04.2013 – Seminar – Dynamics of electronics Structures probed with an X-ray FEL, Martina Dell’Angela - Elettra, Basovizza (Italy) 05.04.2013 – Seminar – When does an insulator become a metal?, Hermann Durr – Elettra, Basovizza (Italy) 02.05.2013-06.06.2013 – LabView course – Elettra, Basovizza, (Italy) 25.06.2013-26.06.2013 SUPERIOR Final Meeting, University of Strasbourg (France) 26.06.2013-28.06.2013 – International Conference - Supramolecular Functional Systems for Organic Electronics, Strasbourg (France) 23.10.2013 – Seminar – Spectroscopy and microscopy at solid-gas and solid-liquid interface, Miquel Salmeron, Cerdanyola del Valles (Spain) 31.10.2013 – Seminar - Spin-orbit Interaction in Cobaltates and Ruthenates, H. Tjeng, Alba Synchtron, Cerdanyola del Valles (Spain) Support educational activity and teaching - Research activity in the laboratory with students of the master degree physics course in physics. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 94 CANDIDATO: LUCA PIANTANIDA Titolo della tesi: "Plasmonic ruler and the application to the DNA origami" Supervisore: Marco Lazzarino Tutori (eventuali): Attività di ricerca L'attività da me svolta all'interno del progetto di dottorato si concentra sulla creazione di strutture plasmoniche sfruttando la tecnologia di auto-assemblaggio di molecole di DNA. In particolare il mio lavoro riguarda la creazione di nanoaggregati di nanoparticelle d'oro funzionalizzate con DNA di forma sferica accoppiati in dimeri, di modo da sfruttarne le proprietà ottiche e plasmoniche. Queste nanostrutture sono state create con un alto rendimento e completamente purificate. Inoltre la produzione di questi dimeri è stata raggiunta con nanoparticelle di diametro diverso : 10/17/20 nm e sfruttando l'ibridizzazione di oligonucleotidi di DNA a diversa lunghezza : 11/16/21 nts. Questo permette di poter sfruttare queste strutture in un sistema plasmonico sensibile alla distanza tra le due nanoparticelle per ottenere informazioni spaziali in ambienti biologici. Oltre a ciò sono state create strutture complesse di DNA attraverso la tecnologia a "DNA origami" appropriate per essere assemblate con nanoparticelle con lo scopo di creare piattaforme sia per la biosensoristica finalizzata alla sensibilità a singola molecola sia per la generazione della seconda armonica in un sistema plasmonico. Obbiettivi per l’anno successivo -Assemblare strutture a "DNA origami" con nanoparticelle per creare sistemi appropriati alla rivelazione ottica, plasmonica e meccanica di molecole bersaglio in ambienti biologici. -Caratterizzare con ottica a campo scuro le strutture dimeriche. -Creare il righello plasmonico con il supporto di strutture complesse di DNA. -Creare sistemi plasmonici ad hot spot con le strutture dimeriche. Il mio Gantt chart: Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), -Marini M. , Piantanida L., et al. “A revertable, autonomous, self-assembled DNA -origami nanoactuator”, Nano Lett., 2011, 11 (12), pp 5449–5454. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) -Poster e abstract: "Atomic Force Microscopy investigation of a DNA origami reversible switch" riguardo al Meeting 2011 in Scanning Probe and Optical Tweezers in Life Science. Capitoli/sezioni di libri/volumi Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 95 Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) -Periodo di 2 mesi di collaborazione con Dr. Ljiljana Fruk presso Karlsruhe Institute of Technology DFGCentre for Functional Nanostructures, in Karlsruhe-Germania; da maggio 2013 a luglio 2013. Il mio lavoro si è concentrato nel caratterizzazione di strutture a DNA per la funzionalizzazione di nanoparticelle d'oro e assemblaggio su DNA origami. Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive -PhD Interdisciplinary Spring School, 7-8th March 2013, Udine. -PhD 3rd Joint Summer School of Nanotechnology, from 4th to 6th September 2013, Trieste. -NanoMedicine School 2013, 10-11th September 2013, Trieste. -Second Conference on Nanotechnology for Biological and Biomedical Applications, 14-18th October 2013, ICTP-Trieste. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Ho svolto attività di supporto a tre studenti riguardo l'insegnamento della tecnica AFM e di funzionalizzazione di nanoparticelle d'oro sia con DNA che con altre biomolecole. Inoltre ho svolto con loro attività di microscopia elettronica a scansione. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 96 CANDIDATO: PAOLA PITTIA Titolo della tesi: PHYSICAL STATE OF SUGAR MATRICES AND AROMA-SUGARS INTERACTIONS AT NANO-SCALE. Supervisore: Prof. Attilio Cesàro Tutori (eventuali): Prof. Dino Mastrocola Attività di ricerca Le fasi di studio preliminari del 1° anno di dottorato hanno portato a definire la scelta sia del composto volatile da impiegare (limonene) che gli zuccheri da utilizzare per la preparazione delle matrici amorfe (saccarosio, maltosio e trealosio). L’attività di ricerca del 2° anno di dottorato si è focalizzata in parallelo su: (i) studio della ripartizione del limonene in soluzioni acquose a diversa concentrazione di zuccheri (saccarosio, trealosio e maltosio); (ii) ottimizzazione dei processi di ottenimento di matrici zuccherine amorfe contenenti limonene. Per quanto riguarda il punto (i) attraverso tecniche gas-cromatografiche sono state studiate le proprietà di ripartizione del limonene in fase vapore a partire da soluzioni di zuccheri a diversa concentrazione (da 0% fino al 40% p/v) ed è determinato il corrispondente coefficiente di ripartizione liquido-vapore del composto volatile. Maggiore impegno è stato dedicato per il punto (ii) all’ottimizzazione della preparazione di sistemi amorfi a base di disaccaridi e limonene. Sono state effettuate varie prove di essiccamento per atomizzazione (spraydrying) e di liofilizzazione al fine di ottenere sistemi amorfi a bassa umidità e al fine di ottenere sistemi il più possibile uniformi nella distribuzione del limonene (in assenza di altri agenti disperdenti ed emulsionanti), si è reso necessario introdurre una preliminare fase di omogeneizzazione ad alta pressione per lo preparazione di un emulsione relativamente stabile per gli obiettivi dello studio a base di limonene, zucchero e acqua. Sono stati preparati anche sistemi amorfi a bassa umidità a base di trealosio e saccarosio attraverso la tecnica del micro-macinazione (ball co-milling) che hanno mostrato una alta capacità di ritenzione del limonene e rivelato interessanti proprietà del limonene nei sistemi amorfi come promotori della cristallizzazione. In questa fase i sistemi amorfi zuccherini sono stati caratterizzati attraverso analisi calorimetrica con lo studio del comportamento termico della fase amorfizzata ed è stata valutata quantitativamente la ritenzione del limonene attraverso tecniche gas-cromatografiche. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), 1. da Silva F.C., da Fonseca C.R. , de Alencar S. M., Thomazini M., de Carvalho Balieiro J.C. Pittia P. Favaro-Trindade C.S. 2013. Assessment of production efficiency, physicochemical properties and storage stability of spray-dried propolis, a natural food additive, using gum Arabic and OSA starch-based carrier systems. Food and Bioproducts Processing, 91 (1), 28-36. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 97 2. Compagnone D., Fusella G.C., Del Carlo M., Pittia P., Di Natale C., Tortora L., Paolesse R. 2013. Gold nanoparticles-peptide based gas sensor arrays for the detection of food aromas. Biosensors and Bioelectronics, 42, 618-625. 3. Sacchetti G., Neri L., Laghi L., Capozzi F., Mastrocola D. , Pittia P. 2014. Multidisciplinary approach to study the effect of water status and mobility on the activity of peroxidase in solutions. Food Chemistry 144 (1), 36-43 Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) 1. Pittia P., Martuscelli M., Sacchetti G., Piccone P., Neri L.. Release of aroma compounds in binary and ternary carbohydrate model systems. 12th International Symposium on the Properties of Water, ISOPOW XI, Fiskebackil (Sweden), 19-23 August 2013 2. Pittia P., Neri L., Cesàro A.. Flavour retention in carbohydrate amorphous matrices. 5th Int. Symposium on “ Delivery of Functionality in Complex Food systems. Physically-inspired approaches from the nanoscale to the microscale.” 30th September-3rd October 2013 (Haifa, IL). 3. Pittia P., Navarini L., Lonzarich V., Piccone P., Compagnone D. Study of the aroma characteristics of coffee beverages added with different sugars by GC-MS and chemical sensor array fingerprinting 3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT) 4. Pizzoni D., Pittia P., Figuigui A.O., D’Alessandro N., Compagnone D. Evaluation of candies aroma release through GC-MS and peptide-based Electronic-nose. 3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT) Capitoli/sezioni di libri/volumi Pittia P.. Role of sugars in flavour release and perception in food matrices . In Emerging and Traditional Technologies for Safe, Healthy and Quality Food, Springer, (under preparation) Altre pubblicazioni - Di Mattia C., Martuscelli M., Sacchetti G., Scheirlinck I., Beheydt B., Mastrocola D., Pittia P. 2013. Effect of fermentation and drying on procyanidins, antiradical activity and reducing properties of cocoa beans. Food and Bioprocess Technology, 6 (12), 3420-3432. - Neri L., Hernando I., Perez-Munuera I., Sacchetti G., Mastrocola D., Pittia P. 2014. Mechanical properties and microstructure of frozen carrots during storage as affected by blanching in water and sugar solutions. Food Chemistry 144, 65–73 Partecipazione a congressi (come relatore) Pittia P., Neri L., Cesàro A.. Flavour retention in carbohydrate amorphous matrices. 5th Int. Symposium on “ Delivery of Functionality in Complex Food systems. Physically-inspired approaches from the nanoscale to the microscale.” 30th September-3rd October 2013 (Haifa, IL). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 98 ATTIVITÀ FORMATIVA Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Lille (FR) (8-10 luglio 2013) UMET (Unité Matériaux Et Transformations - UMR CNRS) Université de Lille 1 Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Corso: Biosensori (3 CFU) Ottobre 2012-Gennaio 2013 (prof. Dario Compagnone, Università di Teramo) Laboratorio di Biosensori (c/o Dipartimento di Scienze degli Alimenti-Università di Teramo: impiego di un Naso elettronico modificato con peptidi per la valutazione del rilascio di aromi da sistemi alimentari: Marzomaggio 2013 (15 ore). Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive 12th International Symposium on the Properties of Water, ISOPOW XI 3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT) Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Modulo Ingredienti e formulazioni (Corso Integrato Tecnologie Alimentari I, coordinatore prof. Paola Pittia) Corso di Laurea Magistrale In Scienze e Tecnologie Alimentari Facoltà di Agraria – Università di Teramo n. CFU: 9. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 99 CANDIDATE NAME SURNAME : NICOLA SCOTTI Title of the thesis: Chemical engineering department, Polytechnical School of Turin Title of the thesis: Laboratory evaluation of several nanofilled dental resin composites mechanical and chemical properties Supervisor: Prof. Lorenzo Breschi Tutors (if any): Prof. Milena Cadenaro Research Activity Purpose: The aim of this in vitro study was to evaluate hardness and contraction stress of five different bulk fill resin composite. The hypothesis (1) was that hardness decrease is directly related to bulk-fill composite thickness and filler load; (2) contraction stress is comparable between different bulk-fill composites. Methods and Materials: 50 specimens of bulk-fill resin composites were prepared with 5 different materials (N=10 each): SonicFil (Kerr), Tetric Bulk (Ivoclar), SDR (Dentsply), Extra Base (Voco), Filtek Bulk (3M ESPE). Composites were bulk-placed in semi-circular mould with 10mm diameter and 6mm depth. Light curing tip was placed in contact with the top surface of the sample and curing was performed for 40 s with a LED lamp (BluePhase 2). Vickers hardness was tested with a micro-indenter at top and bottom surfaces (4 measurements for each surface), and along the lateral side of the sample (6 measurements, one each mm) starting from the side in contact with the light curing tip. Contraction stress was tested with a Universal Machine (Gabbiadini, Italy). Data were statistically analysed with Two-Way ANOVA and Bonferroni test. Hardness progression along lateral side of each group was compared with Friedman test. Statistical significance was set at p=0.05. Results: Means of Vickers Hardness and Contraction Stress of the different groups are expressed in table 1. Material (MPa) Top Surface Microhardness Bottom Surface Microhardness SONICFIL 90,975 45,415 0,93594694 TETRIC BULK SDR Contraction Stress 106,41 45,23 0,82145244 54,97 28,905 0,612136173 X-TRA BASE 94,53 56,52 0,895884608 FILTEK BULK97,67 36,945 0,884770019 Conclusions: The first hypothesis (1) was partially accepted since only some bulk-fill materials showed a significant hardness decrease directly proportional to thickness and filler load. The second hypothesis (2) is rejected since SDR showed a significantly lower contraction stress than other materials. Objectives for the following year Evaluate the performance of curing lights in the polymerization of nanofilled bulk-fill resin composites with different photoinitiators. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 100 Publications on scientific journals (printed or in press) 1: Scotti N, Bergantin E, Alovisi M, Pasqualini D, Berutti E. Evaluation of a simplified fiber post removal system. J Endod. 2013 Nov;39(11):1431-4. 2: Scotti N, Rota R, Scansetti M, Paolino DS, Chiandussi G, Pasqualini D, Berutti E. Influence of adhesive techniques on fracture resistance of endodontically treated premolars with various residual wall thicknesses. J Prosthet Dent. 2013 Nov;110(5):376-82 3: Scotti N, Forniglia A, Bergantin E, Paolino DS, Pasqualini D, Berutti E. Fibre post adaptation and bond strength in oval canals. Int Endod J. 2013 Jul 3. doi: 10.1111/iej.12156. 4: Mazzoni A, Angeloni V, Apolonio FM, Scotti N, Tjäderhane L, Tezvergil-Mutluay A, Di Lenarda R, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. Effect of carbodiimide (EDC) on the bond stability of etch-and-rinse adhesive systems. Dent Mater. 2013 Oct;29(10):1040-7. 5: Scotti N, Venturello A, Borga FA, Pasqualini D, Paolino DS, Geobaldo F, Berutti E. Post-curing conversion kinetics as functions of the irradiation time and increment thickness. J Appl Oral Sci. 2013 MarApr;21(2):190-5. 6: Scotti N, Scansetti M, Rota R, Breschi L, Mazzoni A, Pasqualini D, Berutti E. Active application of liquid etching agent improves adhesion of fibre posts to intraradicular dentine. Int Endod J. 2013 Nov;46(11):103945. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Books /Chapters and sections of books Other publications Participation to conferences (as speaker) Oral Presentation, European Division of the International Academy of Dental Research. Florence, 4-7 september 2013 Oral Presentation, National Meeting of the Italian Society of Endodontics. Turin, 7-9 november 2013 Educational Activity Periods abroad (date and place) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 101 Classes followed (date, course, professor, type of course) Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities Support educational activity and teaching Holder of the teachings of Conservative II, Pre-clinical courses of Conservative I & II at The Conservative Degree in Dentistry at the University of Turin. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 102 Alex Stopar Title of the thesis: Innovative Tools for Pharmacogenetics and Pharmacogenomics: Protein-Nucleic Acid Interactions Within Self-Assembled Nanosystems Supervisor: Dr. Matteo Castronovo Tutor: Prof. Giacinto Scoles Research Activity 1. I evaluated the reactivity of previously reported rectangular and triangular water-soluble DNA nanostructures (Rothemund P.V.K., Nature, 2006) with a collection of 19 different restriction enzymes. The enzymes that were tested are AclI, AluI, BamHI, BsmAI, BsmFI, BsrI, BstUI, BsuRI, CfoI, DpnII, DraI, HaeIII, HhaI, Hin1II, MboI, MspI, NlaIII, RsaI, SnaBI, TaqI. The fragmentation pattern of digested DNA origami was analysed by denaturing PAGE. I am currently working for consolidating the obtained preliminary results. 2. I collected for each restriction site the data of the distances in nucleotides from the closest crossover and nick elements of both triangular and rectangular DNA origami. I collected the restriction site data for 11 enzymes (BamHI, BsuRI, CfoI, DpnII, DraI, HaeIII, HhaI, Hin1II, MspI, NlaIII, RsaI). 3. I designed a prototypical nanosensor made of DNA for the detection of proteins or miRNAs. I used Cadnano software (http://cadnano.org/) to design the nanosensor based on water-soluble DNA nanostructure (ws-Dnano). 4. I produced the M13 ssDNA used as scaffold in ws-Dnano self-assembly. I setup the protocol for the amplification of the DNA by using the standard biotechnological techniques of bacterial and phage culture. Objectives for the following year • Setup PCR experiments to precisely identify the cleaved restriction sites on a ws-Dnano as displayed by denaturing PAGE analysis. • Design the final ws-Dnano of the nanosensor device. • Evaluate experimentally the regulation of the enzymatic imprinting of the nanosensor by steric hindrance based mechanism. Publications on scientific journals (printed or in press) 1. Biason P, Visentin M, Talamini R, Stopar A, Giorda G, Lucia E, Campagnutta E, Toffoli G. “Polymorphic thymidylate synthase gene impacts on overall survival of patients with epithelial ovarian cancer after platinum-based chemotherapy”, Pharmacogenomics. 2012 Nov;13(14):1609-19. doi: 10.2217/pgs.12.136. 2. Castronovo M, Stopar A, Coral L, Redhu S K, Vidonis M, Kumar V, Del Ben F, Grassi M, and Nicholson A W. “Effects of Nanoscale Confinement on the Functionality of Nucleic Acids, and Applications in Nanomedicine”, Curr Med Chem. 2013;20(28):3539-57. Educational Activity Conferences, seminars, advanced courses Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 103 − “Molecular Imaging Conference”, 10-11 December 2012, Trieste − Annual Meeting of PhD School in Nanotechnology; 9-11 January 2013, Trieste. − Interdisciplinary seminar for graduate students: 7-8 March 2013, Udine. − QPQ Spring Meeting, 16 April 2013, Trieste. − QPQ Midsummer Meeting, 26 July 2013, Udine. − 3rd Joint PhD Summer School on nanotechnology, 4-6 September 2013, SISSA Trieste. − 19th International Conference on DNA Computing and Molecular Programming 22-27 September 2013, Arizona State University in Tempe. − 1st FVG PhD Symposium, 7-9 October 2013, Grado (GO). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 104 CANDIDATO NOME COGNOME : TARUSHA LORENA Titolo della tesi: “Biomateriali nanostrutturati innovativi per applicazioni biomediche” Supervisore: Prof. Sergio Paoletti Tutori (eventuali): dott. Andrea Travan Attività di ricerca L’attività di ricerca è focalizzata sulla produzione e caratterizzazione di biomateriali per due diverse applicazioni biomediche. L’attività di ricerca principale si svolge nel contesto del progetto Anastomoseal (FP7-NMP-2011-SMALL – c.n. 280929), un progetto Europeo finalizzato alla prevenzione della deiscenza dell’anastomosi, la complicanza post-operatoria più frequente dopo la rimozione del cancro colorettale. Lo scopo del progetto è lo sviluppo di una garza sigillante e riassorbibile in grado di promuovere la guarigione dell’anastomosi. Nel corso del primo anno l’attività di ricerca è stata incentrata sulla messa a punto del processo di produzione della garza, sullo studio dell’influenza di diversi parametri chimici e fisici nelle proprietà meccaniche, nella stabilità e nella cinetica del rilascio delle componenti della garza. Sono stati svolti anche alcuni test in vitro preliminari volti a selezionare le molecole bioattive della garza. Nel corso del secondo anno sono stati effettuati ulteriori studi sulle proprietà biologiche delle componenti bioattive. Sono stati studiati gli effetti di tali componenti sulla vitalità e proliferazione di colonociti, sulla capacità di chiusura della ferita, sui potenziali effetti e meccanismi anti-ossidanti. L’altra attività di ricerca ha come scopo lo sviluppo di un biomateriale nanocomposito a base di polisaccaridi con proprietà antibatteriche in grado di promuovere la guarigione delle ferite difficili. Nel corso del primo anno è stato prodotto e caratterizzato un biomateriale di prima generazione con alginato e nanoparticelle d’argento. Nel corso del secondo anno le funzioni biologiche del biomateriale sono state implementate attraverso l’inserimento dell’acido ialuronico all’interno del biomateriale come terza componente e attraverso la modifica del processo di produzione. Obiettivi per l’anno successivo Gli obbiettivi per l’applicazione a livello dell’anastomosi colorettale sono: − Test in vitro su altri tipi cellulari come i colonociti fetali (per studi sul differenziamento cellular) e cellule muscolari lisce − Ulteriori studi sul meccanismo antiossidativo attraverso la quantificaione del glutatione totale e dell’attività della glutatione reduttasi − Test in vivo su modelli animali di deiscenza dell’anastomosi in collaborazione con l’Università di Maastricht Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 105 Gli obbiettivi per l’applicazione sulle ferite difficili sono: − Studi dell’influenza dell’acido ialuronico sul processo di guarigione della ferita − Studio dell’influenza del biomateriale sull’infiammazione − Studio dell’influenza sull’espressione e l’attività delle metalloproteinase della matrice Pubblicazioni in giornali scientifici “The effect of a silver nanoparticle polysaccharide system on streptococcal and saliva-derived biofilms”; M. Di Giulio, S. Di Bartolomeo, E. Di Campli, S. Sancillo, E. Marsich, A. Travan, A. Cataldi, S. Sancillo. Articolo sottoposto al giornale “International Journal of Molecular Sciences” Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) − 7-9 ottobre 2013 “Bioactive components for regenerative medicine”; Tarusha L., Micossi M., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Donati I. and Paoletti S.; 1st FVG PhD Symposium, Grado (GO), − 18-20 giugno, “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.; EuroNanoforum 2013, Dublino, Irlanda Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) “DVS Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013 Attività formativa Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive − 7-9 ottobre 2013, “1st FVG PhD Symposium”, Grado (GO) − 19-20 settembre 2013, “DSV Day”, Trieste (TS) − 10 -11 settembre 2013, “NanoMedicine School”, Trieste (TS) − 9 settembre 2013, “The BROAD Way of Drug Discovery”, Amedeo Vetere, Trieste (TS) − 21 maggio 2013, “Biomolecules, biopolymers & biohydrogels”, Milano (MI) − 7 -8 marzo 2013, “Interdisciplinary PhD Spring School”, Udine (UD) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 106 − 9 -11 gennaio 2013, “Annual meeting of the School of Nanotechnology”, Trieste (TS) Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Correlatrice della tesi “Potenziale utilizzo del butirrato nei processi di rigenerazione tissutale: studi biologici in vitro” (laurea triennale in Biotecnologie, studentessa Maria Micossi, A.A.12/13). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 107 Marienette Morales Vega Title of the thesis: Raman and Fluorescence Spectroscopy of Biomedical Nanomaterials Supervisor: Prof. Valter Sergo Tutors (if any): Prof. Vanni Lughi Research Activity For the 2nd year of PhD, I was able to accomplish the following: • Training and routine use of Raman Microscope, UV-VIS spectrometer, TEM • Measurement of Raman spectra on various samples and performing Principal Component analysis • Synthesis and characterization of gold nanostars • Attendance to Summer school and Workshop Relevant Results • The current procedure is able to detect and quantify traces of monoclinic concentration. Detection of the incipient t-m transformation could be revealed in these samples only by using Principal Component Analysis. • I have successfully synthesized colloidal nanostars using a seed-mediated surfactantless method. • Citrate-coated gold nanostars undergo aging in the form of blunting of tips or formation of sphere. • Surface modification by self-assembled monolayer of MPA on nanostar surface inhibits aging. Objectives for the following year − Use Raman spectroscopy to determine the monoclinic content in zirconia-based spinal and dental implants containing extremely small amounts of monoclinic − Use surface enhanced Raman spectroscopy to amplify the signal from weak Raman signal of lowlevel monoclinic content in bone implants − Synthesis an appropriate nanoparticle substrate to be used for SERS − Stable AuNS@MPA will be utilized as SERS substrate for zirconia powders and eventually, on zirconia ceramics. − Ongoing Raman measurement and analysis of zirconia-based implants of various geometries − Synthesis and characterization of gold nanostructures made from gold nanostars with semiconductor coating Publications on scientific journals (printed or in press) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 108 Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) − International School Of Atomic And Molecular Spectroscopy, Nano-Structures For Optics And Photonics, 4-19 July 2013, Erice School 2013 Erice, Italy − European Society of Biomaterials 25th European Conference on Biomaterials – September 8th – 12th, Madrid 2013 Books /Chapters and sections of books Other publications Participation to conferences (as speaker) Educational Activity Periods abroad (date and place) Classes followed (date, course, professor, type of course) Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities 1. International School Of Atomic And Molecular Spectroscopy, Nano-Structures For Optics And Photonics, 4-19 July 2013, Erice School 2013 Erice, Italy 2. European Society of Biomaterials 25th European Conference on Biomaterials – September 8th – 12th, Madrid 2013 3. Second Conference on Nanotechnology for Biological and Biomedical Applications (Nano-Bio-Med 2013) Oct 14-19, 2013 ICTP, Trieste, Italy Support educational activity and teaching Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 109 CANDIDATO: LEONARDO VENTURELLI Titolo della tesi: Microfluidic Devices for Circulating Tumor Cells Counting Supervisore: Prof. Giacinto Scoles Tutor: Dan Cojoc Attività di ricerca Durante il secondo anno di Dottorato sono stati portati avanti gli esperimenti iniziati l’anno precedente completando lo studio di un dispositivo microfluidico con le tecniche apprese il primo anno. A GennaioFebbraio 2013 è stato testato un polimero cationico (una poli-allilammina) per valutarne la capacità di riconoscere specificamente le cellule tumorali rispetto a quelle linfocitarie del sangue. Valutata la bassa sensibilità e specificità della poli-allilammina è stata modificata l’idea iniziale di usare un dispositivo microfluidico basato sul Wheatstone Bridge. Quindi è stato deciso di sviluppare un altro dispositivo microfluidico; identificando due molecole altamente specifiche e selettive per le cellule tumorali e con un basso tropismo per le cellule linfocitarie del sangue. Basando lo studio sul metabolismo delle cellule tumorali è stato deciso di utilizzare il glucosio e la glutammina come molecole specifiche per il loro riconoscimento. In seguito sono state sintetizzate nano particelle magnetiche di Cobalto Ferrite (CoFe3O4) e funzionalizzate, ricoprendole con analoghi fluorescenti dei due metaboliti identificati. In seguito è stata valutata la selettività delle MNPs funzionalizzate per le cellule tumorali rispetto a quelle linfocitarie e valutata la tossicità delle stesse. Obbiettivi per l’anno successivo I dati ottenuti saranno la base per portare a termine il prossimo anno lo studio del dispositivo microfluidico identificato con le MNPs funzionalizzate, al fine di poter isolare e quindi contare il numero di cellule tumorali contenute in campioni di sangue tramite un campo magnetico. Le cellule saranno infatti rese magnetizzabili per via dell’internalizzazione delle MNPs. Inizialmente saranno utilizzati spike samples, campioni cioè con un numero noto di cellule tumorali e di cellule linfocitarie del sangue. Infine dopo aver testato la percentuale di cellule identificate ed isolate, rispetto al totale, si proseguirà su campioni biologici di pazienti. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) “Glutamine Functionalized Magnetic Nanoparticles for Tumoral Cells Recognition” Lavoro presentato come Poster @ 9th International Symposium on Minimal Residual Cancer, 25 – 27 Settembre 2013, Parigi, Francia. “Glutamine fucntionalized magnetic nanoparticles for tumoral cells counting” Lavoro presentato come poster @ 1st FVG PhD Symposium, 7 – 9 Ottobre 2013, Grado, Italia. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 110 Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) ATTIVITÀ FORMATIVA Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Lezioni di Chimica Fisica, Prof. Giacinto Scoles, ICTP, Gennaio 2013; “Winter College on Optics: Trends in Laser Development and Multidisciplinary Applications to Science and Industry” 28 Gennaio – 15 Febbraio 2013, ICTP, Trieste, Italia. 6th International Summer School on: From 2D biology to engineered 3D medical solutions, 23-31 Agosto 2013, Vipava, Slovenia; 9th International Symposium on Minimal Residual Cancer, 25 – 27 Settembre 2013, Parigi, Francia; 1st FVG PhD Symposium, 7 – 9 Ottobre 2013, Grado, Italia. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva 8 ore di lezione di laboratorio per il corso di “Nanotecnologie” a studenti del 1° anno specialistico di Biotecnologie Mediche dell’Università di Udine, presso i laboratori di Scienze e Tecnologie Biomediche, Piazzale Kolbe, Udine. GANTT CHART OF MY ACTIVITY Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 111 Candidate NAME SURNAME : Lianqin Wang Title of the thesis: Design, synthesis and characterization of nanostructured materials for electrocatalysis Supervisor: Paolo Fornasiero Tutors (if any): Francesco Vizza, Alessandro Lavacchi Research Activity Direct alcohol fuel cells (DAFCs) provide a promising way to directly convert the chemical energy of alcohols into electrical energy. For the high energy density of alcohols, DAFCs have been proposed as power sources for powering portable electronic. Platinum is well considered as the best monometallic catalyst for the oxidation of small alcohols. Ethanol has caught much attention relied on its abundance and its use as a fuel for DAFCs for portable devices power supply. It is known that the oxidation of ethanol is a structure sensitive reaction. A special designed electrochemical treatment consisting in cycles of constant potential oxidation and reduction of palladium has been shown to further enhance the activity towards the oxidation of alcohols. We report an application of pulsed re-dox treatment to polycrystalline platinum surfaces. Different treated periods have been used on the treatments of Pt surfaces. The activity of treated polycrystalline Pt has been investigated on the electro-oxidation of ethanol. In order to study the mechanism of ethanol oxidation, especially the C-C bond cleavage, on different platinum electrodes, in situ FTIR spectra was recorded at different sampling potentials. The study demonstrates that the application of pulsed re-dox treatment to polycrystalline Pt surfaces results in the enhancement of the electro-catalytic activity towards ethanol oxidation. We show that pulse duration is a critical variable in determining surface activity. Both the potentiostatic measurements and FTIR spectra show that the appropriate treated Pt has an increase tendency to cleave the C-C bond. This behavior has been explained in terms of the surface platinum oxide growth kinetic and preferred crystallographic orientation. Objectives for the following year 1. The potentiostatic measurement of pulsed re-doc treated polycrystalline Pt towards the electro-oxidation of ethanol should be further investigated. 2. The pulsed re-doc treatment on titanium can get titania with specific structure and high surface area. Further investigation should be pursued. Publications on scientific journals (printed or in press) 1. A. Marchionni, M. Bevilacqua, C. Bianchini, Y. X. Chen, J. Filippi, P. Fornasiero, A. Lavacchi, H. Miller, L. Wang, F. Vizza, "Electrooxidation in Alkaline Media of Ethylene Glycol and Glycerol on Pd-(Ni-Zn)/C Anodes in Direct Alcohol Fuel Cells", ChemSusChem, 6 (2013) 390. 2. L. Wang, M. Bevilacqua, Y. X. Chen, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. Miller, F. Vizza, "Enhanced electro-oxidation of alcohols at electrochemically treated polycrystalline palladium surface", J. Power Sources, 242 (2013) 872. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 112 Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) 1. L. Wang, M. Bevilacqua, Y. X. Chen, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. Miller, F. Vizza, "Electro-oxidation of alcohols on polycrystalline Pd promoted with the electrochemical treatment: A study using cyclic voltammetry and in situ FTIR", CES 2013. 2. M. Innocenti, I. Bencistà, L. Becucci, F. Di Benedetto, S. Cinotti, L. Wang, A. Lavacchi, M. V. Pagliaro, F. Vizza, C. Zafferoni and M. L. Foresti, "Electrodeposition of Semiconductors Thin Films With Different Composition and Band Gap", 224th ECS Meeting. 3. F. Vizza, M. Bellini, M. Bevilacqua, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. A, Miller, W. Oberhauser and L. Wang, "Highly Efficienty Palladium-Based ANODE Electrocatalyts For Direct Ethylene Glycol and Glycerol FUEL CELLS", 224th ECS Meeting. 4. H. A. Miller, F. Vizza, A. Lavacchi, J. Filippi, W. Oberhauser, M. Bevilacqua, A. Marchionni, M. Innocenti and L. Wang, "Self-Sustainable Production Of Hydrogen and Chemicals From Renewable Alcohols By Alkaline Electrolysis", 224th ECS Meeting. 5. A. Lavacchi, S. Cinotti, M. Innocenti, L. Becucci, L. Wang, E. Banchelli and L. Luconi, "Silver Electrodeposition From Ionic Liquids: Coatings Morphology and Mass Transport Issues", 224th ECS Meeting. Books /Chapters and sections of books Other publications Participation to conferences (as speaker) “Electro-oxidation of alcohols on polycrystalline Pd promoted with the electrochemical treatment: A study using cyclic voltammetry and in situ FTIR”, International Conference on Electrochemical Materials and Technologies for Clean Sustainable Energy, 5-9 July, 2013, Guangzhou, China. Educational Activity Periods abroad (date and place) Classes followed (date, course, professor, type of course) Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities 1. International Conference on Electrochemical Materials and Technologies for Clean Sustainable Energy, 59 July, 2013, Guangzhou, China. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 113 2. XXXII Convegno Interregionale delle Sezioni Toscana Umbria Marche Abruzzo della Società Chimica Italiana, 1-2 July, 2013, Sesto Fiorentino, Italy. Support educational activity and teaching 1. Readed the book《PEM Fuel Cells》on March, 2012, total 40 hours. 2. Readed the book《Theory and Experiment in Electrocatalysis》on June, 2012, total 60 hours. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 114 CANDIDATO VALENTINA ZANNIER Titolo della tesi: Sintesi e caratterizzazione di nanofili semiconduttori Supervisore: Dr. Silvia Rubini Tutori (eventuali): Attività di ricerca Durante il secondo anno di Dottorato, ho approfondito lo studio del meccanismo di crescita di nanofili di ZnSe, della loro morfologia e delle loro proprietà. I nanofili di ZnSe sono stati cresciuti su diversi substrati mediante epitassia da fasci molecolari assistita da nanoparticelle di Au. Il processo di formazione delle nanoparticelle, e il loro cambiamento di composizione chimica innescato dai flussi di Zn e Se, sono stati studiati mediante spettroscopia di fotoemissione da raggi x (in-situ) e diffrazione da raggi x ad incidenza radente con luce di sincrotrone (ex-situ). I risultati ottenuti suggeriscono il verificarsi di diversi meccanismi di crescita su diversi substrati. Su GaAs(111)B la crescita dei nanofili è determinata sia dall’interazione tra metallo e substrato che dalla composizione della fase vapore. Una transizione da meccanismo vaporeliquido-solido (VLS) a meccanismo vapore-solido-solido (VSS) ha luogo cambiando il rapporto tra i flussi di Zn e Se. Sulla base di questi risultati, è stato possibile controllare morfologia dei nanofili e composizione delle nanoparticelle. D’altra parte, su substrati di Si(111) con ossido nativo, nessuna interazione metallosubstrato avviene durante la formazione delle nanoparticelle, quindi la loro composizione e il meccanismo di crescita del fili è lo stesso (VSS) indipendentemente dalle condizioni di crescita. In regime VSS, è stata osservata una dipendenza della morfologia dei nanofili dal diametro delle nanoparticelle: nanofili con diametro inferiore a 12 nm crescono dritti, mentre quelli con diametro maggiore hanno una forma irregolare, senza una direzione di crescita ben precisa. Inoltre, è stato osservato che la temperatura di crescita ha un effetto determinante sulle proprietà ottiche dei nanofili: un’ottimale emissione near-band-edge si ottiene abbassando la temperatura di crescita a 300°C. Sulla base di questi risultati è stata ottenuta la crescita di nanofili di ZnSe sottili, dritti e luminescenti su Si(111), GaAs(111)B e su ITO (Indium Thin Oxide), dimostrando la loro possibile integrazione in dispositivi per optoelettronica flessibile. Obbiettivi per l’anno successivo Gli obiettivi per il terzo anno comprendono: − La crescita controllata di nanofili di CdSe ed eterostrutture CdSe/ZnSe mediante epitassia da fasci molecolari, per applicazioni in optoelettronica (nanofili core/shell e quantum dots di CdSe incorporati lungo un filo di ZnSe). − Un’approfondita caratterizzazione delle proprietà ottiche dei nanofili di ZnSe e delle eterostrutture CdSe/ZnSe, effettuando misure a nanofilo singolo presso l’Istituto NEEL di Grenoble. Misure a filo singolo permetteranno di studiare il tipo e la distribuzione dei difetti strutturali lungo i nanofili. Con quest’analisi si potrà stabilire la relazione tra condizioni di crescita (temperatura e rapporto di flussi Zn/Se), morfologia dei fili (diametro e forma) e loro proprietà ottiche. − L’utilizzo di nanoparticelle di Au (singole e aggregate in dimeri e trimeri) da soluzioni colloidali per la crescita di nanofili di ZnSe e GaAs con un elevato controllo sul loro diametro e sulla loro distanza. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 115 Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), - Zannier V, Martelli F, Grillo V, Plaisier J R, Lausi A, Rubini S, Strong blue emission from ZnSe nanowires grown at low temperature, inviato a Physica Status Solidi rapid research letters. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) - Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Effects of beam pressure ratios on the Au-assisted MBE growth of ZnSe nanowires on GaAs (111)B. Presentato come poster al 17th European Molecular Beam Epitaxy Workshop, tenuto a Levi (Finlandia). - Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Diameter-dependent morphology of vapor-solid-solid grown ZnSe nanowires, presentato at 7th Nanowire Growth Workshop, tenuto a Losanna presso l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL). - Zannier V, Martelli F, Grillo V, Lausi A, Rubini S, Excellent optical properties of ZnSe nanowires grown at low temperature, presentato al 1st PhD Symposium tenuto a Grado. Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) - Contributo orale al 1st FVG PhD Symposium, tenuto a Grado dal 7 al 9 Ottobre 2013. Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive - 7th Nanowire Growth Workshop, tenuto a Losanna (Svizzera) dal 10 al 12 Giugno 2013. - 3rd Joint PhD Summer School on Nanotechnology organizzata da Università di Trieste, Università di Udine e SISSA, svolta a Trieste dal 4 al 6 Settembre 2013. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Attività di supporto nel Laboratorio di epitassia da fasci molecolari dello IOM-CNR di Trieste per studenti dei corsi di Laurea in Chimica e in Fisica, durante l’attività di tirocinio per la tesi. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 116 Dottorandi del 28esimo ciclo CANDIDATE NAME SURNAME ABDALLA MOHAMMED KHALID AMNA Atomic force microscopi investigation of the structural properties of DNA replication origins in tumor cells. Supervisors: Dr. Loredana Casalis & Dr. Silvia Onesti Title of the thesis: Tutors (if any): Research Activity The main goal of the project is to use Atomic Force Microscopy (AFM) in order to study topology features on genomic DNA associable to replication origins, in the presence different protein factors. Also, we plan to highlight the unwinding mechanism of MCM (mini-chromosome maintenance) helicase complex. During my first year of PhD, we optimized the functionalization of a mica surface to obtain clear AFM images at high resolution for dsDNA molecules and dsDNA with protein complexes. We performed AFM images in air, which allowed us to study dsDNA conformational change via a statistical analysis to the recorded images. Next we studied the topological aspects of the interaction between the dsDNA and MCM complex and we observed the loading of the MCM on dsDNA molecule in case of 1200bp dsDNA, while for 1000bp dsDNA we added ATP and we observed the wrapping of the dsDNA molecule. On a next step, in order to minimize DNA/protein-surface interactions and to work in physiological enviroment, we moved on and perform AFM images in liquid. At the end of the year, we succeed in finding a good strategy for DNA immobilization and AFM imaging in saline acqueous buffer. Objectives for the following year To concentrate our work on performing AFM images in liquid for dsDNA and dsDNA-MCM complex. To investigate the structural properties of the dsDNA origin. Final step for the second year, will be trying to understand the mechanism of MCM complex when it binds to the dsDNA. Organization of conferences and workshops: • First FVG PhD symposium in Nanotechnology, Biomedicine & Bioinformatics at Teatro Auditorium "Biagio Marin", Grado - Italy (7-9 October 2013). Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) • Interdisciplinary PhD Spring School at Università degli Studi di Udine, Udine-Italy (7-8 March 2013). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 117 • International Summer School “Nicolás Cabrera” in BIOMOLECULES AND SINGLE MOLECULE TECHNIQUES, Madrid-Spain (21-26 July 2013). • PhD Summer School on Nanotechnology, at SISSA “International School for Advanced Studies”, Trieste-Italy (4-6 Setember 2013). • Annual National Congress of the Italian Physical Society, Trieste-Italy (23-27 September 2013) Participation to conferences (as speaker) • First FVG PhD symposium in Nanotechnology, Biomedicine & Bioinformatics at Teatro Auditorium "Biagio Marin", Grado - Italy (7-9 October 2013). Educational Activity Classes followed (date, course, professor, type of course) • 12-24 September 2013: Molecular self-assembling and nanostructures, given by Dr. Loredana Casalis, Prof. Alberto Morgante and Prof. Lucia Pasquato. • 8 March- 24 May 2013: Introduction to Biophysics, given by Dr. Edoardo Milotti. • 5 March- 5 June 2013: Introduction to Biology - The Secret of Life, given by Prof. Eric S. Lander. My research project 20 ge 8 n 14 ag o 24 14 fe 12 b 15 se t1 5 Optimize the mica surface Training in Structural Biology lab AFM images in liquid Study the properties of the dsDNA origin Study the mechanism of MCM complex Specific study in tumor cell Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 118 CANDIDATA ALESSIA AMODIO Titolo della tesi: Quantitative analysis of tumor biomarkers in micro-samples with an electrochemical approach Supervisore: Prof. Giacinto Scoles Tutori: Dott. Matteo Castronovo, Dott. Francesco Ricci Attività di ricerca L’obiettivo finale del progetto è lo sviluppo di un sensore elettrochimico a DNA per l’analisi di biomarker tumorali in micro-campioni. Per valutare l’approccio pensato abbiamo usato una sonda a DNA con meccanismo clamp-switch per lo sviluppo di un sensore elettrochimico a DNA signal-on. Il sensore clampswitch è costituito di un filamento di DNA modificato a un’estremità con un marcatore elettrochimico e all’altra con un tiolo, per consentire il legame con la superficie dell’elettrodo d’oro. La sonda è costituita da un primo elemento di riconoscimento, una porzione polipirimidinica di 15 basi che riconosce il target complementare attraverso l’appaiamento delle basi di tipo Watson-Crick. Il secondo elemento di riconoscimento, una sequenza polirimidinica, può ripiegarsi per formare una struttura a tripla elica (triplex DNA) attraverso l’appaiamento delle basi di tipo Hoogsten. La formazione del triplex DNA porta il marcatore elettrochimico in prossimità della superficie elettrodica e così si osserva un aumento del segnale di corrente misurato. Considerando che questo tipo di meccanismo è basato sulla possibilità della sonda di ripiegarsi e formare una struttura triplex, il suo segnale è fortemente dipendente dalla densità della sonda. Infatti, ad alte densità di sonda la formazione del triplex è talmente sfavorita che si osserva soltanto un decremento del segnale (consistente con la formazione esclusiva di DNA a doppia elica). Il sensore a DNA consente il rilevamento di target con alta affinità (nanomolare). Come atteso, l’affinità del sensore decresce al diminuire della lunghezza del target. Target maggiori di 12 basi mostrano però un’affinità simile. Questo dipende dal fatto che con target lunghi si raggiunge il ligand-depletion regime, in cui la KD osservata non riflette più la KD reale. Sono state anche effettuate curve di associazione a diversi pH, come atteso per questo tipo di sonda, l’affinità del sensore dipende dal pH, in maniera specifica a pH basici la formazione del triplex è fortemente sfavorita e si osserva solo la formazione di DNA a doppia elica. Abbiamo, infine, voluto testare la specificità del sensore, con due target di 10 basi, uno perfettamente complementare e uno con una mutazione di singola base. La differenza di affinità osservata con questi due target definisce una finestra di specificità di circa 3 ordini di grandezza. Obbiettivi per l’anno successivo - scelta dei target; - progettazione, sviluppo e ottimizzazione delle sonde; - caratterizzazione delle perfomance analitiche degli switch molecolari; Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 119 - studio delle proprietà meccanochimiche delle biomolecole legate alla superficie e della loro influenza sul comportamento dei sensori elettrochimici; - confronto dei risultati ottenuti con i sensori a DNA con quelli ottenuti con le metodologie attualmente disponibili (per esempio ELISA, Western-blot). Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite - Febbraio 2013 – NMR, Prof. O. D. Cicero, corso scuola di dottorato Università di Roma Tor Vergata - July 2013 - Prof. M Tomellini, corso scuola di dottorato Università di Roma Tor Vergata Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive - PhD Summer School - Trieste, 4 - 6 settembre, 2013. - Simposio “Engineering Life 2013: Bio-molecular principles for novel methods and materials” - Dresda, 17 - 18, 2013. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva - Laboratorio di chimica analitica qualitativa (tutor) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 120 FRANCESCA CAMMISULI Titolo della tesi: Effetti dei nanomateriali sulle barriere biologiche fetali e post-natali e valutazione della tossicità epigenica Supervisore: PASCOLO Lorella Attività di ricerca Oltre ai meriti e alle notevoli opportunità offerte dalla ricerca per le nanotecnlogie, c’è un maggiore bisogno di studi volti a capire il possibile effetto dannoso della generale esposizione ai nanomateriali. La nanotossicologia cerca di fornire la necessaria valutazione di sicurezza dei nanomateriali. Il mio lavoro di dottorato si propone di essere parte del progetto mostrando i possibili effetti tossici e cambiamenti epigenetici indotti dai nanomateriali a livello di barriere biologiche, in particolare della placenta e polmone; il lavoro verrà svolto usando avanzate microscopie (FT-IR e Raman) e analisi molecolari del Dna (messa a punto di kit appropriati) su tessuti e modelli cellulari. Durante il primo anno di dottorato, lo studio più importante della mia ricerca è stato l’uso di avanzate microscopie basate sulla radiazione di sincrotrone per rilevare possibilmente simili meccanismi di tossicità in cellule di mesotelio (MeT5A) esposte a nanotubi di carbonio (Pristine-SWNTs e Short-SWNTs, 500nm) ed a fibre di crocidolite. La microscopia a raggi-X che usa la radiazione di sincrotrone (immagini in assorbimento e contrasto di fase), la fluorescenza a raggi-X e la microscopia a scansione elettronica (SEM) si sono rivelate tecniche utili e hanno consentito il monitoraggio dei cambiamenti chimici e morfologici nelle cellule. I risultati ottenuti con la combinazione di queste tecniche microscopiche hanno dimostrato la presenza di meccanismi simili di tossicità nelle cellule in seguito all’esposizione alle tre diverse nanofibre: tutte le nanofibre provocano un’alterata concentrazione degli elettroliti all’interno della cellula (Ca e K) a causa della diversa permeabilità della membrana plasmatica; tutte le cellule trattate mostrano un alterato metabolismo del ferro rispetto ai controlli: il ferro è aumentato soprattutto nelle cellule trattate con crocidolite, ma un aumento significativo è stato osservato anche nelle cellule esposte ai nanotubi di carbonio. Le analisi al SEM confermano che la tossicità da esposizione a nanotubi di carbonio è legata soprattutto a un danno di membrana. Obbiettivi per l’anno successivo 1. Valutazione della tossicità dei nanomateriali in altri modelli cellulari di barriere biologiche (BeWo, linea cellulare di corio carcinoma umano) per testare se condividono lo stesso meccanismo di tossicità osservato nelle cellule di mesotelio (MeT5A). 2. Proseguire con l’applicazione della spettroscopia XANES (X-ray absorption near edge structure) per studiare lo stato chimico del ferro (Fe) presente nei tessuti contenenti fibre di amianto o altri nano-inquinanti. 3. Testare la fattibilità della spettroscopia Raman e FT-IR per studiare danni o modifiche epigenetiche (aggiunta di gruppi metili) sul Dna; messa a punto di appropriati kit per valutare l’alterazione dell’espressione genica in seguito alla metilazione del Dna. Se queste tecniche si dimostreranno valide, verranno applicate sia su modelli cellulari che su tessuti. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 121 1. Abstract e presentazione del poster: “Alterated iron metabolism in MeT5A mesothelial cells following carbon nanotubes and crocidolite asbestos exposure”. Nanotechnology Summer School 2013, Trieste, 4-6 Settembre 2013. Attività formativa Periodi di permanenza all’estero 1. Esperimento: “XANES full field imaging to investigate iron chemical state in asbestos containing lung tissues”. Beam time presso il Sincrotrone Europeo (ESRF) Grenoble, 1-7 Ottobre 2013. Ore di lezione seguite 1. Introduzione alla Spettroscopia Organica, Facoltà di Scienze matematiche, fisiche e naturali / Corso di laurea in Chimica (I liv.), Prof. Fulvia Felluga. Obiettivi formativi: conoscenze di base nell'uso delle tecniche spettroscopiche nella identificazione di composti organici. Marzo/Aprile 2013. 2. Corso di dottorato su "Molecular self-assembling and nanostructures”, Università di Trieste. Dr. Loredana Casalis, Prof. Alberto Morgante, Prof. Lucia Pasquato. 10-23 Settembre, 2013. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive 1. Incontro annuale della Scuola di Nanotecnologie, Università di Trieste, 9-11 Gennaio 2013. 2. Interdisciplinary PhD Spring School. Università di Udine, 7-8 Marzo 2013. 3. Corso formativo: “Banche dati EBSCO. Banche dati di ricerca nel segmento Accademico e Medicale” (IRCBG_00468), Docente Ing. Fabio Di Bello. IRCCS Burlo Garofolo, Trieste, 10 Aprile 2013. 4. Seminario: “Chimica e luce di sincrotrone”. Dipartimento di Scienze Chimiche e Farmaceutiche, Università di Trieste, 11-12 Aprile 2013. 5. Corso formativo : “Lavorare in sicurezza: la gestione del rischio biologico” (IRCBG_00258), Docente Sparago Franca. IRCCS Burlo Garofolo, Trieste, 20 Maggio 2013. 6. Nanotechnology Summer School, Università di Trieste, 4-6 Settembre 2013. 7. Incontro “Aria pulita! Ora tocca a te!”. Seminario: “Relazioni degli studi sull’inquinamento atmosferico e i rischi per la salute”. Ario Ruprecht, Pierluigi Barbieri, Marjian Nabergoj, Adriano Cattaneo, Mariano Cherubini. Trieste, 20 Settembre 2013. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 122 CANDIDATO PIETRO CAPALDO Titolo della tesi: “Sviluppo di immuno-sensori capacitivi per la diagnosi precoce di marcatori tumorali circolanti” Supervisore: Dr.ssa Loredana Casalis Tutori: Dr. Luca Ianeselli Attività di ricerca Il mio progetto di dottorato si instaura in quel campo noto come “medicina personale” il quale necessita dello sviluppo di biosensori sempre più accurati ma al contempo sempre più piccoli e poco costosi ma pur sempre facili da usare per il paziente. Lo scopo principale del progetto di ricerca è, quindi, quello di sviluppare un design di successo per un sistema point-of-care, implementando un metodo vincente per la rapida dection, in piccoli volumi, di biomarker correlati a malattie tumorali e basato su misure di impedenza elettrica in una cella elettrochimica di nostra progettazione. Il lavoro si è concentrato su misure di ibridazione del DNA all’interfaccia elettrodo/elettrolita tramite l’uso di elettrodi d’oro microfabricati mediante tecniche di litografia ottica. Si è sviluppato un protocollo, riguardante sia la parte fabricativa sia quella legata ai processi di ibridazione, che fosse il più ottimale possibile e che portasse a biosensori il più standard possibile. Il principale risultato ottenuto è stato quindi lo sviluppo di un biosensore che ci permette di effettuare misure di capacità legate alla funzionalizzazione dell’elettrodo d’oro, mediante un Monostrato Auto-Assemblato (SAM) di DNA tiolato. Siamo riusciti a misurare capacità di ssDNA costanti su un lungo periodo (>10h) e a seguire la cinetica di ibridazione del DNA complementare su un ampio range di concentrazioni, da 100 pM a 1 µM, ottenendo buoni risultati.Sono stati effettuati anche studi di calibrazione del biosensore ottenendo un limite di rivelabilità dell’ordine del pM in termini di concentrazione del DNA complemetare. Infine, il sensore, è stato recentemente sottoposto a trattamenti termici finalizzati, con buoni risultati, alla deibridizzazione, fenomeno questo, non ancora ampiamento compreso e importante per lo studio della stabilità della doppia elica. Obbiettivi per l’anno successivo Innanzitutto si cercherà di migliorare la fabbricazione dei biosensori in modo da avere un maggior numero di dispositivi funzionanti. Poi si cercherà di ottenere i seguenti risultati: 1) Migliorare la capacità di risposta del biosensore cercando di rivelare l’ibridazione del DNA sulla superficie per concentrazioni sempre minori del DNA complementare in soluzione (obbiettivo fM). 2) Progettare e costruire un dispositivo che sia in grado di effettuare l’analisi in parallelo di più processi di ibridazione ed applicarlo allo studio di sequenze di DNA diverse. 3) Uso della tecnice del DDI (DNA-directed immobilization) per il bioriconoscimento su array di proteine Altre pubblicazioni Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 123 P. Capaldo, A. Gregorio, “Piccoli generatori eolici (<10 kWh) ad induzione elettrostatica per l’ambiente urbano (il caso di Trieste)”. In fase di pubblicazione presso la rivista dell’Agenzia Nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA) Attività formativa Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) • 12-13-17/09/2013 “Introduzione-concetto del self-assembling; struttura di alcanotioli su superfici (Au, Ag); dinamica di crescita dei SAM in vuoto e in liquido e transizioni di fase; Accenno a qualche tecnica di analisi; Applicazioni in campo biologico”. Docente: Loredana Casalis. Tot. 6 ore. • 16-17-18/09/2013 “Determinazione di strutture di SAM di alcantioli su superfici di Au. Tecniche strutturali (Grazing Incidence X-Ray Diffraction, Photoelectron Diffraction). Film autoassemblati di aminoacidi su superfici metalliche. Determinazione delle stato chimico e del tipo di legame con tecniche spettroscopiche di fotoemissione ed assorbimento di raggi X. Fondamenti della formazione di SAMs di molecole aromatiche su superfici di metalli.” Docente: Alberto Morgante. Tot. 6 ore. • 19-20-23/09/2013 “Nanoparticelle ibride organico-inorganico. Metodologie di sintesi di nanoparticelle protette da un monostrato organico. Tecniche di caratterizzazione. Packing del monostrato. Modifica/funzionalizzazione del monostrato. Metodologie per la caratterizzazione di monostrati misti su superficie curva. Progettazione di sistemi complessi per applicazioni in campo biomedico.” Docente: Lucia Pasquato Tot. 6 ore. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • Interdisciplinary PhD Spring School, Udine, 7-8 Marzo 2013 • Primo Simposio Dottorato del FVG, Grado, 7-9 Ottobre 2013 • Corsi Seminari di Base e Avanzati all’interno del Progetto Re-Seed, finanziato dall’Università di Udine, dalla SISSA e da Friuli Innovazione. Segue elenco: o Opportunità Imprenditoriali, elaborazione del Business Model e redazione del Business Plan. Docente: Dott. Lauto, Udine 28/06/2013 e 04/07/2013. Tot. 8 ore o Analisi di mercato, ambiente competitivo e strategie di marketing. Docente: Prof..ssa Tabacco, Udine 28/06/2013 e 04/07/2013. Tot. 8 ore o Gestione ed amministrazione aziendale. Docente: Dott. Floreani, Udine 1107/2013. Tot. 8 ore o Struttura finanziaria, assetto proprietario, forma giuridica e adempimenti per l’avvio di una start up. Docente: Dott. Ssa Pizzolato, Udine 18/07/2013. Tot. 8 ore o Tutela della proprietà intellettuale e del software. Docente: Dott.ssa Lorenzi, Udine 25/07/2013. Tot. 8 ore o "IPR – Global issues on energy – approfondimento”. Docente: Avv. Alberto BELLAN, Trieste c/o SISSA 26/10/2013. Tot. 4 ore. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 124 • Partecipazione al concorso START-CUP FVG 2013 con il progetto s-WinGeI (small Wind Generator at Electrostatic Induction) e raggiungimento della finale regionale di Udine del 27/09/2013. Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Supporto didattico all’interno del progetto “Studiare Fisica a Trieste” 2-6/09/2013, progetto diretto a studenti degli ultimi anni delle scuole superiori italiane e finanziato dal Consorzio per la Fisica e progetto Lauree Scientifiche dell’Università degli Studi di Trieste: • con una lezione dal titolo: “Figura di Interferenza prodotta da una OPPMPL su uno schermo: il caso della singola e della doppia fenditura”. Trieste, Dip. Di Fisica. • Ideatore di “Pomeriggio di Esperimenti in Libertà”, serie di semplici e divertenti esperimenti di chimica e fisica che spiegasse il background scientifico nella vita di tutti i giorni (fluido non newtoniano, la fontana di Erone, Effetto Bernouilli, Batteria con Limone, Leve, Urti elstici, ecc.) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 125 CANDIDATE LUCIA CORAL Title of the thesis: Detection of tumor cell surface biomarkers in microsamples Supervisor: Prof. Giacinto Scoles Tutors (if any): Dr. Matteo Castronovo Research Activity To develop highly stable, water-soluble probes based on DNA self-assembly for the sensitive detection of cell-surface biomarkers with fluorescence-based methods, we plan to functionalize a DNA nanostructure with tens to hundred fluorophores and, at the same time, with a few antibodies against the protein of interest. In this year, we explored the resistance of relatively simple and known DNA nanostructures, to enzymatic degradation, with the aim of gaining information to help rationally design the aforementioned probes. In particular, we analyzed the effect of 14 different restriction enzymes on triangular and rectangular DNA nanostructures, both obtained by the hybridization of long circular ssDNA (M13mp18) with a specific pattern of short ssDNA sequences. The resulting fragments of the folded M13 scaffold were visualized with polyacrylamide gel electrophoresis. The results show that, in the folded DNA structure, a few enzymes are able to act on a few of their corresponding restriction sites. To site-specifically quantify the action of such enzymes, we setup an assay based on PCR, in which a non-cleaved site leads to the amplification of the restriction site containing sequence. Our preliminary results show that this assay does not discriminate the action of an enzyme with respect to the background if its efficiency is lower than 50%. In turn, we are designing another PCR-based assay to have a site-specific PCR product be amplified upon the presence of copies of the cleaved site. Also, we used the open-access caDNAno2 software to design 5 different versions of a DNA nanostructure shaped as a parallelepiped (sized 24×40×7 nm), by varying the amount of inter helix connections (crossovers). We estimated the structural deformations (due to thermal fluctuations) of the designed structures with the open-access CanDo software. The results show that (i) the rigidity of the DNA nanostructure increases as a function of the amount of inherent crossovers, and (ii) we can fine-tune structural rigidity. Objectives for the following year - Computational design, based on PCR investigations, of DNA nanostructure that resists enzyme digestion; - Linkage of these nanostructures to probes (e.g. DNA aptamer, or monoclonal antibody) that are specific to the pre-selected, cell surface biomarkers; - Calibration of this novel quantitative approach with simplified samples such as decreasing volumes of standard solutions containing the target protein or cultured tumour cell lysates, for comparison with ELISA assay, Western Blot assay and FACS; - Development of some simple protocols for staples amplification to reduce the cost of synthesis of these DNA nano-assemblies. Publications on scientific journals (printed or in press) “Effects of Nanoscale Confinement on the Functionality of Nucleic Acids: Implications for Nanomedicine”; Castronovo M, Stopar A, Coral L, Redhu SK, Vidonis M, Kumar V, Ben FD, Grassi M, Nicholson AW; Current Medicinal Chemistry, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 126 Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) / Books /Chapters and sections of books / Other publications / Participation to conferences (as speaker) / Educational Activity Periods abroad (date and place) / Classes followed (date, course, professor, type of course) / Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities - Annual meeting of nanotechnology , Trieste, - Spring school , Udine, - Phd Summer School on Nanotechnology, - Engineering life 2013, Dresden - PhD symoposium, 9-11.01.2013 7-8.03.2013 Trieste, 4-6.09.2013 , 17-18.09.2013 Grado , 9.10.2013 Support educational activity and teaching / Individual study (main articles) : - Castro et al. Nature, 2011 - Dietz et al. Science, 2009 - Douglas et al. Nature, 2009 - Douglas et al. NAR, 2010 - Douglas et al. Science, 2011 - Jungmann et al. Nanoletters, 2010 - Ke et al. Chem.Science, 2012 - Ke et al. JACS, 2009 - Ke et al. Science, 2008 - Lin et al. Nat.Chemistry, 2012 - Mei et al. Nano letters, 2011 - Nangreave et al. Biophysical Journal, 2009 - Pinheiro et al. ACS Nano, 2012 - DNA nanotechnology, B.Samorì, 2011 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 127 CANDIDATO ILENIA D’AGOSTINO Titolo della tesi: Matrici polimeriche per l’incapsulazione e il rilascio di nutrienti tipici della dieta Mediterranea Supervisore: Dott.ssa Gamini Amelia Tutori (eventuali): / Attività di ricerca L’attuale consapevolezza dello stretto legame tra dieta e salute ha portato ad un crescente interesse verso la sintesi di nuovi sistemi di rilascio per principi attivi di origine naturale con cui arricchire cibi in modo da contrastare carenze nutrizionali che possono presentarsi in casi di stress o di salute particolari (vecchiaia, allergie, intolleranze) L’interesse principale del mio lavoro è rivolto soprattutto alla ricerca di nano-sistemi per il rilascio di principi attivi, sia lipofilici che idrofilici, tipici componenti della dieta mediterranea. Come modello di rilascio di principi attivi idrofobici si sono scelti i liposomi con l’obiettivo di studiare come la carica ionica, un agente crioprotettore o un coating polimerico possano aumentarne la stabilità e l’efficienza di incapsulazione. Per il coating, basato su attrazioni elettrostatiche tra i componenti lipidici e polimerici, sono stati scelti l’alginato ed il chitosano, polimeri di origine naturale ampiamente impiegati in campo alimentare, oltre che farmaceutico e biomedico, per le loro ben note caratteristiche di biocompatibilità e non tossicità. Il principio attivo studiato in prima analisi è il Resveratrolo che ha dimostrato una buona efficienza di incapsulazione: ca. 70% prima dell’estrusione mentre si rileva apparentemente una perdita di principio attivo in seguito alla formazione di ULV tramite estrusione. Come modello di rilascio di principi attivi idrofilici si è scelto di sintetizzare NANO- particelle polimeriche di Alginato e Chitosano in forma pura e in miscela tra loro. Il principio attivo di tipo idrofilico studiato in via preliminare è stata la la vitamina B6. Risultati: Secondo i dati ottenuti dal Nano- tracking Analysis le dimensioni delle particelle di solo alginato sono comprese tra 200 e 600 nm mentre quelle di chitosano sono comprese nell’intervallo tra 200-700 nm. I due sistemi mostrano una diversa efficienza di incapsulare la vitamina B6: in particolare l’Alginato mostra un’efficienza di incapsulazione della vitamina B6 del 94 % rispetto al 45% del Chitosano. Il sistema misto dei due polimeri sembra avere una distribuzione delle dimensioni più stretta degli altri due (200 -500 nm) sebbene non sia stata ancora valutata la capacità di incapsulare vitamina B6. Nel prossimo futuro sarà di fondamentale importanza l’ottimizzazione della reazione di sintesi investigando l’influenza delle condizioni di pH, della concentrazione polimerica e del tipo di mezzo solvente. Obbiettivi per l’anno successivo: Ottimizzazione della reazione di cross-linking e studio di altre metodologie di preparazione dei sistemi (emulsioni, sospensioni). Studio dell’interazione tra principio attivo e polimero. Studi morfologici del sistema di rilascio tramite SEM, TEM AFM Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 128 Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni: Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) 03/03/2013 48 h Chimica delle sostanze organiche naturali (Forzato) Corso di laurea in Chimica 30/09/2013 30h Chimica Macromolecolare (Rizzo) Corso di laurea in Chimica 12/09/2013 18 h Auto-assemblamento molecolare e nanostrutture (Pasquato, Casalis, Morgante) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Spring school of Nanotechnology Summer school of Nanotechnology NanoMedicine School Phd Symposium Luce di Sincrotrone Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 129 CANDIDATO MATTEO DE BIASI Titolo della tesi: Studio di materiali dentari nanostrutturati e convenzionali nella loro applicazione Supervisore: Prof. Daniele Angerame Attività di ricerca Il primo passo della mia attività di ricerca ha previsto un’indagine bibliografica sistematica sui principali database scientifici dell’ambito medico (Medline, Scopus, Scielo, Lilacs, Cochrane Library) riguardante le resine composite nanostrutturate. L’introduzione recente di questa classe di materiali impedisce di delinearne chiaramente benefici e limiti, è stato quindi impostato uno studio sulle caratteristiche di superficie e la microdurezza di diverse resine composite nanoibride, determinanti basilari per la performance clinica. Utilizzando come controlli compositi microibridi poiché universali e di comprovata efficacia, è stata valutata l’influenza di quattro protocolli di lucidatura sulla rugosità superficiale e sulla microdurezza dei materiali proposti da tre tra i maggiori produttori di materiali dentari (3M, Dentsply, Kerr). Dopo le procedure di rifinitura del restauro e lucidatura tutti i valori medi di rugosità lineare (Ra) sono sempre rimasti al di sotto del valore soglia accettato in letteratura per un’efficace inibizione dell’adesione batterica (0,20 µ m), a testimonianza della buona lucidabilità di tutti i compositi testati. I valori medi di rugosità dei materiali lucidati hanno un andamento similare tra materiali appartenenti a classi e produttori diversi. Al contrario, la microdurezza risulta costantemente e significativamente maggiore nei compositi microibridi rispetto ai nanoibridi a parità di produttore. All’interno della stessa classe si rilevano differenze significative tra produttori diversi con un trend di durezza decrescente da 3M, a Dentsply e Kerr. La lucidatura, indipendentemente dal protocollo, aumenta significativamente la durezza superficiale rispetto ai controlli non lucidati. È stata inoltre eseguita una valutazione qualitativa al microscopio elettronico a scansione di campioni rappresentativi. La superficie dei materiali di entrambe le classi appare priva di difetti evidenti, con alcuni solchi sporadici derivanti dalla rifinitura che la lucidatura non è stata in grado d’eliminare. Obiettivi per l’anno successivo Gli obiettivi per il secondo anno prevedono lo studio in vitro e in vivo della degradazione superficiale di resine composite nanostrutturate, intesa come alterazione della rugosità di superficie misurata con la tecnica delle repliche positive in resina epossidica. Inoltre, sarà impostata la ricerca bibliografica per una revisione sistematica (e auspicabilmente una metaanalisi) delle performance cliniche dei materiali compositi nanoriempiti/nanoibridi usati per i restauri dentali di tipo diretto. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa) • Angerame D, Sossi D, De Biasi M, Tommasin E, Castaldo A, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Trattamenti endodontici semplificati di lesioni periapicali: valutazione de risultato clinico con Digital Subtraction Radiography. G It Endo 2013;27:50-3 • Chiuch A, De Biasi M, Sossi D, Pecci R, Bedini R, Somma F, Angerame D. Nuovi e vecchi concetti in Endodonzia: il sistema Reciproc. G It Endo 2013;27:63-6 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F, Castaldo A. Periapical healing after simplified endodontic treatments: A digital subtraction radiography study. G It Endo 2013;27:74-9 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 130 • Angerame D, De Biasi M, Chiuch A, Sossi D, Pecci R, Bedini R, Somma F, Castaldo A. Quality of canal obturation assessed by microcomputed tomography: Influence of filling technique and post placement in canals shaped with Reciproc. G It Endo 2013;27:80-5 Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) • De Biasi M, Perilli A, Sossi D, Castaldo A, Angerame D. Microinfiltrazione in restauri iuxtagengivali di II classe di premolari mascellari: sistema adesivo a tre passaggi versus sistema a un passaggio. Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche “Evidenza scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013 • Sossi D, De Biasi M, Marigo L, Castagnola R, Somma F, Angerame D. Microdurezza di quattro compositi flowable dopo lucidatura con pasta all’ossido di alluminio a un passaggio: effetti dell’invecchiamento a un anno. Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche “Evidenza scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Sealing ability of two adhesive systems in Class II cavities. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 236 • Angerame D, Sossi D, De Biasi M, Cattaruzza M, Castaldo A. Surface roughness of a microhybrid composite polished with abrasive pastes. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 414 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Franzò A, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Smear layer and debris remaining after instrumentation with Mtwo and Alpha Kite rotary files: a scanning electron microscopy study. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):29 • Angerame D, Sorrentino R, De Biasi M, Zanetel G, Sossi D, Cattaruzza M, Zarone F. Fracture resistance of bonded fibre post with different shape and taper: conventional versus conservative approach. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):33 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Microdurezza in superficie e in profondità di MTA esposto ad ambiente acido. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE “Endodonzia: problemi e soluzioni”, Turin, November 7th – 9th, 2013, p. 34 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Sorrentino R, Zarone F. Adattare il canale al perno o viceversa? Resistenza a frattura di perni in fibra cementati. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE “Endodonzia: problemi e soluzioni” Turin, November 7th – 9th, 2013 p. 57-8 Capitoli/sezioni di libri/volumi Nessuno Altre pubblicazioni Nessuna Partecipazione a congressi (come relatore) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 131 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Sealing ability of two adhesive systems in Class II cavities. Oral communication at the 46th Meeting of the Continental European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013 • Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Sorrentino R, Zarone F. Adattare il canale al perno o viceversa? Resistenza a frattura di perni in fibra cementati. 33° Congresso Nazionale SIE “Endodonzia: problemi e soluzioni”, Comunicazioni premi SIE, 7-9 novembre 2013 Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Nessuna Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Selezionato per il progetto Re-seed con l’idea imprenditoriale Un nuovo cemento odontoiatrico con il Dott. Andrea Frassetto, ho seguito più di 40 ore di seminari su nozioni di base per l’avvio di start-up innovative. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive 2013 • Annual Meeting of the School of Nanotechnology, Trieste, 9-11 gennaio • Corso “Metodologia della ricerca e preparazione di un lavoro scientifico in ortodonzia: corso intensivo teorico-pratico”, Firenze, 28 e 29 gennaio • 17° Congresso Nazionale della Società Italiana di Odontoiatria Conservatrice “Lo stato dell’arte in odontoiatria restaurativa – Soluzioni protesiche e conservative”, Roma, 15 e 16 febbraio Corso “La letteratura in ambito di ricerca scientifica: come leggerla, interpretarla, • selezionarla e proporla”, Due Carrare (PD), 2 Marzo • PhD Interdisciplinary School, Udine, 7 e 8 marzo • XII Congresso Commissione Nazionale dei Corsi di Laurea in Igiene Dentale “Igienisti dentali e team-working”, Siena, 7 e 8 giugno • 2nd International Symposium of Piezosurgery “State of the Art in Daily Practice”, Firenze, 13-15 giugno • 1st FVG PHD Symposium “Nanotechnology - Biomedicine – Bioinformatics”, Grado (GO), 7-9 ottobre • Workshop on emerging materials, Trieste, 11 ottobre Attività didattica di supporto e attività didattica attiva • Tutor degli studenti dei corsi di Laurea in Odontoiatria e Protesi Dentaria e Igiene Dentale in ambito preclinico e clinico presso l’U.C.O. di Odontostomatologia dell’Ospedale Maggiore di Trieste, incarico formalizzato fino a ottobre 2013 con contratto annuale co.co.co. • Azione coadiuvante nelle lezioni del Prof. Daniele Angerame di Odontoiatria Ricostruttiva nell’ambito del C.d.L. in Igiene Dentale, di Odontoiatria Conservatrice ed Endodonzia nell’ambito del C.d.L. in Odontoiatria e Protesi Dentaria • Nel 2013 titolare di contratto di didattica integrativa nell’ambito dell’insegnamento di Odontoiatria Conservativa e Endodonzia, modulo di Sistemi di strumentazione rotante in endodonzia. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 132 CANDIDATO: FABIO DEL BEN Titolo della tesi: Metodo per il rilevamento di Cellule Tumorali Circolanti vive ed intatte, senza l’utilizzo di anticorpi Supervisore: Giacinto Scoles Attività di ricerca Le metastasi tumorali sono responsabili del 90% delle morti per cancro. Il rilevamento delle Cellule Tumorali Circolanti (CTCs) presenti nel torrente circolatorio e dirette verso potenziali siti metastatici per la valutazione del trattamento e l’influenza dell’outcome del paziente e’ ovvia. CTCs sono state identificate nel cancro della vescica, stomaco, prostata, polmone, mammella e colon. L’unico sistema approvato dall’FDA per il rilevamente di CTCs e’ il Veridex’ CellSearch, in grado di rilevare cellule tumorali di fenotipo epiteliale con l’utilizzo di specifici anticorpi. Recenti evidenze dimostrano che le cellule tumorali di nonepiteliali, non rilevate dal CellSearch, sono di importanza critica nella progressione di malignita’. Abbiamo sviluppato un metodo di rilevamento CTCs basato su caratteristiche metaboliche al posto che specificita’ anticorpale, fornendo cosi’ il potenziale per il rilevamento di cellule tumorali di fenotipo epiteliale e mesenchimale. Le cellule tumorali inducono cambiamenti nel microambiente loro circostante: in condizioni aerobiche la maggior parte dei cancri mostrano un aumentato grado di glicolisi con produzione di lattato nel citosol, noto come effetto Warburg. Questo comporta l’estrusione di protoni e l’acidificazione del mezzo extracellulare. Il microambiente circostante singole cellule e’ stato caratterizzato separando le cellule in micro-gocce del volume di pico-litri utilizzando emulsioni acqua-in-olio create con mezzi microfluidici. Le CTCs sono state rilevate misurando i cambiamenti nel microambiente utilizzando coloranti pH-sensibili o saggi enzimatici per la concentrazione di lattato. Questo metodo e’ economico e fornisce un modo per contare ed isolare le CTCs senza alcun marcatore mantenendo le cellule vive ed intatte, disponibili ad ulteriori studi. Obbiettivi per l’anno successivo Progettiamo di costruire il prototipo dello strumento diagnostico stabilendone sensitivita’, specificita’ e robustezza e di analizzare campioni di sangue da pazienti ammalati di cancro (in collaborazione con l’A.O.U. S.Maria degli Angeli di Udine, il C.R.O. di Aviano, l’I.O.M. di Padova e l’Ospedale San Filippo Neri di Roma) per stabilire il significato clinico e prognostico dei nostri dati. Publications on scientific journals (printed or in press) M. Castronovo, A. Stopar, L. Coral, S. K. Redhu, M. Vidonis, V. Kumar, F. D. Ben, M. Grassi, and A. W. Nicholson, 'Effects of Nanoscale Confinement on the Functionality of Nucleic Acids: Implications for Nanomedicine', Curr Med Chem, 20 (2013), 3539-57. Publications/abstracts in conferences/congresses (national or international) Abstract in CLINAM 2013 Abstract in International Symposium on Minimal Residual Cancer 2013 Participation to conferences (as speaker) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 133 Aviano, CRO, 29 Mar 2013, 1st AIRC retreat – “A metabolism-based approach for circulating tumor cells detection”. Educational Activity Periods abroad (date and place) 22-29 May 2013, Nijmegen, Netherlands, W.Huck lab, Microfluidics and Microdroplet production 18-31 Aug 2013, Nijmegen, Netherlands, W.Huck lab, Prototype design and further experiments Classes followed (date, course, professor, type of course) Duino, 17 Jan 2013, prof. Giacinto Scoles, Introductory class on intermolecular forces Trieste, 21 Jan 2013, prof. Giacinto Scoles, Lecture on intermolecular forces Udine, 27 Mar 2013, prof. Giacinto Scoles, Lecture on nanografting Padova, 4-6 Nov 2013, LabView Core 1 Milano, 14-15 Nov 2013, LabView Core 2 Milano, 25-27 Nov 2013, LabView FPGA Padova, 2-3 Dec, LabView Real-Time Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities Udine, 7-8 Jan 2013 – Workshop on neurodegenerative diseases Udine, 8 Jan 2013, QPQ students’ meeting Trieste, 9-11 Jan 2013 – Annual meeting of Graduate School of Nanotechnology Linz (Austria), 15-18 Feb 2013 – XV Annual Winter Workshop, Advances in Single-Molecule Research for Biology and Nanoscience (12-14 Feb 2013 – Hands on Winter school) Trieste, 8 Apr 2013, PneumoTrieste lecture on “Intravenous oxigen administration using lipid-based oxygen gas-filled microparticles” Udine, 11 Apr 2013 – QPQ Interinstitutional groups: PILLARS / CTCs Udine, 17 Apr 2013 – QPQ Interinstitutional groups: Nanosensors & Nanobio Udine, 23 Apr 2013 – QPQ Interinstitutional Groups: Nanobio (G. TELL) Udine, 3 May 2013 – Giuliana Tromba Bio Medical imaging with synchrotron radiation at Elettra Udine, 6 May 2013 – “Altered BDNF biosynthesis in patients with cognitive dysfunctions”. E.Tongiorgi Udine, 9 May 2013 – Non-covalent interactions in gas phase. Soft applications of mass spectrometry. R. Grandori Bruxelles, 14 May 2013 – European Brain Research - Successes and Next Challenges Udine, 16 May 2013 – The future of Anatomic Pathology. M. Chilosi Udine, 16 May 2013 – Hannes Johnson “Adaptive Kinetic Monte Carlo method for Long Time Simulations and Global Optimization for complex systems” Udine, 3 Jun 2013 – Bembi meeting between Nanolab and Center for Rare diseases Udine, 06 Jun 2013 – Biobanks seminar. G. Stanta Udine, 10 Jun 2013 – Ricci “Using Nature’s “tricks” to tune and edit the useful dynamic range of biomolecular receptors” Trento, 19-22 Jun 2013 – Metabolism and tumorigenesis Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 134 Basel (Switzerland), 23-26 Jun 2013 – CLINAM 2013 Udine, 3 Sep 2013 – Beatrice Castellani A novel and versatile approach for the synthesis of 2’-OEGylated nucleosides as useful building blocks for the preparation of II generation oligonucleotides, promising therapeutic agents. Trieste, 10-11 Sep 2013, Nanomedicine school Udine, 17 Sep 2013 – Diane Eichert Combination of Synchrotron Spectro- and Microscopic based techniques: impact in life science research. Paris (France), 24-27 Sep 2013 – International Symposium on Minimal Residual Cancer 2013 Grado, 7-9 Oct 2013, 1st PhD FVG Symposium Trieste, Oct 2013, Seminar for celebration of Maurizio Prato 60th years Trieste, 14-18 Oct 2013 – ICTP Nanobiomed 2013 Trainings: Udine, 20-22 Mar 2013: AFM training with Asylum technician Review articles read: Bioelectrical signaling: Levin, M. and C. G. Stevenson (2012). "Regulation of cell behavior and tissue patterning by bioelectrical signals: challenges and opportunities for biomedical engineering." Annu Rev Biomed Eng 14: 295-323. Hierlemann, a. (2011). “Growing cells atop microelectronic chips: interfacing electrogenic cells in vitro with CMOS-based microelectrode arrays.” Proc of the IEEE 99(2): 252-284. Carbon Nanotubes: Kostarelos, K. (2008). "The long and short of carbon nanotube toxicity." Nat Biotechnol 26(7): 774-776. Nunes, A., et al. (2012). "Application of carbon nanotubes in neurology: clinical perspectives and toxicological risks." Arch Toxicol 86(7): 1009-1020. Cancer metabolism: Warburg, O. (1956). "On the origin of cancer cells." Science 123(3191): 309-314. Carracedo, A., et al. (2013). "Cancer metabolism: fatty acid oxidation in the limelight." Nat Rev Cancer. Cai, H. & Peng, F. 2-NBDG Fluorescence Imaging of Hypermetabolic Circulating Tumor Cells in Mouse Xenograft model of Breast Cancer. Journal of fluorescence 23, 213-220 (2013). Hsu, P.P. & Sabatini, D.M. Cancer cell metabolism: Warburg and beyond. Cell 134, 703-707 (2008). O'Neil, R.G., Wu, L. & Mullani, N. Uptake of a fluorescent deoxyglucose analog (2-NBDG) in tumor cells. Molecular imaging and biology : MIB : the official publication of the Academy of Molecular Imaging 7, 388-392 (2005). Yamada, K., et al. Measurement of glucose uptake and intracellular calcium concentration in single, living pancreatic beta-cells. The Journal of biological chemistry 275, 22278-22283 (2000). Webb, B.A., Chimenti, M., Jacobson, M.P. & Barber, D.L. 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Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 136 LUCA OMICIUOLO Titolo della tesi: Study of the growth processes and of the physical and chemical properties of graphene-based low dimensional systems Supervisore: Prof. Alessandro Baraldi Co-supervisore: Dr. Silvano Lizzit Attività di ricerca Il progetto principale del quale mi sono occupato durante questo primo anno di Dottorato di Ricerca è stato lo sviluppo di una tecnica originale per ottenere un'interfaccia grafene-allumina di alta qualità. La possibilità, infatti, di ottenere grafene (GR) di alta qualità supportato da strati di ossido offre svariate possibili ricadute in campo tecnologico (per esempio nello sviluppo di transistor di nuova generazione basati sulle interfacce GRossido). Tuttavia, ad oggi, le tecniche utilizzate a tal scopo, ossia le crescita epitassiale di GR su metalli di transizione (in particolare Cu) e il successivo trasferimento su substrati isolanti, portano all'inevitabile produzione di difetti nello strato di GR (come vacanze, bordi di grani, domini multipli e contaminanti), che ne modificano le proprietà di trasporto elettronico. L'approccio da noi seguito è consistito nell'utilizzare, come supporto di crescita, la superficie Ni3 Al(111), che è stata successivamente ossidata a formare uno strato superficiale di ossido di alluminio. Un singolo strato di GR è stato inizialmente cresciuto sulla superficie metallica attraverso la decomposizione catalitica di etilene ad alta temperatura (950 K). Una volta cresciuto il GR, siamo riusciti ad intercalare ossigeno molecolare attraverso i difetti del reticolo ed ad ossidare selettivamente gli atomi di Al del substrato, così da ottenere uno strato disordinato di allumina all'interfaccia GR-metallo. Per riordinare lo strato di ossido, abbiamo dunque scaldato il campione ad alta temperatura (850 K), riuscendo così ad ottenere uno strato finale di allumina ben ordinato e dello spessore di circa 6 Å. Durante l'intero processo, meno del 10 % degli atomi di carbonio sono stati rimossi in seguito all'interazione con l'ossigeno ad alta temperatura, a dimostrazione di come, questa nuova metodologia, preservi la qualità del reticolo di GR. Il sistema è stato caratterizzato attraverso diverse tecniche sperimentali di spettroscopia e diffrazione (XPS, ARPES e LEED) e attraverso calcoli teorici (DFT), questi ultimi eseguiti dal gruppo del Prof. Dario Alfè del University College of London, con il quale vi è in atto una produttiva collaborazione. A partire dal mese di settembre sono stato inoltre coinvolto in altre attività di ricerca portate avanti dal nostro gruppo di ricerca. Da un lato mi sono occupato della caratterizzazione dei processi di adsorbimento e di dissociazione di coronene su Ir(111), che conducono da bassi ricoprimenti fino alla formazione, ad alta temperatura, di grafene. L'interesse verso questa molecola nasce dal fatto che, data la sua particolare struttura, si presenta come un buon candidato per la crescita di grafene su substrati passivi alla dissociazioni di idrocarburi e per i quali, di conseguenza, non si possano utilizzare le tecniche più comuni, che fanno uso di idrocarburi più semplici. Dall'altro mi sono invece concentrato sulle interfacce GR/Si/Ir e GR/Si/Ru, ottenute tramite intercalazione di Silicio al di sotto dello strato di grafene, con la prospettiva di ottenere eterostrutture composte da strati di grafene e silicene. Oltre a questo ho contribuito all'avanzamento dei lavori di costruzione di una sorgente di cluster selezionati in massa, attualmente in sviluppo presso il nostro laboratorio. In particolare sono stato coinvolto nel set-up e nel commissioning della valvola pulsata piezo-elettrica del primo stadio, nell'assemblaggio del sistema di guida a ottupolo del secondo stadio e nel design e costruzione del sistema di supporto del deflettore elettrostatico per la selezione degli ioni nel terzo stadio. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 137 Obbiettivi per l’anno successivo Le attività programmate per il prossimo anno si dividono principalmente in due categorie. Da una lato mi occuperò della crescita e caratterizzazione di grafene su altri supporti bimetallici, al fine di ottenere grafene direttamente supportato su diversi tipi di ossido o su superfici con forte anisotropia. In particolare mi concentrerò sulle leghe bimetalliche contenenti Al, Ti, Fe e Zr, dato il largo utilizzo dei rispettivi ossidi in campo tecnologico. Dall'altro mi occuperò dello studio delle proprietà chimico-fisiche di cluster di metalli nobili supportati da grafene, con particolare attenzione alla possibilità di ottenere cluster di ossidi. In quest'ambito, parte della mia attività sarà dedicata anche al completamento e alla messa in funzione della sorgente di cluster selezionati in massa attualmente in costruzione presso il nostro laboratorio. Il completamento di questa sorgente ci permetterà infatti di studiare la correlazione tra la geometria dei cluster stessi e le loro proprietà, in un ottica generale di una possibile funzionalizzazione del grafene. Oltre a questo sarò coinvolto in molte attività di ricerca portate avanti dal nostro laboratorio riguardanti sistemi a bassa dimensionalità basati su grafene. Infine, prevedo di passare un periodo all'estero di 4 mesi presso il gruppo di ricerca coordinato dal Prof. Philip Hofman presso l'Università di Aarhus in Danimarca, il cui laboratorio è specializzato in misure di struttura elettronica in banda di valenza. Pubblicazioni su riviste scientifiche L. Omiciuolo, E. Hernandez, E. Miniussi, F. Orlando, P. Lacovig, R. Larciprete, S. Lizzit, M. Bianchi, S. Ulstrup, P. Hofmann, D. Alfè and A. Baraldi, Chemical vapour deposition on bimetallic alloys: a route for the synthesis of high-quality graphene-alumina interfaces (in preparazione) Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) Le 80 ore previste di lezione sono state sostituite, in accordo con il mio supervisore, con la lettura di articoli scientifici e review (vedere certificazione allegata). Le 60 ore di laboratorio previste sono state eseguite in parte presso il Laboratorio di Scienza delle Superfici ed in parte presso la linea di luce SuperESCA ad Elettra (vedere certificazione allegata). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 138 Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Seminari ad Elettra-Sincrotrone Trieste: o Interfaces in ferroelectric-based structures – L. Pinitilie, INFIM, Bucharest (Romania) – 15 febbraio 2013 (1 h) o Non-Repetitive Magnetization Dynamics in Ultra Thin magnetic Films – C.H. Back, Department of Physics, University of Regensburg (Germany) - 6 marzo 2013 (1 h) o Dynamics of electronic structure probed with an X-ray free-electron laser – M. Dell'Angela, University of Hamburg (Germany) – 4 aprile 2013 (1 h) o The role of TiO2 defects in plasmonic/semiconductors interaction – A. Naldoni, Institue of Molecular Science and Technologies-CNR, Milano – 30 aprile 2013 (1 h) o High frequency power MOSFET's gate driver – T. Ciesla, Silesian University of Technology (Poland) – 13 maggio 2013 (1 h) o Silicene: a novel 2D material – A. Resta, Aix-Marseille Université (France) – 20 maggio 2013 (1 h) o Electronic and structural properties of graphene/metal interfaces – L. Bignardi, Zernike Insitute for Advanced Materials, University of Groningen (Netherlands) – 7 giugno 2013 (1 h) o Electronic structure investigations of strongly correlated compound systems – S. Suga, Institute of Scientific and Industrial research, Osaka University (Japan) and Max-Plank Insitute, Halle (Germany) – 18 settembre 2013 (1 h) o Complementary computational and experimental approach for the investigation of structural and electronic properties of organic molecules and graphene – F. Bisti, Department of Physical and Chemical Sciences, University of L'Aquila – 10 ottobre 2013 (1 h) Altri Seminari: o The Free Electron laser: a coherent source from the XUV to the X-rays – L. Giannessi, Elettra and ENEA – Trieste (University), 23 aprile 2013 (1 h) Scuole: o o Interdisciplinary PhD Spring School – Udine, 7/8 marzo 2013 (16 h) 3rd joint Phd Summer School on Nanotechnology – Trieste (SISSA), 4-6 settembre 2013 (15 h) + PRESENTAZIONE POSTER Congressi: o Graduate School of Nanotechnology annual meeting – Trieste (University), 9-11 gennaio 2013 (24 h) o Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica (SIF) – Trieste (SISSA), 23-27 settembre 2013 (32 h) + partecipazione attiva all'organizzazione del congresso Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 139 LAERTE LUIGI PATERA Titolo della tesi: An in-situ and in-operando study of graphene growth and properties on metal surfaces Supervisore: Dott.sa Cristina Africh Tutori (eventuali): Attività di ricerca Nel corso del primo anno ho studiato la crescita del grafene su nichel tramite la deposizione da vapori chimici (CVD). Il lavoro è stato svolto su un sistema modello, la superficie (111) di un singolo cristallo di nichel in condizioni di ultra alto vuoto (UHV) (pressioni di idrocarburo nell’ordine di 10-7 mbar), con l’obiettivo di ottenere un controllo sulla qualità cristallografica del grafene attraverso la scelta dei parametri di crescita. A questo scopo ho esaminato la correlazione tra parametri di crescita (temperatura, pressione di idrocarburo, quantità di carbonio dissolto nel campione), meccanismi di crescita e qualità del grafene prodotto (densità e strutture dei difetti e dimensione dei domini), utilizzando principalmente un microscopio a scansione ad effetto tunnel a temperatura variabile (VT-STM), che permette di seguire le dinamiche che avvengono sulla superficie del campione con risoluzione atomica anche ad alte temperature e durante l’esposizione a gas reattivi. In questo modo sono state individuate precise preparazioni che permettono di ottenere differenti morfologie di grafene su Ni(111). Ho inoltre effettuato una caratterizzazione delle proprietà elettroniche delle superfici così ottenute, attraverso tecniche spettroscopiche quali spettroscopie di fotoemissione da raggi X (XPS) e da sorgente ultravioletta (UPS) e spettroscopia di fotoemissione risolta in angolo (ARPES). Uno studio delle proprietà chimiche delle differenti morfologie di grafene cresciuto per CVD e dei difetti indotti in maniera controllata sulla superficie è attualmente in corso. Obiettivi per l’anno successivo L’obiettivo per il prossimo anno è quello di provare ad estendere le competenze acquisite su monocristalli a superfici policristalline, comunemente utilizzate per la produzione di grafene su scala industriale. Intendo inoltre approfondire la tematica dei difetti nel grafene, soprattutto per quanto riguarda la loro struttura e le proprietà chimiche. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), Patera, L. L.; Africh, C.; Weatherup, R. S.; Blume, R.; Bhardwaj, S.; Castellarin-Cudia, C.; KnopGericke, A.; Schloegl, R.; Comelli, G.; Hofmann, S.; Cepek, C. In Situ Observations of the Atomistic Mechanisms of Ni Catalyzed Low Temperature Graphene Growth. ACS Nano 2013, 7, 7901–7912. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) Patera, L. L.; Africh, C.; Bianchini F.; Peressi, M.; Comelli, G. Atomic scale identification of coexisting graphene structures on Ni(111). Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. 2013 Capitoli/sezioni di libri/volumiAltre pubblicazioniPartecipazione a congressi (come relatore) Patera, L. L.; Africh, C.; Bianchini F.; Peressi, M.; Comelli, G. Atomic scale identification of coexisting graphene structures on Ni(111). Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 140 Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea)Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive Durante il primo anno ho seguito un corso riguardante il software LabView (24 ore), parte integrante del corso di Elettronica tenuto dal Dr. Giuseppe Cautero per il corso di laurea magistrale in Ingegneria Elettronica, che permette di acquisire competenze avanzate per l’acquisizione, visualizzazione, salvataggio ed elaborazione di dati e per il controllo di strumentazione,. Ho partecipato alle seguenti conferenze: • European workshop of Epitaxial Graphene, tenuta ad Aussois (F) dal 27 al 31 gennaio 2013 • 3rd Joint PhD Summer School on Nanotechnology, presso SISSA dal 4 al 6 settembre 2013 • Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica, presso SISSA dal 23 al 27 settembre 2013 Ho partecipato a seminari, organizzati ad Elettra, al laboratorio TASC e presso l’università, riguardanti tematiche prossime al mio ambito di ricerca, tra cui: • Electronic structure investigations of strongly correlated compound systems (S. Suga) • Characterization of electronic and structural properties of graphene/copper and graphene/ nickel interfaces (L. Bignardi) • Silicene: a novel 2D material (A. Resta) • Spatially Resolved X-Ray PhotoElectron Spectroscopy Investigation@ESCAmicroscopy – Solutions Toward Near Ambient Pressure XPS Microscopy (M. Amati) • Dynamics of electronic structure probed with an X-ray free-electron laser (M. Dell’Angela) Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 141 ELENA PELLIZZONI Titolo della tesi: Interactomics in tumor cells studied with a nanotechnology approach Supervisore: Giuseppe Toffoli Tutori: Federico Berti, Flavio Rizzolio Attività di ricerca L’obbiettivo di questa tesi consiste nella sintesi e caratterizzazione di recettori specifici per i farmaci antitumorali: sunitinib, tassolo, SN38 ed irinotecano, suo pro-farmaco. Tali recettori saranno utilizzati per la progettazione e sviluppo di nano-biosensori in grado di monitorare la concentrazione del farmaco a livello plasmatico permettendo, così lo sviluppo di terapie personalizzate allo scopo di facilitare la cura del cancro. In particolare sono stati considerati due approcci differenti: la produzione di anticorpi per lo sviluppo di kit ELISA ed altri sistemi basati su tecnologie immunochimiche e la sintesi di polimeri ad impronta molecolare (MIP) come recettori artificiali. Lo sviluppo di anticorpi specifici e dei kit ELISA richiede preventivamente la modificazione dei farmaci mediante uno spaziatore avente un terminale amminico o carbossilico, necessario per la coniugazione a proteine come la BSA o la KHL che verranno impiegate per l’immunizzazione, o ad enzimi come HRP che agiranno da marcatori. A tale scopo si è deciso di utilizzare la cadaverina per amidare l’SN38 in corrispondenza del gruppo carbossilico generato dall’apertura dell’anello lattonico ed ottenere un gruppo amminico libero. HO HO N O N O H 2N OH O N H OH N O N O O O Pyridine 80°C, 70h OH HN O HN O Anche il sunitinib è stato modificato mediante amidazione con la cadaverina, tuttavia in questo caso si è deciso di sintetizzare l’intero farmaco a partire dall’etil 3-osso-butanoato ed il tert-butil-3-ossobutanoato, e di legare la boc-cadaverina nel penultimo passaggio, prima della reazione di Knoevenagel con il 5-fluoro-2ossoindolo, ottenuto dalla 5-fluoro-isatina. Il secondo approccio consiste, invece, nella sintesi dei MIP. Si tratta di nano-particelle polimeriche a base di acrilamide aventi una matrice altamente reticolata con siti di legame complementari per forma, gruppi funzionali e dimensioni alla molecola templato che nel nostro caso è il farmaco. Questi polimeri, infatti, sono stati sintetizzati sciogliendo il farmaco e dei monomeri funzionali (15%) (triptofano, tirosina, cumarina e 4-vinil-piridina), preventivamente acriloilati in corrispondenza del gruppo ammino-terminale o del gruppo ossidrilico, in DMSO. Tali monomeri si legano al farmaco mediante interazioni deboli, quali: legame idrogeno, interazioni di Van der Waals e ππ-staking. La successiva aggiunta di acrilamide (15%), del reticolante N,N’-etilenebisacrilamide (70%) e dell’iniziatore radicalico AIBN, ha Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 142 permesso la reazione di polimerizzazione mediante riscaldamento a 70°C per 4 giorni. Le nanoparticelle ottenute sono state dializzate in metanolo ed in acqua per rimuovere il templato ed infine liofilizzate O CH OH O 3 O O NaNO O O 2 O HCl O H N O O O DMF POCl3 O O H N H KOH O O O H Zn O F H N H N O HOBt EDC Et3 N NH N H CH 3CN Pyrrolidine O O H 2N N H O H NH EtOH O H N O OH O O O N H N H O N H F O N H I polimeri sono stati caratterizzati mediante spettroscopia NMR, mentre mediante il Nanosight è stata osservata la tendenza delle nanoparticelle, di dimensioni di circa 10nm, a formare aggregati di circa 200nm. La capacità di catturare le molecole di farmaco da parte dei MIP per il sunitinib, è stata verificata sciogliendo il polimero (1mg/mL) in una soluzione acquosa di sunitinib 50µM e prelevando dopo tempi diversi, 200µL del surnatante che è stato analizzato mediante HPLC per determinare la concentrazione del farmaco rimasto in soluzione. Dopo 12 ore i polimeri con triptofano, tirosina o 4-vinil-piridina hanno raggiunto la saturazione catturando circa il 40% o 50% di sunitinib, mentre quello con la cumarina l’80% delle molecole. Tali risultati sono comunque positivi, considerando che la concentrazione farmacologicamente attiva nei pazienti varia da 50nM a 100nM, valori molto più bassi di quelli utilizzati per questa prova. Obbiettivi per l’anno successivo I farmaci modificati saranno deprotetti dal Boc e coniugati alla BSA per l’immunizzazione di topi o conigli, necessaria per la produzione di anticorpi. Questi ultimi saranno purificati ed utilizzati per lo sviluppo di nuovi kit ELISA. Si valuterà la specificità e la selettività dei polimeri sintetizzati per il tassolo, il sunitinib e l’SN38. Attività formativa Ore di lezione seguite • Introduzione alla sintesi organica (Prof. Federico Berti, 32 ore, Marzo-Aprile 2013) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 143 • Chimica delle sostanze organiche naturali (Prof. Cristina Forzato e Patrizia Nitti, 48 ore, MarzoAprile 2013) • Metals in medicine (Prof Enzo Alessio, 10 ore, Giugno 2013) • Molecular self-assembling and nanostructures (Loredana Casalis, Alberto Morgante, Lucia Pasquato, 18 ore, 12-23 Settembre 2013) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • Interdisciplinary Phd Spring School (Udine, 7-8 Marzo 2013) • DNA as supramolecular scaffold for porphyrin and metal complex assemblies. (Prof. Eugen Stultz, 5 Aprile 2013) • Combattere i tumori con la ricerca e i programmi di screening- le nuove frontiere dell’innovazione con le nanotecnologie (Trieste, 23 Maggio 2013) • First FVG Phd Symposium (Grado, 7 -9 Ottobre 2013) • Theoretical coffee: caffeine, sugar and molecular recognition. (Prof. John Brady, Trieste 11 Ottobre 2013) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 144 CANDIDATO: DAVIDE PORRELLI Titolo della tesi: “Biomateriali nanocomposite basati su polisaccaridi e nanostrutture del carbonio per applicazioni biomediche” Supervisore: Prof. Sergio Paoletti Tutori : Dr. Massimiliano Borgogna, Dr. Ivan Donati Attività di ricerca Lo scopo del progetto di ricerca è di progettare biomateriali innovative basati sull’utilizzo di biopolimeri (alginato acido ialuronico, chitosano e suoi derivati) e nanostrutture del carbonio (CNS) per applicazioni biomediche nei campi dell’ingegneria tissutale dell’osso e neuronale. Ingegneria tissutale dell’osso. Sono stati preparati e caratterizzati, biomteriali nanocompositi basati su alginato e nanotubi di carbonio “multi-walled” funzionalizzati (f-CNT). Sono stati ottenuti idrogeli e strutture porose con una morfologia e una struttura omogenee, e con una buona dispersione dei f-CNT nella matrice polimerica. Studi di compressione meccanica e misure reologiche condotte sugli idrogeli e sulle soluzioni di f-CNT in alginato, mostrano l’influenza dei f-CNT sul comportamento meccanico. Lo studio del tempo di rilassamento dell’acqua è stato impiegato come tecnica innovativa per studiare le interazioni tra i f-CNT e la matrice polimerica. Poiché i saggi di citotossicità impiegati routinariamente sono influenzati dalla presenza di CNT, è stato affrontato l'utilizzo di tecniche che non influenzate da parte dei CNT. È stato quindi usato un protocollo modificato del saggio LDH, proposto da Ali-Boucetta (Small 2011), che si conferma essere un metodo affidabile per valutare la vitalità cellulare in presenza dei f-CNT. Complessivamente, tutti i f-CNT testati non mostrano tossicità cellulare a breve termine. Ingegneria tissutale neuronale. Per valutare gli effetti biologici colture organotipiche di midollo spinale, di un derivato lattosilato del chitosano (chitlac), sono stati preparati dei vetrini rivestiti da uno strato di questo polimero. A causa della bassa bagnabilità della superficie vetrosa, è stato necessario un trattamento con la soluzione piranha per ottenere uno strato polimerico uniforme. Le misure di angolo di contato confermano la presenza del rivestimento polimerico. L’imaging con microscopia confocale a scansione laser mostra la formazione di uno strato polimerico idratato uniforme con uno spessore medio di 8µm in condizione umida. L’imaging con microscopia a forza atomica rivela che lo spessore dello strato secco è 122 ± 17 nm. Esperimenti preliminari di elettrofisiologia condotti su colture organotipiche mostrano che questi substrati sono biocompatibili e non tossici. Inoltre è stata registrata un’attività elettrica neuronale sincronizzata su due fettine organotipiche seminate sullo stesso vetrino. Ulteriori esperimenti sono necessari per validare statisticamente questa evidenza sperimentale. Obbiettivi per l’anno successivo Ingegneria tissutale dell’osso: • Studio della deposizione di idrossiapatite e di matrice extracellulare negli da parte di cellule osteoblasti-simili negli scaffold contenenti CNS scaffold • Studio della differenziazione e del fenotipo degli osteoblasti seminati negli scaffold Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 145 • Studio delle interazioni tra l’alginato e i CNT grazie alla spettroscopia Raman alla spettroscopia 1HNMR 23Na-NMR Ingegneria tissutale neuronale: • Ulteriore caratterizzazione del rivestimento di chitlac con microscpia a forza atomica e microscopia elettronica a scansione, per meglio valutare lo spessore e la stabilità dello strato polimerico • Analisi degli effetti biologici del chitlac su colture organotipiche di midollo spinale • Implementazione del rivestimento di chitlac con acido ialuronico, al fine di ottenere un substrato multistrato • Implementazione del rivestimento polimerico con nanotubi di carbonio funzionalizzati • Preparazione di scaffold nanocompositi contenti una matrice polimerica e f-CNT. Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) • A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.; EuroNanoforum, 18-20 Giugno 2013, Dublino • “Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M., Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; NanoMedicine School, 10-11 Settembre 2013, Trieste (Italia) • “Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M., Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; 1st PhD Symposium, 7-9 Ottobre 2013, Grado (Italia) Partecipazione a congressi (come relatore) • 19-20 Settembre 2013: III DSV Day (Trieste), “Biomateriali nanocompositi basati su polisaccaridi e nanostrutture del carbonio per applicazioni biomediche” Attività formativa Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) • Marzo-Giugno 2013: “Introduzione alla spettroscopia organica”, Prof. Fulvia Felluga, laurea triennale in Chimica (32h) • Ottobre-Dicembre 2013, “Struttura e proprietà dei sistemi complessi”, Prof. Romano Lapasin, laurea magistrale in Ingegneria Chimica / dei Materiali. (50h lezioni frontali + 16h attività di laboratorio) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • 9-11 Gennaio 2013, Meeting annuale PhD School in Nanotechnology. (15h) • 7-8 Marzo 2013, “Interdisciplinary Spring School” Udine (20h) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 146 • 11-12 Aprile 2013, “Chimica e luce di sincrotrone” (6h) • 23 Maggio 2013, “Combattere i tumori con la ricerca e i programmi di screening. Le nuove frontiere dell’innovazione con le nanotecnologie” (4h) • 9 Settembre 2013, “The BROAD Way of Drug Discovery” (2h) • 10-11 Settembre 2013, NanoMedicine School” (16h) • 10-20 Settembre 2013, III DSV Day (12h) • 7-9 Ottobre 2013, “1st PhD Symposium” (16h) • 11 Ottobre 2013, “Workshop on Emerging Materials (8h) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 147 ISMAEL ROMERO OCAÑA Title of the thesis: “Solar Fuels” Supervisor: Porf. Paolo Fornasiero Tutors (if any): Dr. Tiziano Montini ; Dr. Juan José Delgado Research Activity My research plan has the aim of solving real problem existing in the implementation of Photocatalysis for sustainable energy production. The main goal of this research project is to design new plasmonic TiO2-based photocatalysts for harvesting visible light, which covers 43% of the sunlight. In this sense, it is well-known that noble metal nanoparticles (Au, Ag, Pt, etc.) can strongly absorb visible light due to their unique Surface Plasmon Resonance (SPR) properties. Until now, my research activity is divided in different parts as detailed below. I have learned synthesis methods for TiO2 nanostructures. More specifically Hydrothermal Method & Solvothermal method, which it is a method that is widely used for the production of small particles. Many groups have used the hydrothermal method to prepare TiO2 nanoparticles due to is an inexpensive technique, easy to use and quickly and atalytic evaluation of the samples. specifically, EtOH photoreforming. In this way ,subnanometric characterization of selected photocatalysts by mean of Advanced Electron Microscopy Techniques. I have learned to use different electron microscope Techniques: Use of a JEOL-1200, JEOL-2100 and JEOL-2010 with different characterization techniques as HREM, STEM-HAADF, XEDS, EELS. Different TEM sample preparation methods . One example of my advances of my research is the synthesis, characterization and catalytic evaluation of a TiO2 structures doped with Pt. It is interesting to see that if we play with the principal parameters involved in the synthesis of the titanium structures(by hydrothermal methods), we are able to obtain different catalytic activity in the H2 production of a bio-alcohol by photoreforming. The discovery and development of less expensive methods of production of hydrogen is relevant to the establishment of H2 economy Objectives for the following year My futures plan includes the follows points in order to progress with my research project. - Synthesis of morphologically controlled TiO2 nanoparticles, paying attention to the faceting engineering. I will take advance of my knowledge in the synthesis of nanostructured catalysts by hydrothermal & solvothermal methods to successfully achieve this task. Synthesis of morphologically controlled Ag, Au and Ag-Au nanoparticles with enhanced SPR (Surface Plasmon Resonance). -Catalytic evaluation of the samples for the three main reaction described in the literature (water splitting, bio-alcohols photoreforming and CO2 photoreduction). - To make progress in the knowledge of the Electron Microscope Technique at the University of Cadiz. This part is of special interest for the sub-nanometric characterization of the nanostructures - Learning of new materials characterization techniques such as optical absorption, electron paramagnetic resonance, Raman, etc. Continuously training by means assisted to seminars, summers schools, conferences and continuous literature review of the last papers. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 148 Educational Activity Periods abroad (date and place) During my first year I have made a long-term stay abroad, from July /2013 to December/2013 (six months) at the University of Cadiz (Spain). During my stay abroad under the supervision of Prof. J.J. Delgado Classes followed (date, course, professor, type of course) -During the 8-12 of July I had the opportunity to attend a training European Summer School, 13th TEM-UCA, which involved both technical and theoretical training on Transmission Electron Microscopy of Nanomaterials In the framework of different seminars I have attended to: Safety training in fumes cupboards by Waldner ®: In this interesting seminar I have learned: -Know the design, functions and limitations of a fume cupboard -Know how and why they use the fume -Know if a display is working properly and what to do if it is not Flow Controllers by Bronkhorst® - Handle of the flow controllers which are present in the majority of equipment in a usual chemical laboratory. Seminar of X-Ray and Power Cell at UCA. This seminar was given by Prof. José Antonio Perez Omil ( University of Cadiz) - Fundamentals of X-ray technique. - Application of the X-Ray technique for identifying nanomaterials. - Using od the Power Cell software for data processing. Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities “In-situ electron microscopy” Thomas W. Hansen Technical University of Denmark “HREELS and Applications on Nanomaterials” Alex Gloter CNRS-Université Paris Sud, France “Electron Crystallography and Precession” Paul A. Midgley University of Cambridge, UK “Aberration Corrected Electron Microscopy” Florent Houdellier CEMES-CNRS, Toulouse, France “Advanced Electron Microscopy of Functional Materials” José González Calbet Universidad Complutense de Madrid “Image Simulation and Modelling of Nanoparticles” José A. Perez-Omil Universidad de Cádiz Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 149 CANDIDATO NOME COGNOME : PASQUALE SACCO Titolo della tesi: “Nuovi biomateriali per terapie innovative nel trattamento delle ferite difficili” Supervisore: Prof. Sergio Paoletti Tutori (eventuali): Dr.ssa Eleonora Marsich, Dr. Massimiliano Borgogna Attività di ricerca L’obiettivo principale dell’attività di ricerca portata avanti durante il primo anno è stato lo sviluppo di biomateriali nanoingegnerizzati da impiegare nel trattamento delle ferite difficili e la valutazione delle loro proprietà chimico-fisiche e biologiche. Si è investigato sull’uso di due polisaccaridi e dei loro derivati nei confronti delle ferite difficili da rimarginare. Il primo polimero è un derivato dell’acido ialuronico (HABut) studiato in collaborazione con SIGEA S.r.l. Sono state testate le proprietà infiammatorie di HA e del suo derivato ingegnerizzato (HABut) valutando il rilascio di citochine pro/antinfiammatorie da parte di monociti U937. È stato studiato il comportamento (spreading e attivazione del burst respiratorio) di neutrofili a differenti concentrazioni e gradi di sostituzione del polimero. È stata inoltre valutata l’influenza dei polimeri sopra citati nei confronti della proliferazione di cellule primarie adulte Human Epidermal Keratinocytes (HEKa) attraverso il saggio alamarBlue. Il secondo polimero preso in considerazione è stato il chitosano, un polisaccaride già utilizzato in dispositivi biomedici per la sua abilità a formare matrici 3D e per le sue proprietà antibatteriche. Inoltre, come descritto precedentemente dal gruppo di ricerca ospitante, un derivato del chitosano (chitlac) può essere utilizzato per la preparazione e stabilizzazione di sistemi a base di nanoparticelle di argento. Durante questo primo anno di ricerca è stato sviluppato un metodo per la produzione di matrici 3D a base di chitosano nativo e tripolifosfato (TPP). La matrice è stata ottenuta attraverso la tecnica di dialisi. Brevemente, una soluzione viscosa di chitosano è stata dializzata contro una soluzione di TPP sotto agitazione controllata. Dopo 24h, la soluzione viscosa si trasforma in un gel per mezzo di una gelificazione ionica. In seguito, dal gel è stata ottenuta una membrana attraverso un processo di congelamento e liofilizzazione sequenziale. Utilizzando questo procedimento sono state preparate molte membrane a differente concentrazione di polimero e TPP. È stata inoltre studiata l’influenza del sale di supporto sodio cloruro sulla cinetica di gelificazione. La morfologia e la struttura delle membrane è stata valutata attraverso microscopia SEM. L’interazione tra il chitosano ed il TPP è stata studiata tramite la tecnica FTIR. Sono state effettuate prove di compressione uniassiale e reologia per valutare le proprietà meccaniche dei gel. 31 P NMR è stata utilizzata per stimare la quantità di TPP che si è legata al chitosano durante la dialisi. Uno studio in vitro su fibroblasti murini (NIH/3T3) è stato proposto per valutare la citotossicità dei biomateriali. Nel dettaglio, si è investigato sulla proliferazione delle cellule (saggio Cell Counting Kit-8) e sulla citotossicità del biomateriale (saggio LDH). Preliminarmente, è stata valutata la formazione di nanoparticelle di argento partendo da una soluzione di chitosano, ioni di argento ed un agente riducente. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 150 Obiettivi per l’anno successivo 1. Ottimizzazione della tecnica per la preparazione delle matrici a base di chitosano. 2. Impostazione di un metodo per il caricamento di nanoparticelle di argento all’interno delle matrici di chitosano. In particolare, verrà valutata la formazione diretta di una sospensione colloidale di nanoparticelle in soluzioni di chitosano e/o in suoi derivati (per esempio chitlac) in modo da preparare matrici contenenti una omogenea dispersione delle nanoparticelle all’interno delle matrici. Verranno studiate le loro proprietà antibatteriche e la loro citocompatibilità. 3. Preparazione di sistemi a base di chitosano in combinazione con altri polimeri bioattivi, in particolare acido ialuronico a HABut. 4. Sviluppo e studio di un innovativo derivato di HA (per esempio HA legato all’acido lipoico definito lipohyal) dotato di proprietà antibatteriche in seguito al coordinamento di ioni di argento. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), “Effects of liposomes and liposome-encapsulated silybin on Hepatitis C virus infection: an in vitro study”; M. Ripoli, R. Angelico, P. Sacco, A. Mangia. Articolo sottomesso a Journal of Virology Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) 1- “Chemical coupling of butyric acid an hyaluronan: an innovative epigenetic agent”; M. Bosco, A. Sechi, R. Gianni, M. Fabbian, F. Picotti, L. Stucchi, E. Marsich, P. Sacco and S. Paoletti; 3rd EPNOE International Polysaccharides Conference, 21-24 Ottobre 2013, Nizza (Francia) 2- “Novel biomaterials in Tissue Engineering”; P. Sacco, E. Marsich, I. Donati, M. Borgogna, A. Travan and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 Ottobre 2013, Grado (GO), Italia 3- “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.; EuroNanoforum 2013, 18-20 Giugno, Dublino, Irlanda 4- “Chemical coupling of butyric acid an hyaluronan: an innovative epigenetic agent”; M. Bosco, A. Sechi, R. Gianni, M. Fabbian, L. Stucchi, E. Marsich, P. Sacco and S. Paoletti; HA 2013 Conference, 2-7 Giugno 2013, Oklahoma City (Oklahoma), USA Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) “DVS Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 151 Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) 1- Ottobre-Dicembre 2013, “Struttura e proprietà dei sistemi complessi”, Prof. Romano Lapasin, Corso di laurea magistrale in ingegneria dei materiali/chimica, (50h lezioni frontali + 16h laboratorio) 2- Marzo-Maggio 2013, “Biomateriali ed ingegneria tissutale”, Dr. Gianluca Turco & Dr. Andrea Travan, Corso di laurea magistrale in biotecnologie mediche, (32h lezioni frontali + 24h laboratorio) Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive 1- “FVG PhD Symposium”, Grado (GO), 7-9 Ottobre 2013 2- “DSV Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013 3- “NanoMedicine School”, Trieste (TS), 10-11 Settembre 2013 4- "The BROAD Way of Drug Discovery", Trieste (TS), 9 Settembre 2013 5- “NanoGagliato Conference”, Gagliato (CZ), 25–30 Luglio 2013 6- “I programmi di screening: le nuove frontiere dell’innovazione con le nanotecnologie”, Trieste (TS), 23 Maggio 2013 7- “Biomolecules, biopolymers & biohydrogels”, Milano (MI), 21 Maggio 2013 8- “Interdisciplinary PhD Spring School”, Udine (UD), 7-8 Marzo 2013 9- “Annual meeting of the School of Nanotechnology”, Trieste (TS), 9-11 Gennaio 2013 Attività didattica di supporto e attività didattica attiva Attività didattica attiva in “Piccola accademia di Gagliato delle Nanoscienze”, Gagliato (CZ), 25–30 Luglio 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 152 CANDIDATO NOME COGNOME : FRANCESCA SCOGNAMIGLIO Titolo della tesi: “Biomateriali adesivi nano-ingegnerizzati per applicazioni biomediche” Supervisore: Prof. Sergio PAOLETTI Tutori (eventuali): Dr. Andrea TRAVAN, Dr. Ivan DONATI Attività di ricerca L’attività di ricerca relativa al mio progetto di dottorato rientra all’interno del progetto europeo “AnastomoSEAL”, il quale mira allo sviluppo di un materiale biopolimerico, prodotto sottoforma di membrana adesiva (patch), per la prevenzione della deiscenza anastomotica, successivamente alle operazioni di resezione chirurgica nel cancro colo-rettale. Le principali attività di ricerca svolte durante il primo anno di dottorato sono state incentrate sulla caratterizzazione meccanica, chimica e biologica del biomateriale. Impiegando un processo di liofilizzazione sono state prodotte patch con diverse formulazioni; l’analisi delle proprietà meccaniche delle patch ottenute è stata effettuata mediante test a trazione uniassiale, ispirati alla normativa ASTM. Per la sterilizzazione della patch sono state impiegate differenti tecniche di sterilizzazione terminale (CO2 supercritica, raggi gamma, H2O2 gas plasma) e l’analisi delle proprietà meccaniche effettuate sulle patch sterilizzate ha permesso di evidenziare l’impatto di ogni metodo sulla stabilità del biomateriale. Gli studi di degradazione della patch hanno evidenziato che il processo di dissoluzione si verifica entro 13 giorni, in HBSS (Hank’s Balanced Salt Solution) e che la composizione del biomateriale ne influenza la stabilità. Per valutare l’effetto biologico della patch, sono stati effettuati dei test in vitro su colture cellulari di fibroblasti (test di citotossicità e saggi del wound healing). Questi test dimostrano che la patch non induce risposte citotossiche e che stimola il processo di chiusura della ferita. Nella seconda parte dell’attività di ricerca, è stata valutata le capacità della patch di aderire al tessuto intestinale. Gli studi di adesività sono stati effettuati su espianti ex vivo, prendendo come riferimento la normativa ASTM. Le proprietà adesive della patch possono essere incrementate attraverso il trattamento con perossido di idrogeno. Il perossido di idrogeno induce la formazione di gruppi reattivi (gruppi aldeidici) sullo strato esterno della patch; tali gruppi possono stabilire legami covalenti con altri gruppi chimici esposti sulla superficie del tessuto, inducendo un aumento dell’adesività. Obiettivi per l’anno successivo Gli obiettivi per l’anno successivo sono i seguenti: - Ottimizzazione dei parametri impiegati per la sterilizzazione del materiale e analisi dell’effetto delle procedure di sterilizzazione (es. CO2 supercritica) sulla patch; - Messa appunto dei test in vitro per valutare le proprietà meccaniche e chimico-fisiche della patch, al fine di predire il comportamento della patch in vivo; - Selezione del sistema adesivo da impiegare per i test in vivo; Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 153 - Test in vivo su modelli animali, impiegando la patch e il sistema adesivo selezionato; - Analisi istologiche ed immunoistochimiche su campioni tissutali, al fine di valutare la risposta biologica e la presenza di reazioni avverse indotte dall’impiego della patch e del sistema adesivo selezionato. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), “Adhesive and Sealant Interfaces for General Surgery Applications: a state-of-the art Review and Future Challanges”; Scognamiglio F., Travan A., Rustighi I., Tarchi P., Palmisano S., Donati I., Borgogna M., Marsich E., Paoletti S. (in preparazione) “Novel adhesive systems for biomedical applications” Scognamiglio F., Travan A., Rustighi I., Donati I., Borgogna M., Marsich E., Paoletti S. (in preparazione) Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) 1- “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”. Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N., Paoletti S.; Euronanoforum, 18/06 – 20/06/13, Dublino (Irlanda). 2- “Novel adhesive strategies for biomedical applications”; Scognamiglio F, Travan A., Donati I., Campagnol D., Borgogna M., Marsich E. and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 October 2013, Grado (GO), Italia. Capitoli/sezioni di libri/volumi Altre pubblicazioni Partecipazione a congressi (come relatore) “DVS Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013 Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) - Ottobre 2013 - Gennaio 2014 “Biomateriali ed ingegneria tissutale” (48h di lezione), Dr. Gianluca Turco e Dr. Andrea, Corso di Laurea Magistrale in Genomica Funzionale. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 154 Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive 1 - “Consortium Meeting for the EU project Anastomoseal” Maastricht (NE) 3-5 Novembre 2013 2- “FVG PhD Symposium”, Grado (GO), 7-9 Ottobre 2013 3- “DSV Day”, Trieste (TS), 19-20 Settembre 2013 4- “NanoMedicine School”, Trieste (TS), 10-11 Settembre 2013 5- “Biomolecules, biopolymers & biohydrogels”, Milano (MI), 21 Maggio 2013 6- “Interdisciplinary PhD Spring School”, Udine (UD), 7-8 Marzo 2013 7- “Annual meeting of the School of Nanotechnology”, Trieste (TS), 9-11 Gennaio 2013 8- “Consortium Meeting for the EU project Anastomoseal” Maastricht (NL) 3-5 Novembre 2013 Attività didattica di supporto e attività didattica attiva - Tutor in attività didattiche rivolte a studenti di scuole medie inferiori e superiori; Life Learning Center (LLC) – UNITS – Settembre 2012 – Novembre 2013; - Correlatrice di tesi magistrale; titolo della tesi “Membrane bioattive a base polisaccaridica: caratterizzazione chimico-fisica e biologica”, Davide Campagnol, studente del Corso di Laurea Magistrale in Biotecnologie Mediche (curriculum Nanobiotecnologie), AA 2012/2013. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 155 CANDIDATO CRISTIAN SVETINA Titolo della tesi: Photon beam studies and characterization for EUV/Soft X-ray coherent imaging of nanostructures using coherent FEL radiation Supervisore: Dr. Marco Zangrando Tutori (eventuali): Attività di ricerca FERMI è l'unico laser ad elettroni liberi (Free Electron Laser, FEL) che può generare in modo continuo radiazione nell'intervallo 4-100 nm di lunghezza d'onda. La luce emessa è totalmente coerente, vicina al limite di Fourier e con polarizzazione variabile (lineare, circolare, ellittica). Date le sue uniche proprietà, FERMI è il candidato ideale per effettuare esperimenti di diffrazione di nano strutture, dicroismo dei materiali, assorbimento ed emissione di atomi, molecole e cluster in fase gassosa e di transizioni di fase. Delle tre linee di luce (beamlines) attualmente installate due utilizzano un sistema di focalizzazione composto da due specchi attivi piano-ellittici nella configurazione Kirkpatrick-Baez (KB), la cui forma viene controllata per mezzo di attuatori meccanici. L'ottimizzazione del sistema KB e la diagnostica del fascio di luce focalizzato è fondamentale per fornire agli utenti uno strumento (FEL) in grado di soddisfare le richieste sperimentali. Durante il primo anno ho eseguito la metrologia dei KB in termini di misura della rugosità (AFM, ed interferometro) e forma degli specchi (LTP). Ho inoltre determinato la matrice di risposta all'azione degli attuatori calcolando le funzioni caratteristiche del sistema ottico. Successivamente ho simulato le prestazioni degli specchi utilizzando il ray-tracing e l'ottica fisica prevedendo gli spot attesi nelle camere sperimentali per le varie lunghezze d'onda emesse dal FEL e le fluenze attese. Dopo l'installazione degli specchi il fascio di luce è stato trasportato nelle camere sperimentali dove si è svolta l'attività di ottimizzazione della forma dei KB. E' stata portata a termine una campagna preliminare di misure in cui si sono utilizzate varie tecniche per ridurre la dimensione dello spot e le aberrazioni. Tra queste si sono rivelate utili soprattutto l'osservazione diretta della luce per mezzo di schermi (fosforo o YAG), l'ablazione del silicio e del PMMA e la misura diretta del fronte d'onda extra-fuoco per mezzo di un sensore Hartmann (wavefront sensor). Al momento la dimensione dello spot focalizzato è attorno a 10 µm larghezza a metà altezza (FWHM) mentre il limite di diffrazione del sistema ottico è di 5 µm FWHM. Obbiettivi per l’anno successivo Nel secondo anno cercheremo di ottimizzare i KB, in termini di supporto meccanico, attuatori e forma degli specchi, in modo da avvicinarci ulteriormente al limite di diffrazione. Prevediamo inoltre di continuare ad utilizzare le tecniche di diagnostica del fascio focalizzato estendendole alla metrologia in-situ degli specchi avvalendoci della luce emessa dal FEL. Pubblicazioni su riviste scientifiche (pubblicate oppure in stampa), [1] L. Raimondi, C. Svetina, N. Mahne, D. Cocco, A. Abrami, M. De Marco, C. Fava, S. Gerusina, R. Gobessi, F. Capotondi, E. Pedersoli, M. Kiskinova, P. Zeitoun, G. Dovillaire, G. Lambert, W.Boutu, H. Merdji, A. I. Gonzalez, D.Gauthier, M. Zangrando Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 156 “Microfocusing of the FERMI@Elettra FEL beam with a K-B active optics system: spot size predictions by application of the WISE code” Nucl. Instrum. and Meth A, 710,131-138 (2013) [2] F. Capotondi, E. Pedersoli, N. Mahne, R. H. Menk, G. Passos, L. Raimondi, C. Svetina, G. Sandrin, M. Zangrando, M. Kiskinova, S. Bajt, M. Barthelmess, H. Fleckenstein, H. N. Chapman, J. Schulz, J. Bach, R. Frömter, S. Schleitzer, L. Müller, C. Gutt, and G. Grübel, “Coherent imaging using seeded free-electron laser pulses with variable polarization: First results and research opportunities” Rev. Sci. Instrum. 84 (5), 051301 (2013) - Invited Article [3] F. Bencivenga, L. Raimondi, C. Svetina and C. Masciovecchio “Four wave mixing using coherent FEL radiation”, SPIE Optics+Optoelectronics, Prague – Proceedings SPIE 8778 (2013) [4] B. Mahieu, E. Allaria, D. Castronovo, M.B. Danailov, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, W.M. Fawley, E. Ferrari, L. Froehlich, D. Gauthier, L. Giannessi, N. Mahne, G. Penco, L. Raimondi, S. Spampinati, C. Spezzani, C. Svetina, M. Trovò and M. Zabgrando “Two-colour generation in a chirped seeded free-electron laser: A close look” Optics Express, V 21, Issue 19 (2013) [5] D. Spiga, L. Raimondi, C. Svetina, M. Zangrando “X-ray beam-shaping via deformable mirrors: analytical computation of the required mirror profile” Nucl. Instrum. and Meth A 710, 125-130 (2013). [6] C. Svetina, N. Mahne, L. Raimondi, L. Rumiz, M. Zangrando, E. Allaria, F. Bencivenga, C. Callegari, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Cinquegrana; P. Craievich, I. Cudin M.DalForno, M. B. Danailov, G. D'Auria, R. De Monte, G. De Ninno, A. Demidovich, S. Di Mitri, B. Diviacco, A. Fabris, R. Fabris, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich, P. Furlan Radivo, G. Gaio, L. Giannessi, M. Kiskinova, M. Lonza, B. Mahieu, C. Masciovecchio, I. P. Nikolov, F. Parmigiani, E. Pedersoli, G. Penco, M. Predonzani, E. Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando “Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR FEL facility” SPIE Optics+Photonics – Proceedings SPIE 8849 (2013) – Invited article [7] E. Allaria, D. Castronovo, P. Cinquegrana, P. Craievich, M. Dal Forno, M.B. Danailov, G. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 157 D’Auria, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, B. Diviacco, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich, G. Gaio, D. Gauthier, L. Giannessi, R. Ivanov, B. Mahieu, N. Mahne, I. Nikolov, F. Parmigiani, G. Penco, L. Raimondi, C. Scafuri, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, C. Svetina, M. Trovò, M. Veronese, D. Zangrando and M. Zangrando “Two-stage seeded soft-X-ray free-electron laser” Nature Photonics 7, 913-918 (2013) [8] E. Allaria, F. Bencivenga, R. Borges, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Charalambous, P. Cinquegrana, M.B. Danailov, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, B. Diviacco, D. Fausti, W. M. Fawley, E. Ferrari, L. Froehlich, D. Gauthier, L. Gessini, L. Giannessi, R. Ivanov, M. Kiskinova, G. Kurdi, B. Mahieu, N. Mahne, I. Nikolov, C. Masciovecchio, E. Pedersoli, G. Penco, L. Raimondi, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, C. Svetina, M. Trovò and M. Zangrando “Two-colour pump–probe experiments with a twin-pulse-seed extreme ultraviolet freeelectron laser” Nature Communications 4, 2476 (2013) [9] F. Bencivenga, S. Baroni, C. Carbone, M. Chergui, M.B. Danailov, G. De Ninno, M. Kiskinova, L. Raimondi, C. Svetina, C. Masciovecchio “Nanoscale dynamics by short-wavelength four wave mixing experiments” New Journal of Physics, 464235 (2013) [10] L. Raimondi, C. Svetina, N. Mahne, D. Cocco, F. Capotondi, E. Pedersoli, M. Kiskinova, B. Keitel, G. Brenner, Elke C. Plönjes-Palm, T. Mey, K. Mann and M. Zangrando “KB bendable system optimization at FERMI@Elettra FEL: impact of different spatial wavelengths on spot size” SPIE Optics+Photonics, Proceedings SPIE 8848 (2013) Pubblicazioni/abstracts in conferenze/congressi (nazionali o internazionali) [1] C. Svetina, N. Mahne, L. Raimondi, L. Rumiz, M. Zangrando, E. Allaria, F. Bencivenga, C. Callegari, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Cinquegrana; P. Craievich, I. Cudin M.DalForno, M. B. Danailov, G. D'Auria, R. De Monte, G. De Ninno, A. Demidovich, S. Di Mitri, B. Diviacco, A. Fabris, R. Fabris, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich, P. Furlan Radivo, G. Gaio, L. Giannessi, M. Kiskinova, M. Lonza, B. Mahieu, C. Masciovecchio, I. P. Nikolov, F. Parmigiani, E. Pedersoli, G. Penco, M. Predonzani, E. Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 158 “Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR FEL facility” SPIE Optics+Photonics, Proceedings SPIE 8849 (2013) – INVITED PAPER Capitoli/sezioni di libri/volumi no Altre pubblicazioni no Partecipazione a congressi (come relatore) SPIE: the International society for optics and photonics, Optics+Photonics, San Deigo (2013) – “Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR FEL facility” - INVITED TALK Attività formativa Periodi di permanenza all’estero (data e Sede) 31 luglio- 23 agosto 2013, Lawrence Berkeley National Laboratory LBNL, Berkeley California USA Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) – Seminari ad Elettra e LBNL – Studio libro “Gratings, mirrors and slits”, W. B. Peatman – Studio libro “Aberration theory”, V. N. Mahajan – Studio di svariati articoli referati – >100 ore di laboratorio metrologia – >200 ore sulle beamlines – Referaggio per la rivista Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive – Physics with new advanced coherent radiation sources 7-10.10.2013, Hamburg, Germany (Fall School) Poster: “The photon analysis delivery and reduction system at FERMI@Elettra” – SPIE Optics and Photonics, 25-29.08.2013, San Diego, California – MEADOW workshop, 28-30.10.2013, Trieste, Italy – Frequentata la School of Nanotechnology, gennaio 2013 Attività didattica di supporto e attività didattica attiva – Effettuate varie visite guidate alla facility FERMI Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 159 VELARI SIMONE Titolo della tesi: “Modellizzazione delle proprietà a livello atomico di semplici biomolecole all’interfaccia con superfici: dal ruolo del solvente a piccoli peptidi con struttura secondaria.” Supervisore: prof. Alessandro De Vita Tutori (eventuali): / Attività di ricerca La deposizione di biomolecole su superfici viene comunemente portata a termine con una serie di tecniche che comprendono una soluzione della sostanza desiderata. La prima parte del mio progetto di Dottorato parte dalla considerazione che, in queste condizioni, le interazioni del solvente stesso con la superficie devono essere comprese ed approfondite. Recenti studi al microscopio elettronico a scansione ad effetto tunnel (STM), condotti nei laboratori del IOM-CNR TASC, hanno infatti evidenziato come, ad esempio, il dimetilsolfossido (DMSO) formi una serie di strutture complesse e ben definite se adsorbito su Au (111). In particolare, a basse temperature di deposizione è stato evidenziato un monostrato auto-assemblato, mentre a temperature più alte sono stati identificati diversi complessi formati da almeno tre molecole ciascuno. Osservando le immagini STM, le molecole di DMSO sembrano interagire curiosamente attraverso i loro atomi di ossigeno. Ciò però è chiaramente non plausibile. Per spiegare questa apparente incongruenza e per trovare dei modelli di adsorbimento corretti per il DMSO su Au (111) sono stati effettuati dei calcoli da principi primi basati sulla Teoria del Funzionale di Densità (DFT). Innanzitutto sono stati ottimizzati dei modelli per le principali strutture identificate e, per spiegarne la stabilità, è stata proposta la presenza di uno o più adatomi di oro, invisibili all’STM grazie ad un comportamento cationico. Questi adatomi coordinano tre o quattro molecole di DMSO interagendo con gli atomi di ossigeno, mentre di solito gli atomi di zolfo si legano alla superficie. Per ogni modello sono state simulate delle immagini STM che risultano in completo accordo con quelle sperimentali, confermando come l’adatomo, benché presente, non sia visibile nelle immagini. Successivamente l’esistenza dell’adatomo di oro è stata inequivocabilmente dimostrata confrontando la stabilità energetica delle strutture con o senza l’adatomo stesso. Infine il particolare comportamento cationico dell’adatomo è stato confermato grazie al calcolo del trasferimento di carica del sistema, che mostra chiaramente un impoverimento degli orbitali elettronici dell’adatomo di oro. Obiettivi per l’anno successivo • Partendo dai risultati già ottenuti, verrà creato un modello per le strutture che non sono ancora state correttamente interpretate. Inoltre verrà cercato e caratterizzato con tecniche DFT un modello consistente per il monostrato ordinato di DMSO. • La successiva parte del progetto di Dottorato include la caratterizzazione all’interfaccia con una superficie dell’interazione ammino-carbossilica, che è presente in una vasta classe di biomolecole. In particolare, il riconoscimento reciproco tra semplici molecole funzionalizzate con gruppi amminici e carbossilici verrà studiata con due differenti approcci. Il primo consiste nell’analizzare una struttura auto-assemblata di molecole su oro che puntano una terminazione amminica in direzione ortogonale al piano della superficie (es. 1-naftilmetilammina), a cui verranno successivamente legate verticalmente delle molecole con un gruppo funzionale carbossilico. Il secondo approccio prevede invece lo studio all’interfaccia con una superficie di oro dell’interazione ammino-carbossilica nel piano, usando semplici Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 160 molecole planari aventi sia il gruppo amminico, sia quello carbossilico (es. acido amminobenzoico). In questo caso si pensa di usare l’interazione tra i gruppi funzionali come forza motrice dell’autoassemblaggio. Calcoli ab-inizio, basati sulla DFT, verranno eseguiti per supportare l’interpretazione dei dati sperimentali ottenuti con il microscopio STM a bassa temperatura presso i laboratori del IOM-CNR TASC e con la spettroscopia a raggi X presso il laboratorio a luce di sincrotrone di ELETTRA. Attività formativa Esami sostenuti, ore di lezione e di laboratorio seguite (data, corso, docente, tipo di corso di laurea) • 21-28 Gennaio 2013 – PhD Course on “Intermolecular forces and potentials” – Prof. G.Scoles. • 12 -24 Settembre 2013 – PhD Course on "Molecular Self-Assembling and Nanostructures" – L. Casalis, A. Morgante, L. Pasquato. • 40 ore di attività di laboratorio presso il laboratorio STM del IOM-CNR TASC sotto la supervisione del Dr. C. Dri. Attività concordate col supervisore: • Studio del calcolo parallelo finalizzato all’uso di super-computer ad architettura parallela. • Studio di codici di calcolo per strutture elettroniche e modellizzazione atomica, basati sulla teoria del funzionale di densità (DFT) e sull’espansione in onde piane. • Studio di strumenti di elaborazione dati e di post-processing. • Studio avanzato del linguaggio di programmazioni Python a fini didattici e di ricerca. Congressi, seminari, corsi avanzati e altre attività didattiche passive • 9-11 Febbraio 2013 – “Annual Nanotech Conference” - UniTS • 18-21 Febbraio 2013 - "ADGLASS Winter School on Advanced Molecular Dynamics Simulations" - ICTP • 7-9 Ottobre 2013 – “1st Friuli Venezia Giulia PhD Symposium” – Grado Attività didattica di supporto e attività didattica attiva • 2 seminari sul legame chimico e sulla meccanica statistica per il corso “Scienza dei Materiali” del prof. De Vita. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 161 Graduate Student: MUHAMMAD SULAIMAN YOUSAFZAI Title of the thesis: “Mechanotransduction Signalling in Tumoral and Metastatic Cells”. Supervisor: DAN COJOC Tutor: Prof. GIACINTO SCOLES Research Activity Mechanotransduction deals with application of small mechanical stress to cells and study how these stimulations are converted into biochemical signals by the cells. A major challenge in mechanotransduction is defining precisely how mechanical forces become biochemical signals; experimental findings to date suggest that cells in stressed state use many pathways, although a specific pathway may be dominant in a given circumstance. Understanding how mechanotransduction works for cancer cells with different metastatic aggressiveness is our first goal. The regime where cell answers the external mechanical forces is in the range of pN’s. Therefore, we use Optical Tweezers setup to apply calibrated small forces (pN) with high spatial and temporal resolution, image and resolve the pathways and effects activated by the mechanical stress. In first step, we installed a modular OT (975nm) setup with force spectroscopy module and laser beam steering. Calibration of the trap stiffness using different methods (power spectrum density, equipartition theorem, Stokes method) was achieved in the range of (0.01- 0.2pN/nm) for varying strengths using different sizes (0.8, 1.5, 3, 4.5µm) of silica beads. We also tried to implement periodically modulated double-well potential to observe barrier crossing rates for dielectric beads. Trap Stiffness for chaotically modulated traps was also implemented and its optimization is still progress. Objectives for the following year (if applicable) • Cell transfection and live cell fluorescence imaging. • Focal adhesion point creation using trapped beads with different stiffness strengths. • Oscillation of the bead between two potentials and in chaotic potential will be also tested. • First live cell imaging of actin and vinculin accumulation under the mechanical stress at the FA point and protocol definition to be applied for different cell lines. Educational Activity Conferences, seminars, advanced courses and other didactic activities • Sir Michael Berry talk on “The Singularities of light: intensity, phase, polarization” July 8, 2013 at ICTP. • Summer school “From 2D Biology to engineered 3D medical solutions” on August 24 th-31st, 2013, University of Nova Gorica, Vipava, Slovenia. Hands on Presentation on Optical Tweezers and poster presentation. • 3rd Joint PhD Summer School on Nanotechnology at SISSA on September 4-6, 2013. • 1st FVG PhD Symposium at Grado on October 7-9, 2013; poster presentation • “2nd Conference on Nanotechnology for Biological and Biomedical Applications (NanoBio-Med) at ICTP on October 14-18, 2013, Hands on Presentation on Optical Tweezers and poster. • Weekly seminars from Optical Manipulation OM-Lab. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 162 Trainings • • Detailed lessons from Dr. Dan Cojoc about Geometrical and Fourier optics. Theoretical review and experimental training on optical systems and particularly on optical microscopy techniques: bright field, fluorescence, phase contrast, differential interference contrast. Books: • “Optical Trapping and Manipulation of Neutral Particles Using Lasers: A Reprint Volume With Commentaries” by Auther Ashkin. • “Elements of photonics Volume 1: in free space and special media” by Keigo Iizuka. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 163 N. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Ph.D. student ABDOLLAHZADEH Iman ANGELONI Valeria BORIN Daniele CAPOLLA Sara CECCHINI Paolo GANBOLD Tamiraa DIOLOSA‘ Marina ELISEI Elena FORNASARO Stefano COCEANO Giovanna IONESCU Andrei Cristian LOVAT Giacomo MARSON Domenico NKOUA NGAVOUKA Maryse Dadina OTTAVIANI Giulia PANIGHEL Mirco PIANTANIDA Luca AMODIO Alessia SCOTTI Nicola STOPAR Alex VIRGILIO Francesca SANTESE Francesca TAVAGNACCO Letizia RADIVO Andrea DAL COL Valentina CAMMISULI Francesca CAPALDO Pietro CORAL Lucia D’AGOSTINO Ilenia DE BIASI Matteo TARUSHA Lorena ZANNIER Valentina VENTURELLI Leonardo WANG Lianqin VEGA Marienette PITTIA Paola DEL BEN Fabio PALMA Giuseppina CORVAGLIA Stefania HUSSAIN Sajid MINIUSSI Elisa MITRI Elisa CASSESE Damiano VAIDYA Shital ROMEO Michele Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 N. 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 Ph.D. student ABDALLA MOHAMMED KHALID Amna OMICIUOLO Luca PATERA Laerte Luigi PELLIZZONI Elena PORRELLI Davide FRASSETTO Andrea ROMERO Ocana Ismael SACCO Pasquale SCOGNAMIGLIO Francesca SVETINA Cristian VELARI Simone YOUSAFZAI Muhammed Sulaiman 164 Applications of Nanotechnology Micro, Nano and Opto electronics (A) Advanced Materials & biomaterials (B) 1.1. Nanofabrication bottom up 1.2. Nanofabrication top down 1.3. Nanoparticles fabrication and characterization 1.4. Self assembly 16,32,38,40,41, 43 6, 40,43 11,20,31,38,41, 46, 47,50,53,54 27 1.5. Development of MEMS and NEMS 1.6. Development of new nanofabrication techniques / instruments 1.7. Templated growth/deposition 2.1. Single molecules detection 2.2. Living cells characterization 3 Nano characterization Nano fabrication Methods and Techniques 3,16,40,41 7,17,31,35,41,4 7,49,50,51,53 17,18,20,28,41, 46 Pharmaceutics drug development and drug delivery (C) 14 Medicine & Life Sciences (D) Agro Food (E) 20,17,31,42,50, 53,54 Energy & Environment (F) 16,24,32,38, 24, 14 4,9,31,35,49,50, 53 18,20,27,28,39 29,36 34,52 29 3,27,43 6,38 38,47,49 16,40 41 3 2,46 57 11,31,50,53,54 2.3. Characterization techniques/ instruments 3,38,57 11,18,19,20,28, 31,35,38,55 2.4. Imaging & diagnostics 3,40,57 2,8,11,46,55 14 42 8 5,43,49 36 2,3,17,20,28 23 1,4,9,10,11,15,1 8,26,31,33,37,4 2,50,53,54,57 1,3,9,11,17,18,1 9,27,30,31,33,3 5,37,39,43 2,3,4,5,8,10,11, 15,17,18,20,21, 28,37,42,57 38 9,29 34,38 Nano modelingtheory and simulation 2.5. Toxicity 2.6. Investigations of dynamical processes 2.7. Novel characterization techniques 2.8. Nano characterization of materials 2.9. Low-dimensional systems 2.10. Electronic and geometric structure of solid surfaces 3.1. Multiscale molecular modeling 3.2. Ab initio molecular modeling 3.3. Development of new theory / methods 11,31,50,53,54 9,42, 57 41,55 42, 11,15,26,31,50, 53,54 9,17,26,27,57 38,44,57 8, 18,20,26,37,39, 43,57 8,31,50,53,54 16,32,40,41,44 16,41 20,27,28,38,44, 55 8,31,35,41,46,5 0,53,54 27,41,44,47 4147,48 30 18,22 12,45,56 45,56 45 45 12,32,40,41 38 29,37 20 13,25 25 12,34 34 34 23, 12,56 27 Number refers to the Ph.D. students. In Red the main them (one per student). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 34 166 5. Esame Finale 2013 Studenti ammessi all’esame finale, tutti del 25esimo ciclo, titolo della tesi e reviewers esterni. Ph.D. student AMBROSINI Stefano Supervisor Title SSD RUBINI Silvia Growth and characterization of nanostructures. FIS/01 BIDOGGIA Silvia PASQUATO Lucia Mixed-monolayers protected gold nanoparticles for applications in medicine CHIM/06 CHEN Yan Xin FORNASIERO Paolo Nanostructured Titanium Dioxide Based Materials for Electrocatalysis and Phototelectrocatalysis CHIM/03 GANAU Mario SCOLES Giacinto FIS/03 GIORGIS Valentina ROMANATO Filippo LUCAFO' Marianna SAVA Gianni MARSICH Lucia SERGO Valter Nanotechnology applications in quantitative neuroscience: proteomic analysis of malignant gliomas Design, fabrication and characterization of metamaterials inspired plasmonic structures for sensing application Study of carbon nanostructures as carriers for drugs for cancer chemotherapy. Design and synthesis of functionalized metal nanoparticles for bioanalysis with SurfaceEnhanced Raman Scattering (SERS) PERONIO Angelo COMELLI Giovanni A closer look at FIS/03 heterogeneous catalysis: reaction intermediates at the single-molecule level SAMMITO Davide ROMANATO Filippo Integration of plasmonic gratings into optoelectronic devices. FIS/03 BIO/14 ING-IND/22 FIS/03 Reviewers Prof. Helge Weman, Norwegian University of Science and Technology, Norway Prof. Anna Fontcuberta I Morral, EPFL Prof. Gregory Durand, Université d’Avignon Prof. Fabrizio Mancin, Univeristà di Padova Prof. Giovanni Zangari, University of Virginia, USA Prof. dr. Hansjörg Grützmacher, ETH Dr. Milan Skrap, Università di Udine Prof. Francesco Stellacci, EPFL Prof. Filiberto Bilotti, Università Roma Tre Dr. Jakub Dostalek, Austrian Instituteof Technology Christian Gaiddon, CNRS INSERM Prof. Paul J. Dyson, EPFL Prof. dr.Peter Hildebrandt, MaxVolmer-Laboratorium für Biophysikalische Chemie, Berlin, Germany Prof. Freek Ariese University Amsterdam, The Netherlands Prof. Gian Paolo Brivio, Università di MilanoBicocca Prof. Saw Wai Hla Argonne National Laboratory, USA Dr. Theodoros Dimopoulos, Austrian Institute of Technology ZANUSSO Chiara TOFFOLI Giuseppe Nanotechnologies and oncology: pharmacogenetics and pharmacogenomics to optimize the antitumor therapies BIO/14 Dr. Emiliano Descrovi, Politecnico di Torino Prof. Enrico Mini, Università di Firenze Prof. Emilio Clementi, Ospedale Luigi Sacco, Milano I giudizi dei reviewers esterni sono riportati come Allegato a questa Relazione. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 168 6. Giudizi della commissione d’esame finale aprile 2013 La commissione composta dai Professori Alessandro Baraldi, Università di Trieste (membro interno), Matjaz Valant, Università di Nova Gorica (Slovenia) e Marie-Louise Saboungi, CNRS Centre de Recherche sur la Matière Divisée, Olreans (Francia), hanno sentito i candidati e stilato i seguenti giudizi: Ambrosini Stefano Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studiare la crescita di nanofili e nanostrutture. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito al candidato il titolo di Dottore di Ricerca e, avendo verificato la sussistenza dei requisiti previsti, anche la certificazione aggiuntiva Doctor Europaeus Bidoggia Silvia La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di sviluppare materieli basati su monostrati autoassemblati nano particelle di oro. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Chen Yan Xin Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di sviluppare materieli nanostrutturati basati su ossido di titanio per elettrocatalisi e foto elettrocatalisi. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Ganau Mario Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di sviluppare applicazioni per le neurosceinze quantitative nel campo delle analisi di glicomi maligni. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 169 Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Giorgis Valentina La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di progettare, fabbicare e caraterizzare strutture di metamateraili plasmonici per appicazioni a sensori. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Lucafò Marianna La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studiare nanostrutture come vettori di farmaci per la chemio terapia. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Marsich Lucia La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di progettare e sviluppare nanoparticelle di metallo funzionalizzato per bio analisi attraverso SERS. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito al candidato il titolo di Dottore di Ricerca e, avendo verificato la sussistenza dei requisiti previsti, anche la certificazione aggiuntiva Doctor Europaeus Peronio Angelo Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studiare intermedi di reazione in catalisi eterogenea a livello molecaolre. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Sammito Davide Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 170 Il candidato ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo sviluppare materiali basati sull’effetto plasmonico per dispositivi opto elettronici. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Zanusso Chiara La candidata ha presentato il suo lavoro di tesi che ha avuto l’obiettivo di studaire farmacocinetica e farmaco genomica per l’ottimizzazione di terapie antitumorali. La commissione ha apprezzato l’eccellente lavoro innovativo e di frontiera affrontato dal candidato. Il candidato ha dimostrato di possedere una ottima conoscenza della materia in studio, presentando con molta competenza e con completezza il suo lavoro di tesi, rispondendo puntualmente e compiutatamente alle domande della Commissione. Approvata la relazione, la Commissione propone che al candidato VENGA conferito il titolo di Dottore di Ricerca. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 171 7. Progetti dottorandi 29esimo ciclo Sono inclusi in questa parte del documento i progetti di ricerca e di didattica dei seguenti dottorandi del 29esimo ciclo: ABHARI Farideh, ADEDEJI Abimbola Feyisara, AMBROSETTI Elena, BAYDA Samer, CEFARIN Nicola, DALLA MARTA Silvia, DE MARTINO Eleonora, DOMÍNGUEZ Rivera Marcos, FENG Zhijing, GRAZIOLI Cesare, JABEEN Naila Jabeen, JUZGADO Fernandez Arturo, MATRUGLIO Alessia, PIANIGIANI Michele, PIPAN Giulio, SIBILIA Mirta, TACHE Cristian Alexandru, VIALE Luca, ZANUT Alessandra. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 172 FARIDEH ABHARI Email: [email protected] Title of the thesis: Fabrication of microfluidic devices for single cell biology studies by two photonphotopolymerization Laboratory:CNR - IOM Istituto Officina dei Materiali Supervisor: Dr. Massimo Tormen Tutors (if any): Prof. Dan Cojoc RESEARCH ACTIVITY FORESEEN State of the art and motivation • Two-photon absorption polymerization: Principles and applications Photopolymerization is one of the most important types of photochemical reactions that have been used in microfabrication. This is because some resins, based on polymer, oligomer, or monomers undergo significant cross-linking upon UV irradiation, which can be exploited by selective dissolution of the unexposed material in suitable solvents, resulting in well controlled microstructures after development(Maruo et al., 1997). Typically, the process is used in photolithography to produce two-dimensional micro-structures. However, a nanofabrication principle has emerged in recent years based on two-photon absorption. This allows the fabrication of 3D nanostructures(Serbin et al., 2004). The most synthetic way to explain the reason of this fact is to say that two-photon photopolymerization rate is quadratic in the light intensity. Therefore, by using focused light from fs-lasers, the interaction volume of the light with the resin isa sub-micron scale ellipsoidal voxel centered in the focal spot. This essentially prevents cross-linking of the resin at a different depth in a bulk resin, which allows to form threedimensional structures by scanning the focused laser in 3D. This technology has been used for different types of devices, from optical components, to microfluidic devices as well as microelectromechanical systems (MEMS)(Zhong et al., 2006). • Recent advances in microfluidic techniques for single cell biophysical characterization The cell, the basic functional unit of living organisms, maintains and senses the physiological environment within the organism both chemically and physically. The unique biochemical and biophysical properties enable a cell to fulfill its specific functions and adapt to its surrounding environment. Physiological changes within the cells are accompanied by chemical and physical modifications and reorganization.(Chen and Choo, 2008) Biochemical properties of pathological cells have been under intensive study and many biochemical markers have been developed to identify target cells out of a heterogeneous population. The biophysical properties of cells also play important roles in various biological processes and are involved in the regulation of gene expression, differentiation, migration, and metabolic activities. Compared to conventional techniques, the advantages of small sample volume, integration capability, biocompatibility and fast response make microfluidic technologies attractive for studying cells. Recent decades have witnessed significant advances of microfluidic technologies for biochemical characterization of cells. Microfluidics is extending its way into the characterization of single-cell biophysical properties(Walker et al., 2004). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 173 Fs laser direct writing can easily create complex 3D microfluidic structures with unrestricted configurations and without the use of bonding procedures. Furthermore, this technique provides great opportunities for monolithic integration of other functionalities, such as optical and photonic functions, into microfluidic structures. In the pursuit of modern microfluidic chips with multifunction integration, micronanofabrication techniques play an increasingly important role. It is still challenging to achieve complex microfluidic chips with multifunction integration. Therefore, novel micronanofabrication approaches that could be used to achieve this end are highly desired. As a powerful 3D processing tool, femtosecond laser fabrication shows great potential to endow general microfluidic chips with multifunctional units(Griffith and Swartz, 2006). Objectives for the three years The aim of the activity is to implement a technique for the fabrication of three-dimensional microstructures. The target is to employ 3D microstructuring capabilities for the formation of i) scaffolds for biological tissues and cells, ii) microfluidic systems with 3D networks, iii) freely movable micro-objects more complex than just beads, that will eventually be manipulated by optical tweezers and used as carriers or tethers of biological entities (lyposomes, cells). Objectives for the first year The first part of the project has a strongly focused on technology to develop the optical setup and to write the software for controlling a piezo-driver. Two-photon photopolymerization will be performed using a sapphire laser oscillator, with 100 femtoseconds pulsewidth, 80 MHz repetition rate and central wavelength tuned to around 780 nm. High spatial resolution (voxels of sub-500 nm lateral and vertical size) can be achieved in the near threhold region at low laser power ( < 60 mW as measured in front of the laser source) and shorter exposure time (<30 ms). Minimizing the laser power is important to achieve low aspect ratio voxels. A XYZ piezo-driven stage used in order to scan a volume in a suitable polymer resin with a focalized spot from the fs laser and microscope. The conditions for optimal lithographic performance will be achieved by proper choice of writing speed, voxel size, power, sensitivity of the resin, and other process parameters. The development of the setup and the strategies for writing 3D microstructures and the optimization of the lithographic performances of the equipment is the aim of the first half of the project. Research project After optimizing the lithographic technology, the project will address the fabrication of threedimensional structures with interest in the single-cell biology. In particular 3D lithography will be used to form structures that may be used as scaffold for cells. Three-dimensional microstructuresin polymeric materials may be functionalized in order to provide biocompatible surfaces for the adhesion and growth of cells. The possibility to control the shape of structures, local radius of curvatures will be used to fine-tune the properties of the surface in order to enhance the affinity of cells and to favor the positioning of individual cells in specific sites. A different possibility is to use the 3D lithographic technology to produce 3D microfluidic chip, where different liquids could be brought independently. There is a strong interest in producing chemical gradients to mimic natural stimuli which occur in biological processes such as cell migration, differentiation, or development. Microporous structures are a common theme in biomedical devices, microfluidics, geology and other fields of study. The extra-dimension will Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 174 allow crossing of liquid channels not possible in two-dimensional devices. Moreover, 3D scaffolds could be “connected” to a highly branched structure of capillaries. Finally, there is interest to realize special 3D micro-objects that may be released (for instance by breaking a thin mechanical bridge with the substrate by ultrasonic agitation), that could be manipulated by optical tweezers, and that could be used to perform some type of action on cells, such as exerting a mechanical action on the cell or to bring in proximity of cells other elements (vesicles as drug carriers). The use of two-photon photopolymerization will be investigated for the realization of such class of objects. Educational Activity foreseen - Begin by learning how to work within the LabVIEW environment and learn the core components that can help me program in LabVIEW. Study about optical manipulation and laser setup for two photon lithography. Write simple program to move the stage and fabricate simple 2D structure. Development of the setup and the strategies for writing 3D microstructures and the optimization of the lithographic performances. Attend to Nanotechnology courses from September. Short Winter school on Nano and Biotechnology 27-28 January 2014 Bibliography CHEN, L. & CHOO, J. 2008. Recent advances in surface‐enhanced Raman scattering detection technology for microfluidic chips. Electrophoresis, 29, 1815-1828. GRIFFITH, L. G. & SWARTZ, M. A. 2006. Capturing complex 3D tissue physiology in vitro. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 7, 211-224. MARUO, S., NAKAMURA, O. & KAWATA, S. 1997. Three-dimensional microfabrication with twophoton-absorbed photopolymerization. Optics letters, 22, 132-134. SERBIN, J., OVSIANIKOV, A. & CHICHKOV, B. 2004. Fabrication of woodpile structures by two-photon polymerization and investigation of their optical properties. Optics Express, 12, 5221-5228. WALKER, G. M., ZERINGUE, H. C. & BEEBE, D. J. 2004. Microenvironment design considerations for cellular scale studies. Lab on a Chip, 4, 91-97. ZHONG, L. S., HU, J. S., LIANG, H. P., CAO, A. M., SONG, W. G. & WAN, L. J. 2006. Self‐Assembled 3D flowerlike iron oxide nanostructures and their application in water treatment. Advanced Materials, 18, 2426-2431. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 175 Name: Adedeji, Abimbola Feyisara Title: Application of Atomic Force microscopy to Nanobiology Supervisor: Prof. Giacinto Scoles Tutor: Dr. Matteo Castronovo RESEARCH ACTIVITY FORESEEN Nanobiology is a discipline that bridges physics and biology [1]. It opens up an environment to fully understand the fundamental physics that orchestrate the complex biological process and interaction within macromolecules, cells and organisms [1]. At this junction, I find it valuable that physics-inclined techniques unravel the underlying mechanisms that guide the biological processes and further yield information to aid design of therapeutic agents (for treatment of disease like cancer, heart disease, diabetics and so on ), and the development of diagnostics tools. I would like to pursue this approach in my PhD studies. Atomic force microscope is one of the nanotechnology tools that have reshaped research in biology over the past one and a half decades [2]. Its application to biological systems ranges from imaging [2-3], nano-manipulation of biomolecules on surface without distorting the native conformation and bioactivity of the biomolecules [4], mechanical properties of cells [5], interaction between ligand and receptors, monitoring of protein dynamics, force modulated mechanobiology [6] and so on. One of the aforementioned applications of AFM; patterning of biomolecules on surfaces, is the focal point of this project. In the past years, arrays of biomolecule patterns (on the scale of 100nm) have been achieved through microfabrication techniques such as photolithography [7], electron and ion beam lithography [8], multicomponent organic thin film [9], microfluidic networks [10], and microcontact printing [11]. But the main challenges associated with these techniques are accurate positioning of biomolecules (within small pattern < 100nm), preservation of the native conformation and configuration of the biomolecules on a surface, and bioactivity of the target through the multistep microfabrication process [3]. AFM can be reversely utilized to modify a surface with feature in the nanometer range, thus using the scanning probe as a lithographic tool. Among AFM-based nanolithography approaches is nanografting. The latter involves the use of AFM tip under a relatively high force to cause a displacement and an exchange of molecules, displacing the self-assembled monolayer from the surface and replacing with the biomolecules of interest in solution [3-4]. Past works have shown that well ordered patterns of proteins are achievable via nanografting, without functional perturbation of proteins within such patterns [3]. Atomic force microscope has led to a number of tools to generate nanoscale protein patterns, characterize them, and monitor their biological activities with other biomolecules or proteins, and produce quantitative result that are useful to the research in the fields as diverse as pharmaceutics and biosensing [3]. This has been developed in my supervisor’s group, and has been greatly applied in the last few years. Nanografting, in particular, has been used to pattern alkanethiols on gold surface [4], to immobilize short thiol-terminated DNA molecules [12], to build three dimensional surface-bound biological Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 176 assemblies [13], to study mechanical behavior of organic thin films [14], to detect DNA hybridization within surface-bound nanostructures [15], and to pattern de novo S-824 proteins confined within a surrounding self-assembled monolayer of alkane thiols [16]. The resulting patterns have features like ordered and closed-packed nanopatterns, in which conformation and function of biomolecules can be controlled. We believe using this technique to study the binding affinity, kinetics mechanism and dissociation constant associated with peptides-proteins bond is a step in the right direction. Several methods have been employed over the last ten years to study protein-protein interaction, this includes affinity based chromatography, co-immunoprecipitation for screening of proteinprotein interaction, florescence correlation spectroscopy, Fourier transform infrared spectroscopic analysis ,surface plasmon resonance and other spectroscopic characterization techniques [18], most of which are solution-based and thus challenged by the need of multiplexed analysis. Few years ago, Laio and his co-workers computationally designed optimized artificial receptors, short peptides that have the ability to bind strongly and selectively to their targeted organic molecules such as a drug or metabolite, with high affinity [19]. This was achieved through an algorithms based on combination of molecular dynamics, semi-flexible docking using autodock vina and replica exchange Monte Carlo simulations, that allow simultaneous sequence sampling and structure space [19]. Their results were confirmed experimentally through NMR spectroscopy [19] and florescence emission assays [20]. The aforementioned techniques could not measure the dissociation constant associated with weakly bound peptide-protein pairs and multiplexing is also a challenge. These are the challenges that this project seeks to solve. The peptide and protein model for this study are decapeptide and maltose binding protein respectively. The choice of decapeptides or any other short binders is informed by their potential to be a good alternative for antibodies in drug design [20]. Aims and Objectives We seek to use the exceptional tool nanografting to study the binding event between decapeptides and maltose binding proteins, quantify the dissociation constant associated with the decapeptidemaltose binding proteins through AFM friction measurements and study the influence of the analyte (decapeptide and some other short peptides) concentration on the binding event and dissociation constant. The anticipated results will be useful in protein-based biosensors and design of short peptides for highly selective and specific drug design. The aims and objectives of this project are itemized as follows; a) Investigation of binding event between peptides and proteins, using AFM nanopatterning tool called nanografting b) Quantifying the binding energy and dissociation constants associated with weakly bond peptides-maltose binding proteins (MBP) binding event Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 177 c) Multiplexing of sensing surface with different proteins and measuring binding affinities associated with each of the nano-pattern proteins. Fig.1 Schematics representation of steps involved in Nanografting (4) Gantt chart: Work flow of the Research References [1] www.eur.nl/bachelor/opleidingen/nanobiology/ [2] Technology feature Nanotechnology: Could it be a small world after all, Nature, Vol 452, 2008 [3] Cristian Staii et al : Verification of Biochemical Activity for Proteins Nanografted on Gold Surfaces, Journal of American Chemical Society (JACS) , pg 640-646 , 2008 [4] Song Xu et al: Fabrication of Nanometer Scale Patterns within Self-Assembled Monolayers by Nanografting , Langmuir, pg 7244-7251 , 1999 [5] Roger Kamm, Jan Lammerding, Mohammad Mofrad: Cellular Mechanics, Springer handbook of nanotechnology, 2010 [6] Denis Wirtz et al: The physics of cancer: the role of physical interactions and mechanical forces in metastasis, Nature review, vol. 11, pp 512-522, 2011 [7] Liu, J.; Hlady, V. Colloids Surf. , vol 8, pg 25-37 , 1996 [8] Bergman, A. A.; Buijs, J.; Herbig, J.; Mathes, D. T.; Demarest, J. J.; Wilson, C. D.; Reimann, C. T.; Baragiola, R. A.; Hull, R.; Oscarsson, S. O. Langmuir , vol 14, pg 67856788, 1998 [9] Fang, J.; Knobler, C. M. Langmuir , vol 12, pg 1368-1374 , 1996. [10] Patel, N.; Sanders, G. H. W.; Shakesheff, K. M.; Cannizzaro, S. M.; Davies, M. C.; Langer, R.; Roberts, C. J.; Tendler, S. J. B.; Williams, P. M., Langmuir, vol 15, pg 7252-7257, 1999 [11] Bernard, A.; Renault, J. P.; Michel, B.; Bosshard, H. R.; Delamarche, E. , AdV. Mater. vol12, pg 1067-1070, 2000 [12] Matteo Castronovo et al: Two-Dimensional Enzyme Diffusion in Laterally Confined DNA Monolayers , Nature Communication, 2011 [13] Wadu-Mesthrige, K.; Xu, S.; Amro, N. A.; Liu, G.-Y. Langmuir, vol 15, 8580 , 1999 [14] Price, W. J.; Kuo, P, K.; Lee. T. R.; Colorado, R., Jr.; Ying, Z. C.; Liu, G.-Y. Langmuir vol 21, pg 8422 , 2005 [15] Zhou, D.; Sinniah, K.; Abell, C.; Rayment, T. Angew. Chem., Int. 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Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 179 CANDIDATE: ELENA AMBROSETTI Email: [email protected] Phone number: 3495098745 Title of the thesis: “Novel binders as new tool for the development of Nanoarray for cancer biomarkers detection” Laboratory: Nanoinnovation Lab – Elettra Sincrotrone Trieste S.C.p.A. Supervisor: Dr. Loredana Casalis Tutor: Dr. Marco Lazzarino Research Activity foreseen State of the art and motivation Cancer is a leading cause of death worldwide: 14.1 million new cancer cases, 8.2 million cancer deaths and 32.6 million people living with cancer (within 5 years of diagnosis) in 2012 have been recorded; deaths from cancer are projected to continue rising, with an estimated 13.1 million worldwide deaths in 2030 (Globalcan 2012). While primary prevention aims to reduce the incidence of cancer by tackling its major determinants of cancer, such as smoking, nutrition and physical activity, secondary prevention aims to reduce mortality by early detection of cancer through population screening. Regular and systematic examinations can detect the disease early, when it is more responsive to less aggressive treatments. Followed by appropriate treatment, these examinations can significantly reduce cancer mortality and improve the quality of life of cancer patients (Stegh, 2013). Tumors are composed of highly proliferating, migratory, invasive, and therapy-evading cells. These characteristics are conferred by an enormously complex landscape of genomic, epigenetic, and proteomic aberrations. Recent efforts to comprehensively catalogue these reversible and irreversible modifications have begun to identify the molecular mechanisms that contribute to cancer pathophysiology; these molecular components serve as novel therapeutic targets, and may constitute biomarkers for early diagnosis and prediction of therapy responses. Therefore the detection and the quantitative analysis of these biomarkers is a promising strategy in diagnosis and prognosis for malignant tumor and in the monitoring of the response to therapeutic treatment. Endogenous proteins or metabolites, whose amounts or modifications are indicative of tumor state, progression characteristics and response to therapies, are the standard tumor markers; they are present in tumor tissues or body fluids and cover a wide variety of molecules, including transcription factors, cell surface receptors, and secreted proteins. Although these protein biomarkers are still considered the most suitable molecules for cancer screening and are routinely exploited in standard clinical practice, big efforts are now directed towards the comprehension of the feasibility of new molecules as “new generation” cancer biomarkers. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 180 This new category includes biomarkers that are released in the bloodstream from tumor tissue and which play an important role not only in primary tumors but also in the metastasis occurrence (Mo et al, 2013; Mathivanan et al, 2009; Pantel et al, 2013). The most relevant ones are: • Circulating tumor cells (CTCs): tumor cells that are capable to disseminate in the peripheral bloodstream at an early stage of tumor progression • Circulating cell-free DNA (ctDNA): fragmented genomes released from dying tumor cells of the primary tumor and/or metastasis and/or CTC • Circulating microRNAs: 19-23 nucleotides long non coding RNAs that have important gene regulatory function • Exosomes: cell-derived vesicles present in many biological fluids that play a key role in cell mechanism such as intercellular signaling and waste management Nowadays there are many techniques used for the detection of these cancer biomarkers: proteins are routinely analyzed using enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), protein microarrays, or semiquantitative methods such as western-blot, and two-dimensional gel electrophoresis (2DGE) followed by matrix-assisted laser desorption ionization time of flight (MALDI-TOF) mass spectrometry. Nucleic acid biomarkers, such as ctDNA and miRNA, are usually analyzed with microarrays or RT-PCR, then for CTCs the detection is performed with the Cell Search assay, a method based on selection for the epithelial surface EpCAM marker. These methods allow an identification and a quantification of the markers of interest but they suffer from certain limitations that prohibit the exploitation of the full range of life science applications: in fact they often require large sample volumes, work with labeled-molecules and are characterized by a multi-step and quite laborious experimental procedure, which increases analysis cost and delays the time for obtaining results. These problems limit these techniques from point-of-care medical diagnostic applications. One strategy for overcoming these problems is to develop nanoarrays, that are the last evolutionary step in the miniaturization of bioaffinity tests for proteins, nucleic acids, and receptor-ligand pairs; the development of a multiplexing nano-immuno array for proteomic analysis in very small quantities of sample could be potentially exploited for pathological screening of cancer biomarkers with high sensitivity. References - Liu G-Y, Xu S, Nanometer-scale fabrication by simultaneous nanoshaving and molecular selfassembly, Langmuir, 13(2):127–129, 1997. Mathivanan S, Simpson R, ExoCarta: A compendium of exosomal proteins and RNA, Proteomics, 9:4997–5000, 2009. Meyer C, Hahn U, Rentmeister A, Cell-Specific Aptamers as Emerging Therapeutics, Journal of Nucleic Acids, vol. 2011, Article ID 904750, 18 pages, 2011. Mo M, Chen L, Fu Y, Wang W, Fu S, Cell-free Circulating miRNA Biomarkers in Cancer, Journal of Cancer, 3:432-448, 2013. Objectives for the three years Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 181 The main goal of this proposal is to develop an highly sensitive nano-immuno array capable to perform a parallel analysis of different cancer biomarkers in a small sample volume and with a label-free technique. We will capitalize on Atomic Force Microscopy (AFM), a high-resolution scanning probe microscopy that exploits the interactions between a tip and the sample surface to study its topography of sub-nanometric scale. The scheduled activities can be summarized in the following list: • Fabrication of DNA nanoarrays as a first step towards the immobilization of different binders through a DNA-directed-immobilization (DDI) approach • Identification of Antibodies specific for a cancer biomarker of interest and characterization of them in terms of binding capacity and affinity by means of different binding assays • Conjugation of Antibodies with oligonucleotide sequences in order to immobilize them on the nanoarray throught DDI • Set-up of the nano-immuno assay with Antibody-oligonucleotide conjugates: evaluation of qualitative and quantitative analysis of the specific antigen; optimization of the experimental conditions (mainly binders density) in order to reach a high sensitive detection (picomolar range) • Identification of different molecules that can be used as new binders; in particular camelid Nanobodies (VHH) and aptamers will be characterized • Testing the feasibility of these new binders on the nano-immuno assay • Testing the performance of a multiplexing analysis, exploiting the immobilization on the surface of different molecules specific for different biomarkers • Detection of biomarkers in complex samples, first in Human Standardized Serum samples and then in blood serum samples of tumor patients; evaluation of the differential biomarker expression in primary versus metastatic tumors and treated versus not treated ones • Testing nanoarray in small sample volumes for the detection of “new generation” cancer biomarkes, such as protein/miRNA content of CTCs and exosomes • Evaluation of possible implementations for integration of the AFM-based nanoarray with a Surface Plasmon Resonance (SPR) readout, in order to have a full characterization of the binding events. Objectives for the first year In the first year of my project I plan to develop the set-up of the nano-immuno assay first studying and characterizing the detection of a single cancer biomarker; in particular I will focus on Human Epidermal Growth Factor Receptor 2 (Her2), relevant antigen found in some human cancers such as breast, lung and gastric ones. These are the objectives that I plan to reach: • Fabrication of DNA nanoarrays as a first step towards the immobilization of different binders through a DNA-directed-immobilization (DDI) approach • Identification of Antibodies specific for a Her2 and characterization of them in terms of binding affinity with different binding assays, such as ELISA and Surface Plasmon Resonance experiments Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 182 • Conjugation of Antibodies with oligonucleotide sequences in order to perform DDI on the nanoarray; evaluation of the impact of different functionalization degree on Antibody binding capability • Set-up of the nano-immuno assay with Antibody-oligonucleotide conjugates: evaluation of qualitative and quantitative analysis of the specific antigen; optimization of the experimental conditions in order to reach a high sensitive detection (picomolar range) • Identification of different molecules that can be used as new binders; in particular camelid Nanobodies (VHH) and aptamers will be characterized • Testing the feasibility of these new binders on the nano-immuno assay • Identification of other cancer biomarkers, which detection could be relevant for Her2 positive tumor screening and testing the feasibility of a multiplexing analysis with the nanoarray • Implementation of new strategies for the immobilization of proteins in micrometer-sized areas: immobilization of photocleavable molecules Research project Towards the goal of developing a multiplexing nano-immuno array with potential capability of pathological screening of cancer biomarkers with high sensitivity in low sample volumes I will take advantage of Atomic Force Microscopy (AFM). An Atomic Force Microscope is composed by a micro cantilever with a sharp tip that is brought very close to the surface of the sample that has to be investigated. The deflection of the cantilever is a function of the interaction between the tip and the surface and it is measured throught a laser reflected from the cantilever to a detector. The interactions between the tip and the sample surface are exploited to study its topography of sub-nanometric scale. The fabrication of DNA nanoarrays is the first step towards the immobilization of antibodies specific to certain proteins of interest, through an approach consisting in DNA-directed-immobilization (DDI) of DNAconjugated antibodies (Niemayer et al, 2002; Niemayer et al, 2010) By means in particular of Nanografting, a nanofabrication method based on AFM, I plan to create nanometer scale patterns on surfaces with specified size and geometry (Liu et al, 1997). The nanografting process combines the displacement of selected thiol molecules of a matrix adsorbed on a gold surface by new thiol molecules, under high force scanning track of the AFM tip. By Nanografting I will immobilize ssDNA sequences on flat gold surface and then exploit DDI for the immobilization of specific DNA-antibody conjugates. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 183 Conjugation reaction will be performed with a “click chemistry” method composed by three steps by which first of all both protein and DNA are functionalized with a chemical group, then these two groups are linked obtaining the conjugate. The advantage to use this method is that it leads to high yield of reaction and that the final product is extremely stable and quantifiable spectrophotometrically, since the binding group (bis-arylhydrazone) adsorbs at a fixed λ. Therefore different molecules able to bind selected cancer biomarkers will be conjugated to oligonucleotide sequences in order to obtain DNA barcoded-binders; they will be immobilized on the gold surface by hybridization with nanografted ssDNA sequences. Then the sample of interest will be incubated to test the capability of the nanoarray to selectively recognize the biomarker of interest. As a detection system, I will use the topographic height of the nanopatches, measured by AFM with respect to the surrounding thiol carpet. The binding of the molecules at each steps of the experiment should determine a change in the height, consistent with the dimension of the molecules. To take full advantage of AFM lithography, I will study the feasibility of different binders and selected constructs that could be exploited for the recognition of specific proteins of interest. The most suitable molecules used to recognize protein biomarkers are antibodies, heavy (~150kDa) glycoproteins belonging to the immunoglobulin family and produced by B-cells. Due to their capability to bind specific peptide sites with a small hypervariable region, antibodies can identify intracellular and extracellular proteins (Roux, 1999). First I will develop the nanoarray set-up with this well characterized antigen-antibody system; once optimized this set-up I will also explore the feasibility of different molecules that can be used as new binders; the two most relevant ones are aptamers and VHH. Aptamers are short single-stranded oligonucleotides (typically 12–80 nucleotides long) that have been engineered through repeated rounds of in vitro selection (SELEX) to bind to various molecular targets. The advantages coming from these binders are that they show highly specific affinity by molecular interaction based on the three dimensional folding pattern and as result the dissociation constants (Kd) of aptamer-target can reach the picomolar range. In addition, aptamers exhibit the many interesting features, which set them apart from antibodies: they are selected entirely in vitro, their synthesis has been automated, and they can Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 184 easily be chemically modified. Furthermore, they can be stored without problems, because their stability is almost infinite. For all these reasons aptamers are a new and promising alternative to antibodies in diagnostics (Meyer et al, 2011). Another molecule category that will be explored is that one of VHH-nanobodies, produced engineering the heavy-chain antibodies found in camelids. They are single-domain antibodies of about 110 amino acids, comprising one variable domain of a heavy-chain of a common IgG. These peptides have similar affinity to antigens as whole antibodies, but are more heat-resistant and stable. Moreover in diagnostic biosensor applications nanobodies may improve the detection since, due to their small size, they can be coupled more densely on biosensor surfaces and they can potentially target less accessible epitopes; their conformational stability also leads to higher resistance to surface regeneration conditions (Van DerLinden et al, 1999). Other techniques, such as standard ELISA and Surface Plasmon Resonance assay, will be performed as tools for the binders profiling and for the determination of their binding properties, in order to understand those ones more suitable for my purpose. A feasibility study of a possible implementation of an integration of the AFM-based nanoarray with a Surface Plasmon Resonance (SPR) reading will be also carried out (Chen et al, 1996), in order to have a full characterization of the binding events. This integration will require a modification of the nanoarray surface, since it needs a thin layer of glass on the other side with respect to the gold one. In this way the monochromatic light used in SPR can be reflected and then collected. Figure 4 Schematic diagram of AFM/SPR combination The high affinity binders will contribute to develop a nanoarray that allow to move from a traditional tissue biopsy towards a so called “liquid biopsy” since they can be exploited not only for highly sensitive detection of the traditional protein markers but also for the identification of “new generation” cancer biomarkers released in the bloodstream (Pantel et al, 2013). In particular we would be able to characterize CTCs and exosomes, as a very promising strategy to profile the “metastatic signature” of the primary tumor and to move towards the comprehension of the genome and proteome cell-to-cell heterogeneity for the understanding of tumor initiation, progression, metastasis and therapeutic responses. References - Niemeyer C M, The developments of semisynthetic DNA-protein conjugates, Trends in Biotechnology, 20(9):395-40, 2002. Niemeyer C M, Semisynthetic DNA-protein conjugates for biosensing and nanofabrication, Angew Chem Int Ed Engl, 49(7):1200-1216, 2010. Pantel K, Alix-Panabières C, Real-time liquid biopsy in cancer patients: fact or fiction?, Cancer Res, 73(21):6384-6388, 2013. Roux K, Immunoglobulin structure and function as revealed by electron microscopy, Int Arch Allergy Immunol, 120(2):85–99, 1999. Stegh A H, Toward personalized cancer nanomedicine - past, present, and future, Integr Biol, 5(1):48-65, 2013. Van Der Linden R, Frenken L, De Geus B, Harmsen M, Ruuls R, Stok W, De Ron L, Wilson S, Davis P, Verrips C T, Comparison of physical chemical properties of llama VHH antibody Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 185 - fragments and mouse monoclonal antibodies, Biochimica et Biophysica Acta, 1431(1):37–46, 1999. Chen X, Davies M, Roberts C, Shakesheff K, Tendler S, Williams P, Dynamic Surface Events Measured by Simultaneous Probe Microscopy and Surface Plasmon Detection, Analytical Chemistry, 68:1451-1455, 1996. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 186 Samer BAYDA 1. Project Title: “Synthesis of fluorescent carbon nanoparticles (CNPs) and their applications in drug delivery in CRC and NSCLC cancer models” Supervisor: Giuseppe Toffoli Tutor: Flavio Rizzolio 2. State of the Art Personalized medicine is a major goal in cancer therapy, aiming to increase drug efficacy and reduce toxicity. In this framework, a target therapy with monoclonal antibodies and small molecules has been developed, with an example being the targeting of the Epidermal Growth Factor Receptor (EGFR). EGFR is a tyrosine kinase receptor that stimulates cell proliferation and survival and becomes deregulated in a wide range of solid tumors including colon and lung. Its role as a target of antineoplastic agents has also been investigated and anti-EGFR drugs are used in the clinical setting to treat cancers such as colorectal (CRC) and Non SmallCell Lung Cancer (NSCLC) [1], [2]. Cetuximab (ErbituxTM) is a human- murine chimeric monoclonal antibody (mAb) directed against the extracellular domain of the EGFR with a known therapeutic value in CRC [3] when administered in combination with cytotoxic chemotherapeutic agents. However, this approach scarcely reduces undesired chemotherapy-associated side effects. One strategy to overcome side effects and increase efficacy is delivering chemotherapeutic drugs in close proximity to the tumor. Drug Delivery Systems (DDSs) already approved by the FDA (Food and Drug Administration) are mainly built on liposomes (Doxil®) or albumin (Abraxane®). During recent years, several nanotechnology (nanoparticle, nanorod, nanotube) based DDSs have been developed and tested. Among the developed systems, gold nanoparticles based DDSs have been investigated extensively [4]. The strong Au-S interactions make it very convenient to conjugate various sulphur containing molecules and (or) thio-modified biomolecules (protein, peptide, nucleic acids) to the surface of Au nanoparticles. However, the major problem with AuNPs based DDSs is the toxicity since these particles are made-up of heavy metal which could severely limits their applications in vivo and in clinics [5]. Moreover, gold nanoparticles are known to quench the fluorescence of fluorophore due to the radiationless energy transfer to the nanoparticles which makes it further difficult to track them inside cellular environment. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 187 The development of new innovative nanoparticle based DDS which is both biocompatible and fluorescent could be a potential technological alternative. Recently developed, a new class of carbon nanomaterials termed fluorescent carbon nanoparticles (CNPs) could serve this purpose. CNPs possess non-blinking fluorescence emission, water solubility, high cell permeability, excellent biocompatibility and multiphoton absorption [6]. These CNPs are made up of only carbon with inherent fluorescence properties so their toxicity should be minimal and based on their synthesis, the particles may contain different functional groups on their surface viz, -NH2, -COOH, -OH which imparts them excellent water solubility. Drug and targeting agents could be easily tether to the carbon nanoparticles through covalent conjugation through these functional groups. 3. Project Objectives The main goal of this project is to experimentally realize the development of novel highly biocompatible and fluorescent drug delivery system and their utilization for site-specific carriers of various therapeutic agents with possible application also as imaging system. In the long range, this approach will allow specific drug delivery with minimal side effect and toxicity in cancer patients. The specific aims of this proposal are: (1) The synthesis and optimization of new CNPs targeting the EGFR that can be loaded with more than one chemotherapeutic drug and further specific chemicals. (2) The analysis of the cytotoxic effects of these novel DDSs using in vitro and in vivo experimental models of CRC and NSCLC for the purpose of generating novel in vivo therapeutic models for the development of next-generation personalized therapy. The long-term goal of the project is the development of NPs for future phase 0/I studies in cancer patients. To achieve these two aims, the experiments will be designed to fully answer the previous questions. 4. Project description 4.1 Activities To achieve these two aims, the experiments will be designed as following: 1. CNPs possess distinct optical, and chemical properties and can be coated with molecular groups carrying out specific functions. Because of this novel feature, we can: (i) prepare Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 188 DDSs with excitable optical properties compatible with living cells; (ii) fully expose all necessary functional groups to the surrounding solution; (iii) easily modify with suitable exogenous chemicals. 2. The molecular target will be the EGFR, one of the most important treatment targets in CRC and NSCLC. As a proof of principle, I will select cytotoxic drugs that are currently used in clinical trials, in particular irinotecan and oxaliplatin in CRC and docetaxel in NSCLC. This is the first time that these systems will be prepared and tested as DDSs. I will test the DDSs on CRC and NSCLC cancer cell lines and mouse models as proof of concept for individualized therapy. 4.2 Methodologies Synthesis and functionalization of CNPS 4.2.1 The synthesis of carbon nanoparticles will be carried out or from carbonization of carbon source like carbohydrate, sucrose, fructose with wither nitric acid, sulphuric acid or phosphoric acid at high temperatures (Scheme 1)[7]. Alternatively, shoot collected from candle or cotton will be oxidised by nitric acid followed by washing and drying [8] . By judiciously selecting the experimental conditions I will be able to produce CNPs with fluorescence in the deep-red region suitable for in vivo applications. HO O Additives HNO3 , HCl or NaOH O n HO OH Hydrothermal Oxidation Carbohydrate (Glucose/sucrose/starch) Emission: visible band n=1 Emission: visible and NIR band n>1 Carbon Nanoparticles (CNPs) Scheme 1. Fabrication of CNPs capable of visible and NIR emission by acid/alkali hydrothermal oxidation (carbohydrate represent glucose, sucrose and starch) 4.2.2. The synthesized particles will be characterised by UV-visible, fluorescence, FTIR, 1H and 13CNMR, HPLC. The size shape and morphologies of the CNPs will be analysed by DLS, AFM, FESEM and TEM. 4.2.3. For therapy, these particles will be covalently conjugated with anticancer drugs to the surface of CNPs (Scheme 2). The synthesized particles will be treated with thionyl chloride or 1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide to activate prior to the reaction with drug. The conjugation of drug with CNPs will be confirmed by NMR, FTIR and DLS. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 189 Peptide with Drug (MTX, Doxo..) Scheme 2. CNP functionalized for drug delivery 4.2.4To target CNPs specifically to the tumor, it will be functionalized with specific antibody (EGFR) by covalent conjugation of amino group of the antibody with the –COOH of CNPs resulting into the formation of amide bond (Scheme 3). Inside the cells, these functionalized CNPs will be imaged by fluorescence and confocal microscope. O COOH C N H H2N CNP Ab CNP with Ab Scheme 3. Antibody functionalized CNP Biological activity 4.2.5. To check the CNP-DDSs efficacy in cancer therapy, we will test them in two CRC cell lines (LIM1215 and SW403) and two NSCLC cetuximab sensitive cell lines (H292 and H322). For a negative control, EGFR will be silenced in the same cells. The goal is to determine the cell viability, immunogenicity and cellular uptake, Cell viability. The cytotoxic effect of MPCDDSs will be assessed by MTT and LDH assays, TUNEL or Annexin V (apoptosis) and propidium iodide (necrosis) in FACS analysis. Pro-inflammatory effect. I will test CNPs effects on human Monocytes, PMNs, Macrophages and Dendritic cells (DCs). We will evaluate cytokines/chemokines gene expression and extracellular secretion and activation of CD80, CD86 and ICAM-1 markers. Cellular uptake. Specific (cancer cells) and aspecific (macrophages and monocytes) free- or endocytosis-mediated uptake of CNP-DDSs will be quantified by using fluorescent CNPs with specific endocytotic markers and pathway drug inhibitors (clathrin/caveolae or dynamin-2 pathways) using time-lapse confocal fluorescence microscopy. The significance of the results will be evaluated by Student’s t-test or ANOVA as appropriate. 4.2.6. In vivo analysis. 1, 5, 10, 50 mg/kg of CNP-DDs will be injected in 8 mice/dose. In the tumor growth inhibition experiment, a group of 8 mice will be analyzed for each experimental point. A total of 4 cell lines will be inoculated in the mice and treated as in the in vitro experiment. For pharmacokinetics, biodistribution and clearance studies with 4 different time points (1, 6, 24 and 48 hours) will be analyzed. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 190 4.3 Expected results We expect that this project will establish the superiority of multifunctionalized CNPs through in vitro and in vivo studies in conjunction to established DDS strategies. CNPs should provide virtually no general toxicity and long circulation times, properties that we will exploit with more complex CNPs to seek out and destroy cancer cells. I will demonstrate the efficacy of this approach using different DDSs on several CRC and NSCLC cancer cell line models. If the experiments are successful and significant reduction in size or elimination of tumors is observed, this will indicate that our CNPs can potentially be translated to human cancer patients. 5. Working program 1. In the first 12 months, a synthetic protocol for the synthesis of fluorescent CNPs with controlled size, shape and optical properties will be developed and the resulting CNPs will be characterized by spectroscopic and microscopic techniques. 2. In the next 12 to 18 months, the synthesized fluorescent CNPs will be conjugated with the anticancer drugs and targeting agent by employing covalent conjugation chemistry. The conjugation of the drug with CNPs will be confirmed by 1H and 13CNMR and FTIR. 3. During the 18 -24 months of the project the testing of the produced DDSs will be carried out in vitro on different cancer cell lines. 4. During the 24 -30 months of the project I will test DDSs in vivo on xenograft mouse models. 5. In the next 30-36 months all the data and results will be compiled and submitted to high impact journals for publications. An overview of the work plan is given in the chart 1 Months Synthesis 6 of Fluoroscent CNPs 12 18 24 30 36 and optimization of experimental contitions Characterization of CNPs with 13CNMR, FTIR, UV-visible, Fluorescence, XPS, AFM and TEM Functionalization of CNPs with suitable drugs and targeting agent Testing of functionalized CNPs in vitro Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 191 Testing of functionalized CNPs in vivo Publications References: [1] P. J. Roberts et al., J Clin Oncol 2011, 28, 4769 [2] W. C. Dempke et al., Lung Cancer 2011, 67, 257 [3] B. Hildebrandt et al., Recent Results Cancer Res 2007, 176, 135 [4] E. C. Dreaden, A. M. Alkilany, X. Huang, C. J. Murphy, M. A. El-Sayed, Chem. Soc. Rev, 2012, 41, 2740–2779 [5] C. S. Yah, Biomedical Research 2013, 24, 400. [6] (a)Y.-P. Sun , B. Zhou , Y. Lin , W. Wang , K. S. Fernando , P. Pathak , M. J. Meziani , B. A. Harruff , X. Wang , H. Wang , J. Am. Chem. Soc. 2006 , 128 , 7756 .(b) S. N. Baker, G. A. Baker, Angew. Chem. Int. Ed. 2010, 49, 6726. [7] S. K. Bhunia, A. Saha, A. R. Maity, S. C. Ray, N. R. Jana, Sci. Rep. 2013. DOI: 10.1038/srep01473. [8] H. Liu, T. Ye, C. Mao, Angew. Chem. Int. Ed. 2007, 46, 6473. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 192 NICOLA CEFARIN Email: [email protected] Title of the thesis: New protocols to process advanced materials for the renewable energy Laboratory: CNR-IOM, Tasc Laboratory Supervisor: Massimo Tormen Tutors (if any): Research Activity foreseen State of the art and motivation Conventional silicon solar cells in the last 40 years were enhanced in efficiency and their production cost was reduced. Despite this positive trend, other photovoltaic technologies and devices are growing up with the purpose to obtain lower-cost and higher-efficiency solar cells.1 As well as the organic photovoltaic devices also the hybrid organic-inorganic Perovskites solar cells have attracted the researcher’s attention. This material is composed by methylammonium halide (organic component) and lead (II) halide (inorganic compound). At the molecular scale the perovskite is present as a single-phase composite, with the crystal structure that is the same of calcium titanate, ABX3, where A indicates the organic component, B the metal element and X the halide part. The organo metal halide perovskites usually exist as pure halide materials or as mixed halide and this depends by the reagents used for the synthesis. The inorganic component forms an extended framework bound by strong covalent or ionic (or both) interactions to provide high carrier mobility. The organic component facilitates the self-assembly of these materials, enabling the composites to be deposited by a relatively simple method.2 In particular, due to their properties, the Perovskites were used as light absorber material and the so based solar cells reached in few years efficiencies near to the 14%. On the basis of the recent achievements, a power conversion efficiency as high as 20% is expected based on optimized perovskite solid-state solar cells.3 The final efficiency of the solar cells is highly related to the device fabrication and to the deposition of the perovskite films as well as the choice of the other working electrode materials and their assembling. The perovskite works as light harvesting layer so its film needs to reach an optimal thickness that permits highly efficient generation of the electron-hole couples. Furthermore the optimal depth of perovskite film prevents the recombination of electrons with the holes before their separation and collection to the opposite electrodes.4 The depth of the film is only one of the many parameters which are important to optimize to obtain high power conversion efficiency. The solar cells, in addition to the before mentioned perovskite layer are composed by other layers or films that play different roles like for example the titanium oxide, which works as holes blocking layer.5 The aim of this PhD project is to fabricate perovskite based solar cell devices, increasing the understanding of the aspects of materials sciences and physics implied as a way to enhance their power conversion efficiency. For the second part of the research it could be necessary to use nanostructured (nanopillars, nanoporous layers, and so on) layers to obtain optimal working device architectures. 1. Snaith, H. J. Perovskites: The Emergence of a New Era for Low-Cost, High-Efficiency Solar Cells. J. Phys. Chem. Lett. 4, 2623–2630 (2013). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 193 2. Dou, S. Y., Yan, L. T., Liu, Y. C., Du, G. & Zhou, P. Preparation and performance of organic–inorganic halide perovskites. J. Mater. Sci. Mater. Electron. 24, 4862–4867 (2013). 3. Park, N. Organometal Perovskite Light Absorbers Toward a 20 % E ffi ciency Low-Cost Solid-State Mesoscopic Solar Cell. (2013). 4. Etgar, L. et al. Mesoscopic CH 3 NH 3 PbI 3 /TiO 2 Heterojunction Solar Cells. J. Am. Chem. Soc. 134, 17396– 17399 (2012). 5. Cho, S. et al. Bulk heterojunction solar cells with internal quantum efficiency approaching 100%. Nat. Photonics 3, 297–303 (2009). Objectives for the three years At the end of this three years PhD project the main goal that would be reached is the fabrication of working solar cells based on perovskite as harvest material. This purpose is surrounded by other secondary aims that are useful to obtain a photovoltaic device with a high power conversion efficiency. Here are reported some aspects of the research project that could be touched during the work: • Obtain micro- and nano-structured materials • Physical properties measurements of the perovskite material: o Charge carrier mobility o Absorption (IR-UV-Vis) o Electronic levels (XPS-UPS) o Crystal structures (XRD) • Micro- and nano-architectures of perovskite based photovoltaic cells • Characterization of solar cells devices: • o Dark and sun simulation (J-V curves) o External quantum efficiency o Studies about degradation and stability of perovskite and other materials Optimization of solar cells devices Objectives for the first year In the first year we will focus our attention on the perovskite materials. Since the final goal is to obtain a perovskite based solar cell with hopefully good conversion efficiency this material will be studied to understand its properties and its behaviors. The work may be summarized in the following list: • Perovskite’s properties learning • Study of other electrode material necessary for the solar cells devices • Perovskites’ synthesis • Film deposition techniques o Spin coating o Evaporation Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 194 o Sputtering • Morphological control of the perovskite crystals • Photovoltaic cells fabrication Research project For the first part of the PhD project, perovskites and the working electrode materials properties will be studied to understand their behavior and to program in a good way the assembling and fabrication processes. The perovskites synthesis will be performed and the final compounds characterized with several techniques (XRD, IR, UV-Vis). Then the solar cells assembling will start with deposition of the various working layers (spin coating, spattering, evaporation) to obtain a functioning device. From this starting point the work will be focused on the manufacturing of nanostructures (RIE patterning, ICP etching) for the optimization of final efficiency. In the end, the initial and the optimized solar cells devices will be tested with a dark-sun simulator that permits to evaluate the power conversion efficiency of the cells. Educational Activity foreseen • Short Winter School on Nano-and Biotechnology, 27-28 January 2014; • Study of books and reviews on the imprinting and lithographic processes and solar cells devices. • Attend to Nanotechnology courses from September. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 195 CESARE GRAZIOLI Email: [email protected] Title of the thesis: Photoionization experiments in the study of energy transfer in nanostructured materials and their precursors Laboratory: Elettra – Sincrotrone Trieste Supervisor: prof. Giovanna Fronzoni Tutor: dr. Marcello Coreno Research Activity foreseen State of the art and motivation The scientific goal of the project proposed hereby is important in the context of research on non-bulk-like properties of nanoclusters, which can provide the inspiration for the development of new nanostructured materials. This project, although oriented to basic research, responds to a fundamental need in the science of nanostructured materials: to create collections of reliable and detailed data about the properties of their building blocks, i.e. the molecules and the clusters. Nanotechnology can have a profound impact on our economy and outlines innovations in areas such as the production of new materials, nanoelectronics, medicine and health, energy, biotechnology and information technology. On the other hand the field of nanotechnology, in addition to the thrust for the synthesis of new systems, also provides a boost for the development of new computational and experimental methods. There are two main types of blocks on the nanometer scale which can be used for the manufacture of devices and applications: (a) one dimensional systems such as nanotubes, nanofibers, and nanowires, or (b) isolated systems such as nanoparticles, nanocrystals and nanoclusters The nanoclusters are an intermediate state of matter between atoms or molecules and solids, ranging in size from sub-nanometer scale to tens of nanometers and are of technological interest in many areas of applied science (e.g. materials science, catalysis, optoelectronics). The study of the optical properties, magnetic and electronic properties of molecules and clusters is of particular interest for the understanding of the physico-chemical properties of macroscopic systems in condensed phase, from the point of view both of the fundamental sciences that application. At SincrotroneTrieste there are several facilities devoted to the study of nanoscience; in particular, the synchrotron beamline GAPH (Gas phase Photoemission ) at Elettra [1] and the experimental station LDM (Low Matter Density ) for experiments with FEL (Free Electron Laser) at FERMI [2] are dedicated to the study the electronic structure of isolated molecules or clusters in the gas phase. In fact the energy and angular distributions of valence photoelectrons obtained with VUV radiation are particularly sensitive to the electronic structure of the outermost molecular orbitals, which are responsible of the chemical bonds and thus form the basis of understanding of the physical and chemical properties of atoms, molecules and clusters. The use of soft X-rays also allows the ionization of electronic core levels, which provide informations on the chemical shifts related to the different positioning of the atoms relative to the surface of the cluster. On the other hand, the theoretical study of the topics dealt with state-of-the-art spectrocopy are guaranteed by the collaboration with the group of Theoretical Chemistry, Department of Chemistry, University of Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 196 Trieste [3]. This allows to describe the excited electronic states of the species studied with the use of theoretical methods able to meet the necessary requirements for accuracy [4, 5]. [1] http://www.elettra.trieste.it/elettra-beamlines/gasphase.html [2] http://www.elettra.trieste.it/lightsources/fermi/fermi-beamlines/ldm/ldmhome-page.html [3] http://www.dsch.univ.trieste.it/~stener/ [4] G. Fronzoni, M. Coreno, M. de Simone, P. Franceschi, C. Furlani, S. Furlan, K. C. Prince, M. Stener and P. Decleva, Phys. Chem. Chem. Phys, 5, 2758 (2003). [5] P. Decleva, G. Fronzoni, M. Stener, M. de Simone, M. Coreno, J. C. Green, N. Hazari and O. Plekan, Phys. Rev. Lett. 95 (2005). Objectives for the three years The scientific objective of the PhD project is relevant in the context of research on the transformation of light into electrical energy or chemical (photocatalysis). In this regard, we intend to study the electronic properties of isolated species of increasing complexity, consisting of organic molecules of aromatic nature and their complexes with metals; the increasing complexity will include also experiments on molecules deposited on surfaces (metallic or semiconducting). The aim is to get up to systems adduct between clusters and organic molecules, which represent a model for the interfaces at the base of nanostructured optoelectronic devices. We will use spectroscopic techniques based on synchrotron and laser radiation,. We will also use a pumpprobe configuration, in order to access the time evolution of the elementary processes and we will expand our study from the measurement of the average lifetime of the excited electronic states to a more thorough investigation of the mechanisms of energy and charge transfer within molecules and molecular aggregates. Objectives for the first year The activities of the first year will concentrate on the characterization with techniques of photon emission and electron emission spectroscopies. These techniques allow to distinguish in a precise way the electronic states involved in the processes of energy and charge transfer that make the test species suitable for applications in photonics and in photocatalysis. Research project This project will begin with the study of free molecules at the Gas-Phase beamline at Elettra. Gas Phase beamline is equipped with an instrument for photoemission experiments on gases; in parallel the project will proceed with the preparation of an experimental chamber equipped with a VG Scienta electron analyzer 200 of the Department of Physics and Astronomy, University in the context of a long-standing collaboration with the above-mentioned University and the group operating at Gas Phase Beamline . This instrument will allow to reduce by an order of magnitude the acquisition time of photoelectron spectra with improved resolution and to observe details that are well beyond the current experimental capacity at Gas Phase Beamline. The electron spectrometer wills allow high resolution studies of molecules in the gas phase, and the study of the interaction of these molecules (or their clusters) with other gases. After the preparation, we will start with the characterization and performance optimization measuring small molecules (like CO and N2). At a later stage, we will consider the research of metal complexes and organic Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 197 molecules . As scientific case for the first experiments we chose to study the ionization of the shake-up in polyatomic molecules. The photoionization spectrum of S2p shake-up of the SF6 molecule has recently been measured during the experiments planned in January and February 2014. The most advantageous configuration consists in excitating with photon energies close to the shake-up thresholds because the spectral structures undergo significant changes due to the so-called "conjugate shake-up transitions”. Thanks to the VG Scienta 200 analyzer, this study will be performed with high resolution and transmission. As a next step, we will studiy the shake-up ionization of the hexafluorobenzene molecule C6F6 at the C 1s and F 1s thresholds, and then extend the study also to of 1,3,5 trifluorobenzene (1,3,5 C6H3F3) and fluorobenzene (C6H5F). The experimental results will be combined to DFT calculations. This research will then be extended to similar molecules, such as pyrimidine, pyrrole, and the corresponding heteroaromatic molecules . To continue along the path of increasing complexity, we will start with a series of measurements on macrocycle molecules which are of great interest in the field of molecular electronics and other technological applications. In particular, we are interested in the study of PAH (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) and phthalocyanines and porphyrins of transition metals. The use VG Scienta 200 analyzer will allow a study of the valence and of the core levels region. A comparison of phthalocyanine, porphyrin and corroles batterioclorine will be very interesting . In preparation for this series of experiments, we intended to equip the main chamber of VG Scienta 200 for the evaporation of solid samples at relatively high temperatures (up to 500 Celsius) . The following figures show the design drawings of a furnace for the evaporation of samples and a liquid nitrogen tank for the cooling of a trap, and the protection of the lenses of the VG Scienta 200 analyzer. The results of gas-phase experiments on this class of substances will be then compared to experiments in the form of films. We plan to carry out photoemission spectroscopy at the valence band and X-ray absorption spectroscopy (XAS) at the C1s threshold: an experiment at beamline D1011 of Max-Lab in Sweden (19 to 26 April 2014) and in an experiment beamline at Elettra ALOISA (scheduled for the second half of 2014). The results will allow a comparison between experimental data and theoretical calculations. Educational Activity foreseen I would like to propose hereby an educational activity that is more oriented on chemistry and that can provide me with a more solid theoretical basis. Having an education on solid state physicist with some experience on surface physics and also on atom and molecular physics, I think that such an activity will be an opportunity to expand my capabilities. For this reason I am attending to a course on “Quantum Chemistry” by Prof. Mauro Stener ; which is a 48 hours course with a few hours of exercises at the end . Moreover, during 2014 I would like to attend two courses by the School of Nanotechnology: the course on Microscopy and the course on “Molecular self-assembling and nanostructures” Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 198 SILVIA DALLA MARTA Email: [email protected] Title of the thesis: “Development of nanostructured substrates for quantification of anticancer drugs in biofluids with Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS).” Laboratory: Raman laboratory, building B, University of Trieste. Supervisor: Prof. Valter Sergo Tutors: Dr. Alois Bonifacio Research Activity foreseen State of the art and motivation The treatment of patients with cancer diseases, or rather the chemotherapy, involves the administration of anticancer drugs. Therapeutic drug monitoring, for example the quantification of anticancer drugs in biofluids, is a fundamental requisite for the success of the treatment. It is therefore necessary to monitor constantly the blood/plasma/serum concentration of the drugs thus adapting the chemotherapic treatment to the patient's metabolism, which is different for each subject. Current methods to monitor the drug concentration in blood employ sophisticated techniques that are highly sensitive and specific, but with the disadvantage of being expensive and time consuming. With this regard, the development of nanotechnological devices and their clinical applications in medicine has increasingly gained value, especially in the context of targeted and personalized, patient-specific treatment. Among the new detection systems sought to detect the concentration of anticancer drugs in biofluids, in particular serum and plasma, Surface-Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) has recently gained growing attention and importance1. The power of SERS relies on the unique spectral signatures characterizing different molecules in a complex mixture, as biofluids, coupled to the enhancement of the Raman signal employing nanostructured substrates, which amplify by several orders of magnitude the intensity of the Raman signal. This makes this technique highly sensitive to the presence of specific molecules present in solution in low concentration2 . Furthermore this technique requires a simple blood sampling from the patient and a Raman spectrophotometer, and, above all, is cheap and fast to use 3 . This research project will be structured to achieve a patient-specific, fast, cheap and very sensitive Point Of Care (POC) tool to monitor in real time plasmatic concentrations of antitumor drugs employing the SERS technique, using different nanostructured materials (simple to make and with a high SERS efficiency). I propose to achieve this goal using different kind of nanoparticles (NPs), for example gold or silver NPs, that are easy to synthetize, relatively cheap end high sensitive as SERS substrate. References: 1. S. Schlücher Ed., Surface Enhancement Raman Spectrscopy: Analytical, Biophysical and Life Science Applications, Wiley-VCH, Singapore (2011). 2. R. Aroca, Surface-Enhaanced Vibrational Spectroscopy, Wiley, Cornwell (2006). 3. Sharma, R.R. Frontiera, A. Henry, E. Ringe, R.P. Van Duyne, SERS: Materials, applications, and the future, MaterialsToday, Vol. 15, No. 1-2 (2012). Objectives for the three years The main objective to achieve in these three years of the PhD is to develop a solid SERS substrate capable, first of all, of separating the anticancer drugs present in biofluids from the complex matrix, which constitutes Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 199 the biofluids. Such substrates should be able to generate a significant enhancing factor for the Raman signal, thus giving an intense and specific SERS signal of the anticancer drugs. One of the main problems is that the anticancer drugs are bound to proteins, present in blood or plasma, through hydrophobic interactions, and is therefore necessary to separate the target molecules from the proteins to detect a SERS spectrum not hidden from the protein signal. Furthermore it is necessary to find a SERS active substrate, as gold or silver nanoparticles (NPs), which is able to give a SERS signal of the target molecules intense enough to be visible and distinguishable also at very low concentrations (e.g. nM), as the anticancer drug are in biofluids. Another problem arises from the high hydrophobicity of these anticancer drugs: this could be tackled studying the chemical affinity with the SERS substrate, appositely functionalized. At last, it will be possible to design a POC device (based on such solid SERS substrate) capable to give a SERS signal of anticancer drugs present in human plasma or blood, quantifying them. In these three years I propose to achieve the followeing objectives: 1. Select and understand what is the best support for a solid substrate (TLC, chromatography filter paper, glass…). 2. Select the best method to deposit the SERS nanostructured substrates on the support (deep coating, inkjet printing, in situ synthesis…). 3. Evaluate the enhancement factor of the Raman signal of the NPs used, and eventually change the shape, the capping or the metal of these, using nanorods, nanostars, silver NPs or gold NPs. 4. Select the best excitation wavelength for each anticancer drug analyzed in this PhD project, that generate the higher SERS signal. 5. Separate the anticancer drugs from the proteins, using for example TLC plates and an eluent capable to denature the proteins. 6. Design the POC tool as a nanostructured material able to separate the drugs from the complex mixture of biofluids and give a SERS signal of the specific target molecule. 7. Make a statistical analysis of anticancer drugs SERS spectra, recorded with these solid SERS substrates. Objectives for the first year In the first year of PhD I propose to reach the following objectives: 1. To find which is the SERS substrate that provides the best enhancement factor, in particular the shape and the kind of metal of the NPs. 2. To find what is the best excitation wavelength between three different lasers (785 nm, 633 nm and 514 nm), in particular which is the laser that provides the lowest fluorescence background, that hides the Raman signals, the best signal to noise ratio and the lowest standard deviation. 3. To find the best method to deposit the SERS substrate on the solid support. 4. To find which is the best support for the nanotechnological device, capable to separate analytes from a complex matrix, as a solution containing drugs and proteins. Research project The main activities necessary to achieve the object of this PhD project, will be the synthesis and the attachment of the SERS substrates on the solid support, the separation of the anticancer drugs from the Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 200 proteins and all the biofluids constituents as well, the design of the device, the detection of the SERS spectra of the drugs with and, at the end, the processing of the data obtained. 1. Bibliographic research: at the beginning of this research project I will do a bibliographic research about Raman and SERS spectroscopy, SERS substrates (e. g. NPs), about the methods to attached the SERS substrates on solid supports (e.g. inkjet printing or deep coating) and the chemical properties of the substrates. 2. Synthesis of SERS substrates: I will synthetize different kind of NPs in a chemical laboratory characterizing them with a UV-Vis Lambda 20 bio spectrophotometer. 3. NPs deposition on solid supports: I will deposit the NPs on different solid supports using, for example, a deep coating method or in situ synthesis method, or the inkjet-printing method. 4. Inkjet printing: in particular I will use this method to deposit the SERS substrate on the solid support. The inkjet printer (a low cost commercial piezo-based Fujifilm Dimatrix INC. printer equipped with refillable ink cartridges) “print” the NPs directly on the support4-5; so I will optimize the ink composition and the experimental conditions as well. 5. Drugs separation through the solid substrates: I will try to unbind the anticancer drugs from the proteins (Albumin) through TLC plates or chromatographic paper, using different eluents to denature and so separate them from the analyte. After that I will try to separate also the anticancer drug in exam from the biofluids constituents. 6. SERS and Raman spectroscopy: the anticancer drugs on the solid SERS substrates will be analyzed with a Raman Reinshaw in Via spectrophotometer equipped with a microscope Leica DMLM with a 10x and 50x objective. Excitation is obtained with a 785 nm diode laser, a 633 nm He-Ne laser and a 514 Ar laser. Data will be acquired using the software Wire 3.2 (Reinshaw). 7. POC tool development: once understood how to obtain an intense SERS signal and how to separate anticancer drugs from a complex matrix, will be possible to project and design the point of care device, which should give a SERS spectrum of the specific anticancer drug presents in biofluids in very low concentration, allowing to quantify the analyte. 8. Data processing: spectra processing, plotting and statistical analysis will be performed using R6, in particular the hyperSpec package7 . Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 201 Activities Tasks 1. Bibliographic research 1.1 Raman and SERS spectroscopy Duration / critical path (months) Year 2 Year 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Year 3 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 1.2 SERS substrates 1.3 Ink-jet printing method and others 1.4 Chemical properties of substrates 2. Synthesis of SERS substrates (NPs) 2.1 Au NPs with different capping or shapes 2.2 Ag NPs with different cappings 3. Deposit of NPs on a solid support 3.1 Manual deposition 3.2 Deep coating 3.3 Inkjet printing 4. Inkjet printing 4.1 Tool learning 4.2. Experimental conditions optimization 4.3 Different substrates deposition 5. Drugs separation through the solid substrate 5.1 Separation on silica plates: TLC 5.2 Separation on chromatographic paper 5.3 Separation of drugs from the Albumin in a PBS solution 5.4 Separation of drugs from the components in biofluids 6. Raman spectroscopy 6.1 Tool learning 6.2. Enhancement factor evaluation 6.3 Drugs Raman analysis 6.4 SERS drugs analysis 7. POC tool development 7.1 Affinity evaluation of chemical components and substrate 7.2. Optimization of different geometry of substrates 8. Data processing 8.1. R and hyperSpec tool learning 8.2. Spectra analysis Figure 1. Grantt diagram. References: 4. Wei W. Yu and Yan M. White, Chromatographic separation and detection of target analytes from complex samples using inkjet printed SERS substrates, Analyst, 2013, 138, 3679-3686. 5. Wei W. Yu and Ian M. White, Inkjet Printed Surface Enhanced Raman Spectroscopy Array on Cellulose Paper, Anal. Chem. 2010, 82, 9626–9630. 6. Core Team R (2013) R: a language and environment for statistical computing. R Foundation for Statistical Computing, Vienna, Austria. 7. Beleites C, Sergo V hyperSpec: a package to handle hyperspectral data sets in R. Educational Activity foreseen For the first year of PhD I plan to follow the curses: • Molecular self-assembling and nanostructures (4 CFU), Morgante, Casalis, Pasquato, Scoles. • Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento (1 CFU), M. Fermeglia, V. Sergo. • R, R studio and hyperSpec package course (5 CFU), Bonifacio. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 202 ELEONORA DE MARTINO Email: [email protected]; [email protected] Phone number: 3334923232 Title of the thesis: INTRACELLULAR DNA DELIVERY USING POLYMERIC NANOPARTICLES FOR LYSOSOMAL STORAGE DISORDERS GENE THERAPY Laboratory: Laboratori integrati di immunopatologia, I.R.C.C.S. Burlo Garofolo Supervisor: Serena Bonin Tutor: Giovanni Maria Severini Research Activity foreseen State of the art and motivation Over recent years, DNA delivery research has become increasingly popular due to its potential therapeutic and medicinal applications. However, for gene delivery trails, adequate vehicles are necessary for efficient delivery of target genes to target cells [1]. Viral vector systems have been commonly used to deliver genes as they allow high transfection efficiency of the target cells without harming cell viability. However, in clinical applications, the use of viral vectors as gene delivery vehicles has several limitations: these systems are expensive to produce, frequently cause infection-related cell damage, and can also induce adverse immune problems [2]. To overcome these limitations, alternative non-viral vector gene delivery systems have been developed, and improving these systems and increasing transfection efficiency has received much attention [3]. A number of DNA carrier systems (liposomes, cell penetrating peptides, cationic polymer conjugates, polymeric nanoparticles) have been explored for intracellular DNA delivery. These are required to cross a series of membrane barriers in order to reach the site of interest within the cells and during this process a significant portion of the DNA molecules can be loosed. These barriers include the DNA cellular internalization by endocytosis; intracellular trafficking and release of DNA into the cytoplasm; cytoplasmic translocation to nucleus or any other cellular organelle, and the nuclear/organellar uptake. Recently, focus has been placed on nanoparticles as potential non-viral vehicles for gene delivery, including PLGA-NPs [4]. PLGA-NPs are internalized into cells through a concentration and time-dependent endocytic process [5]. Cellular internalization of NPs also depends on their particle size and has been shown to affect the gene transfection efficiency of plasmid DNA-loaded NPs. Once the plasmid DNA is entered in the nuclear lumen, genomic integration is mandatory to obtain in dividing cells (including stem cells) stable expression of the gene of interest progeny. Typically, stable genomic integration can be accomplished with retroviral or lentiviral vectors. However, both c-retroviral and lentiviral vectors exhibit preferential integration into expressed genes [6], which increase the risk of insertional oncogenesis and tumor development. The ideal vector should combine the favorable attributes of these integrating viral vectors (i.e., efficiency) while eliminate or, at the least, significantly reduce the inadvertent side-effects such as insertional oncogenesis. Transposable elements (transposons) could potentially offer such an alternative. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 203 During the last decade, a versatile transposon toolkit (Sleeping Beauty, SB) became available to be used as delivery vectors in vertebrates [7]. The SB transposon system consists of two components: the transposon and the enzymatic factor that catalyzes the transposition reaction, namely the transposase. The SB transposon is a mobile genetic element that efficiently transposes between vectors and chromosomes via a “cut and paste” mechanism. During transposition, the transposase recognizes transposon-specific inverted terminal repeat sequences (ITRs) located on both ends of the transposon vector and efficiently moves the contents from the original sites and efficiently integrates them into chromosomal sites. NPs mediated Gene Therapy for Lysosomal Storage Disorders Lysosomal storage disorders (LSDs) have often been considered an ideal model for gene therapy studies due to the availability of a number of animal model and for the need of only partial enzyme correction to obtain a normal phenotype. The major drawback is that the majority of LSD present neurological deficit and this limit the application of most of the current therapy because of the presence of the BBB, which does not allow to viral vectors the entrance in the brain parenchyma from the blood stream [8]. To overcome this problem, the use of engineered NPs able to cross the BBB is proposed in this project. These are obtained by covalently conjugation of an opioid peptide (g7) [9] to PLGA as polymer. The resulting g7-PLGA NPs are able to cross the BBB, making possible a gene therapy approach with nonviral vector also for those LSDs with neurological involvement. The ability of this NPs to cross the BBB after intravenous injection has been demonstrated both in rat and mouse, making this NPs a new and promising biomolecule-delivery tool applicable to a number of neurological pathologies [9, 10]. REFERENCES [1] Lungwitz, U., Breunig, M., Liebl, R., Blunk, T., and Goepferich, A. (2008) Methoxy poly(ethylene glycol)—low molecular weight linear polyethylenimine-derived copolymers enable polyplex shielding, Eur J Pharm Biopharm 69, 134-148. [2] Bergen, J. M., Park, I. K., Horner, P. J., and Pun, S. H. (2008) Nonviral approaches for neuronal delivery of nucleic acids, Pharm Res 25, 983-998. [3] Huang, H., Yu, H., Tang, G., Wang, Q., and Li, J. (2010) Low molecular weight polyethylenimine crosslinked by 2-hydroxypropyl-gamma-cyclodextrin coupled to peptide targeting HER2 as a gene delivery vector, Biomaterials 31, 1830-1838. [4] Bivas-Benita, M., Romeijn, S., Junginger, H. E., and Borchard, G. (2004) PLGA-PEI nanoparticles for gene delivery to pulmonary epithelium, Eur J Pharm Biopharm 58, 1-6. [5] Panyam, J., and Labhasetwar, V. (2003) Dynamics of endocytosis and exocytosis of poly(D,L-lactide-coglycolide) nanoparticles in vascular smooth muscle cells, Pharm Res 20, 212-220. [6] Schroder, A. R., Shinn, P., Chen, H., Berry, C., Ecker, J. R., and Bushman, F. (2002) HIV-1 integration in the human genome favors active genes and local hotspots, Cell 110, 521-529. [7] Izsvak, Z., Chuah, M. K., Vandendriessche, T., and Ivics, Z. (2009) Efficient stable gene transfer into human cells by the Sleeping Beauty transposon vectors, Methods 49, 287-297. [8] Sands, M. S., and Haskins, M. E. (2008) CNS-directed gene therapy for lysosomal storage diseases, Acta Paediatr Suppl 97, 22-27. [9] Tosi, G., Costantino, L., Rivasi, F., Ruozi, B., Leo, E., Vergoni, A. V., Tacchi, R., Bertolini, A., Vandelli, M. A., and Forni, F. (2007) Targeting the central nervous system: in vivo experiments with peptidederivatized nanoparticles loaded with Loperamide and Rhodamine-123, J Control Release 122, 1-9. [10] Tosi, G., Bondioli, L., Ruozi, B., Badiali, L., Severini, G. M., Biffi, S., De Vita, A., Bortot, B., Dolcetta, D., Forni, F., and Vandelli, M. A. (2011) NIR-labeled nanoparticles engineered for brain targeting: in vivo optical imaging application and fluorescent microscopy evidences, J Neural Transm 118, 145-153. Objectives for the three years Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 204 This project aims to assess the efficacy of a novel gene therapy approach in the mouse model of Globoid cell leukodystrophy (GLD) or Krabbe Disease, a disorder due to the deficiency of the lysosomal enzyme Galactocerebrosidase (GALC). It will be based on PLGA nanoparticles (NPs), coated with a short glycopeptides (g7), and loaded with a transposon plasmid including the GALC gene. After systemic administration, these coated-NPs will be able to cross the blood brain barrier (BBB) and enter to the central nervous systems (CNS). Once up taken by neural cells, they will release the plasmid first in the intracellular space and then in the nucleus, leading to genomic integration of the GALC gene. The research project plan will be divided into main tasks: Task 1: in vitro studies. 1. Production of a transposon plasmid containing the luciferase gene and the G418 resistance gene (LucSB plasmid); 2. In vitro studies on CHO cell line to compare the efficiency of transfection using chemical methods or PLGA-NPs; 3. Moreover, after selection with G418 of transfected clones it will be possible to evaluate the efficiency of transposon integration in the cellular genome by quantitative Real Time PCR; 4. Production of a transposon plasmid containing the GALC gene (GALCSB plasmid) and encapsulation in g7-PLGA-NPs; 5. In vitro studies on GALC deficient cell obtained from the animal model for Krabbe Disease (Twitcher mouse) to evaluate the efficiency of transfection, integration and correction of the metabolic defect. Task 2: in vivo studies. The most widely used animal model of GLD is the "Twitcher" mouse. The affected mice, normal at birth, display the first symptoms (tremor) around 21 days after birth (post-natal day, PND 21), and early death at about PND 35/40. The following group of animal will be used: 1. A control group of Twitcher mice will be treated with intravenous injections (tail vein under general anesthesia) of non-g7-coated and g7-coated GALC- NPs. This to confirm that g7-coating is mandatory to allow the BBB crossing. 2. A control group of more Twitcher mice will be treated with intravenous injections of empty g7-PLGA NPs to evaluate the safety of the protocol. 3. A first group of Twitcher mice will be treated with GALC-loaded g7-NPs as early as possible (likely at 12-18 PND) to perform the following analysis: • In situ PCR to identify the plasmid within specific cells and different cerebral districts; • Enzymatic test and immunohistochemistry to evaluate the Galc enzyme production; • Histological analysis of different brain tissues to evaluate and quantify the accumulation of substrates. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 205 4. In case of satisfactory results - namely if the previous treatment group will demonstrate efficacious – another group of Twitchers will be treated with GALC-loaded g7-NPs at 21 PND, once the head twitching appears. All treated mice of this last group will undergo the same assessment schedule: a. Their body weight will be assessed every other day. With PNS and CNS damage progression, mice find increasingly difficult to reach the food and to chew; b. Starting at 30 PND treated mice will be thoroughly neurophysiologically evaluated once a week (Nerve Conduction Velocity (NCV) and Motor Evoked Potentials (MEP)); c. Gait analysis and Rotarod are as simple as informative tests investigating the motor function, and will be considered, if encouraged by mice's clinical conditions; d. Blood tests will be carried out to assess if the toxicity will impair any of the filter organs functions; e. In case of success, behavioural tests will be aimed to assess the memory function too, and the radial or water maze will be performed; f. Sacrifice. As soon as the MEPs are not any longer recordable (in untreated Twitcher mice typically at 32-35 PND), they will be sacrificed and thoroughly evaluated biochemically and pathologically. 5. Assessment schedule post-mortem. Mice will be perfused and fixed and pathologically analyzed (brain, peripheral nerves, and various organs). Explanted and frozen specimens will be used for Psychosine dosage and biochemical analysis by Mass Spectrometry. Objectives for the first year 1. Production of a transposon plasmid containing the luciferase gene and the G418 resistance gene (LucSB plasmid); 2. In vitro studies on CHO cell line to compare the efficiency of transfection using chemical methods or PLGA-NPs; 3. Moreover, after selection with G418 of transfected clones it will be possible to evaluate the efficiency of transposon integration in the cellular genome by quantitative Real Time PCR; 4. Production of a transposon plasmid containing the GALC gene (GALCSB plasmid) and encapsulation in g7-PLGA-NPs; 5. In vitro studies on GALC deficient cell obtained from the animal model for Krabbe Disease (Twitcher mouse) to evaluate the efficiency of transfection, integration and correction of the metabolic defect. Educational Activity foreseen • “Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento”; Prof. Fermeglia, Prof. Sergo, May 2014; • “Microscopies for nanotechnology”; Prof. Cojoc (IOM-CNR), Prof. Kiskinova (Eleettra), Prof. Africh (IOM-CNR), Prof. Vaccari (Elettra); Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 206 • “Molecular self-assembling and nanostructures”; Prof. Morgante, Prof. Casalis, Prof. Pasquato, Prof. Scoles; September 2014; • “Nanomedicine of Cancer Personalized Diagnostics and Therapeutics”; Prof. Scoles, Prof. Cesselli, Prof. Gri, Prof. Africh, Prof. Vaccari; • “Technologies and nanotecnologies for the characterization of biomolecules and cells”; Prof. Lazzarino, Prof.Scaini, Prof.Sbaizero, Prof. Mestroni; • “Nanobiotechnology”; Prof. Pasquato, Prof. Vesselli; September 2014. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 207 MARCOS DOMINGUEZ Email: [email protected] Title of the thesis: Structural and electronic coupling of organic polyand heteroaromatic molecules on inorganic surfaces of oxides and metals Laboratory: IOM-CNR Istituto Officina dei Materiali and ALOISA-HASPES beamline at Elettra synchrotron light source. Supervisor: Prof. Alberto Morgante Tutor: Dr. Luca Floreano Research Activity foreseen State of the art and motivation Due to the demonstrated power conversion efficiency of organic photovoltaics (OPVs) over 10% [1], new design rules to tailor interfaces for optimal exciton dissociation and charge transport are required. With the aim of improving the charge transfer efficiency (in terms of exciton length and charge transfer time), supramolecular assembly can be used to create ordered nanostructures with extended interfaces between active materials [2]. Compelling the system into an artificial coupling geometry [3] is a suitable route to improve the intermolecular electron coupling as well as to achieve directionality. In a bottom-up approach, a suitable choice of the substrate and molecular symmetry can effectively improve the coupling within and among vertically couple layers. Thanks to the planarity of their π-conjugated orbitals, heterocyclic-aromatic dyes and polyaromatic hydrocarbons maximize the overlap with the electronic cloud of metallic surfaces (improving charge injection into electrodes) and display weak interaction with oxide dielectrics, where molecule-molecule interaction drive the molecular assembling [4]. The large anisotropic corrugation of the TiO2 rutile (110) surface can effectively steer the orientation of the molecular overlayers, reducing the number of orientation degrees of freedom. This route can be pursued to trim the adsorption spectrum range for better overlap with the solar one. As an alternative, Au(110) is an archetypal metal electrode, whose capability of steering the molecular orientation is well known [5]. However, the stabilization of molecules in artificially oriented thin films on TiO2 facilitates the modeling of charge transport, since the measurements are not affected by the chemical interaction and static charge transfer observed on a metal substrate. [1] M.A.Green, K. Emery, Y. Hishikawa, W. Warta, E. D. Dunlop, Prog. Photovolt: Res. Appl. 2012, 20, 12. [2] T. Schiros, S. Mannsfeld, C.-Y. Chiu, K. G. Yager, J. Ciston, A. A. Gorodetsky, M. Palma, Z. Bullard, T. Kramer, D. Delongchamp, D. Fischer, I. Kymissis, M. F. Toney, C. Nuckolls, Adv. Funct. Mater. 2012, 22, 1167. [3] T. Schiros, G. Kladnik, D. Prezzi, A. Ferretti, G. Olivieri, A. Cossaro, L. Floreano, A. Verdini, C. Schenck, M. Cox, A. Gorodetsky, K. Plunkett, D. Delongchamp, C. Nuckolls, A. Morgante, D. Cvetko, I. Kymissis, Adv. Energy Mat. 2013, 3, 894. [4] V. Lanzilotto, C. Sanchez-Sanchez, G. Bavdek, D. Cvetko, M. F. Lopez, J. A. Martin-Gago, L. Floreano, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 4664. [5] L. Floreano, A. Cossaro, R. Gotter, A. Verdini, G. Bavdek, F. Evangelista, A. Ruocco, A. Morgante, D. Cvetko, J. Phys. Chem. C 2008, 112, 10794. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 208 Objectives for the three years At present, a rather extended library of molecular templates on TiO2(110) has been studied by my hosting group, which includes poly and heterocyclic aromatics in their homogeneous phases from mono to multilayer film thickness. During my PhD thesis I will start by completing the characterization of these templates (in particular phthalocyanines and porphyrins) by means of Synchrotron radiation spectroscopy (XPS and NEXAFS) and scanning tunneling microscopy (STM). The final goal of the thesis is the study of vertically stacked donor/acceptor mixed films grown under controlled environment (ultra high vacuum conditions) by molecular beam evaporation on organic templates. The first candidate to the mixed phases is C60 (acceptor) coupled to either Metal-phthalocyanine or Metal-porphyrin, which might highlight possible shape-matching preferential coupling [3]. As an alternative acceptor molecule we will consider end-substituted perylenes (e.g. PTCDI and derivatives), to be coupled to planar molecules like metal-phthalocyanines. In general, we will consider suitably functionalized species of these organic molecules in order to tailor the intermolecular coupling geometry (e.g. 4-4 bipyridyl, tert-butyl tetraphenylporphyrin, titanyl phthalocyanine, as examples) and possibly other transition metal oxides substrates, such as the anatase surface of TiO2 and/or SnO, ZnO. Concerning the protocols of growth of the organic templates, bearing in mind that these hydrogen-bond based structures are inherently fragile because of the weak intermolecular interactions, we will possibly pursue the stabilization of the supramolecular 2D network through irreversible covalent bonding of suitably functionalized molecules [6]. So the growth of 3D molecular films will be studied, addressing donor/acceptor (D/A) pairs looking for the preservation of a preferred relative orientation, hence electronic coupling, into a hierarchically stacked thin film. [6] Sedona F., Di Marino M., Sambi M., Carofiglio T., Lubian E., Casarin M., Tondello E., ACS Nano 2010, 4, 5147. Objectives for the first year At this moment my hosting group have made several measurements, evaporating phthalocyanines and porphyrins over TiO2 (110), in ultra high vacuum conditions, and then annealing, as monolayer such as multilayer growths. For the first year we are analyzing this experiments, and complementing with new measurements and techniques, in order to explain the change on XPS and NEXAFS N1s peak observed under annealing. Among the open issues that must be addressed, we observed by XPS a systematic excess of the pyrrolic Nitrogen component in the macrocycle of both phtahlocyanine and porphyrin. This phenomenon is limited to first layer molecules and might be associated with the catalytic properties of TiO2. In addition, the study of the metalation of free-base porphyrins and phthalocyanines has shown that molecules can incorporate Ti atoms from the substrate at unexpectedly low temperature, which is unusual due to the covalent nature of the substrate. In order to better address this two issues we will perform microscopic studies (STM) for comparing as deposited molecules with both metalated and self-metalated ones. Spectroscopic investigation (XPS and NEXAFS) of molecules with different endgroup terminations will be spectroscopically characterized to study the dependence of both excess pyrrolic Nitrogen and self-metalation on the height of the macrocycle over the surface. Tytanyl-phtalocyanines and other Metal-phtalocyanines Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 209 will be also studied for a direct comparison with the on-surface modified (metalated, hydrogenated) free-base homologue. We will eventually consider the evaporation of simpler molecules (e.g. pyrydil derivatives) to get a deeper insight to the Nytrogen interaction with the TiO2(110) surface. Research project Activity 1.- Study of the monolayer of acceptor and donor molecules by means of the spectroscopy, surface diffraction and microscopy techniques. Activity 2.- Study of the vertical stacking of D/A bilayers (electronic and structural properties). Activity 3.- Modeling of the electron dynamics of the monolayers and vertical bilayers. . First year Second year Third year Activity 1 Activity 2 Activity 3 Educational Activity foreseen - Participation to Schools for PhD students in the 2nd and 3rd year, among which the HERCULES school in Synchrotron radiation and Neutron scattering held in Grenoble (4 weeks training). - Period abroad in the CSIC/UPV Centro de Fisica de Materiales (San Sebastian, Spain) under the supervision of Dr. Celia Rogero for a two month staying (during the first year). I will be trained in the use of STM data acquisition and analysis on the organic templates as indicated in the research project. - Compatibly with my periods abroad, I will attend the next courses in the first year: - Microscopies for Nanotehnology. Cojoc (IOM-CNR), Kiskinova (Elettra), Africh (IOMCNR), Vaccari (Elettra). (24 h). - Molecular self-assembling and nanostructures. Casalis (Elettra), Morgante (CNR-IOM), Pasquato (Univ. TS). (24 h). - Corso di fisica delle superfici. A. Goldoni. (16 h). The residual missing hours of PhD courses will be completed in the second year. - My supervisor recommends the study of the following textbooks and articles: - J. Stöhr, NEXAFS Spectroscopy, Springer, 1996. - D. Biggs, J. T. Grant, Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy, IM Publications, 2003. - A. Zangwill, Physics at surfaces, Cambridge University Press, 1988. - U. Diebold, Surf. Sci. Rep., 2003, 48, 5 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 210 ZHIJING FENG Email: [email protected] Title of the thesis: Structural characterization and measurement of the conductance of single molecules and molecular complexes at metal surfaces by low temperature scanning tunneling microscopy Laboratory: IOM-CNR TASC Supervisor: Dr. Carlo Dri Co-supervisor: Prof. Giovanni Comelli Research Activity foreseen State of the art and motivation The development of technologies based on organic molecules is an active area of research. For Instance, organic molecules are in many aspects more versatile than traditional semiconductors, and their integration in electronic circuits is at the basis of new-concept electronic devices, ranging from photovoltaic cells to OLEDs. However, several technological issues have to be faced and solved before some of these devices can be realized and launched on the market. One common limitation of these new technologies is their low efficiency due to the presence of defects in the structures and to the electronic transport properties at the organo-metallic interfaces, on which the functionality of such devices generally relies. To this end, a promising approach is the interposition of a self-assembled monolayer (SAM) between the metal substrate and the functional molecules, where it is known that the charge transport properties of the layer are strongly correlated to the degree of structural ordering [1]. The recognition between functional groups such as amino and carboxyl groups has been recently explored for anchoring the molecules to the underlying layer [2]. In this context, during the three years PhD project, amino-functionalized molecules (e.g. 1- Naphthylmethylamine in fig. 1a) for the metal interfacial layer will be characterized and subsequently carboxyl-terminated molecules (e.g. 4-Aminobenzoic acid in fig. 1b) will be anchored to the SAM, and the amino-carboxyl hetero-architectures will be studied. In particular, an in-depth characterization of the aminocarboxylic interaction at metal surfaces will be carried out. A Low Temperature Scanning Tunneling Microscope (LT-STM) at the IOM-CNR TASC Laboratory, combined with X-ray spectroscopy measurements at the Elettra laboratory, will be used to characterize the amino-functionalized surface and the subsequent the amino-carboxyl hetero-architectures. Simulations based on density functional theory, carried out within collaborations with local theoretical groups, will also support and complement the interpretation of the experimental data. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 211 Figure 1: (a) 1-Naphthylmethylamine with a side amino group. (b) 4-Aminobenzoic acid with a carboxyl group, and also an amino group. [1] N. Karl, “Charge carrier transport in organic semiconductors,” Synth. Met., vol. 133–134, pp. 649–657, Mar. 2003. [2] A. Cossaro, D. Cvetko, and L. Floreano, “Amino-carboxylic recognition on surfaces: from 2D to 2D + 1 nanoarchitectures”, Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 14, no. 38, pp. 13154–62, Oct. 2012. Objectives for the three years In the three years of the project, the milestones are: • Characterizing the structural properties upon self-assembly at the surface of interest (usually gold) of some simple molecules exposing an amino termination out of the surface plane. • Characterizing the amino-carboxyl bond by depositing some planar molecules with amino and carboxyl side groups, studying their self-assembly driven by the presence of the functional groups and, subsequently, attempting to convert the amino-carboxyl bond into a covalent (peptidic) bond by means of STM manipulation, UV or X-ray irradiation, or through a chemical reaction. • Introducing the LT-STM conductance measurements for the first time in the laboratory in order to characterize the electronic transport properties of the molecular junctions of interest. • Anchoring simple molecules with carboxyl groups on the amino-functionalized surface and attempting to image them with the LT-STM and, eventually, measuring the conductance of the vertical hetero-junction. Objectives for the first year For the first year the main objectives are: • Characterizing the structural properties of the SAM of 1-Naphthylmethylamine (NMA) (fig. 1a) on the (111) surface of gold. • Characterizing the amino-carboxyl bond by depositing some planar molecules with amino and carboxyl side groups (4-Aminobenzoic acid and a suitably functionalized tetraphenylporphyrin are foreseen) or some carboxyl-terminated molecules together with NMA, studying their self-assembly driven by the presence of the functional groups and, subsequently, attempting to convert the amino-carboxyl bond into a covalent (peptidic) bond. • Learning to perform LT-STM conductance measurements and subsequently measuring the conductance of the selected single isolated molecules in the tip-molecule-surface system. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 212 Research project As mentioned above, the LT-STM is the main tool used for these three years research project. The STM is the ideal technique to characterize molecule-molecule and molecule-surface interactions of organic molecules at surfaces thanks to its atomic resolution. Moreover, STM is capable of manipulating single molecules and measuring, by scanning tunneling spectroscopy (STS), their electronic properties as well as their vibrational modes through inelastic electron tunneling spectroscopy (IETS). The first step of the project consists in functionalizing a metal surface, typically Au(111), with an aminoterminated SAM. The procedure consists in evaporating suitable molecules under Ultra High Vacuum (UHV) conditions on the metal sample held at a fixed temperature. In this way a precise control of the system properties can be obtained. To this end, as a starting point, 1-Naphthylmethylamine (NMA) (fig. 1a) will be tested as a possible amino-functionalized molecule, and eventually other molecules will be also studied to find the best choice for our task. The structural and electronic properties of the monolayers will be characterized, also with the support of theoretical simulations carried out within collaborations with local theoretical groups. In a second step, the amino-carboxyl interaction will be characterized. Simple planar molecules with amino and carboxyl side groups (e.g. 4-Aminobenzoic acid in fig. 1b) or some carboxyl-terminated molecules together with NMA will be deposited on the surface, studying their self-assembly driven by the presence of the functional groups. Subsequently, the conversion of the amino-carboxyl bond into a covalent (peptidic) bond will be attempted to achieve greater thermal stability of the molecular junction. This conversion will be attempted by means of STM manipulation which allows for injecting (extracting) electrons from the LUMO (HOMO) of the molecules involved in the bonding process, and also UV or X-ray irradiation or some chemical reactions will be eventually used to achieve this goal. Indeed, it is well known that the aminocarboxyl hydrogen bond is the precursor of the covalent peptide bond formation, which takes place via a condensation reaction, and this conversion has been already observed by UV or X-ray irradiation [3]. As a final (and the most challenging) step, the amino-carboxyl interaction will be exploited to vertically anchor the selected carboxyl molecules to the amino-terminated SAM, and their structural properties characterization by LT-STM will be attempted. By means of the LT-STM technique, conductance measurements will be for the first time introduced in the laboratory in order to characterize the transport properties of the molecular junctions of interest. Indeed, the tip probe can be regarded as an atomic-scale electrode which can be used to contact molecular structures in a controlled fashion, therefore allowing to correlate the atomic scale structural information with electronic transport properties [4]. As a starting point, a very simple system, i.e. Au nanowires formed between an Au substrate and an Au STM tip, will be investigated in order to learn how to perform the conductance measurements. In particular, the dependence of the conductance on the tip-sample bias and on the tip-surface distance will be assessed, by comparing our results to the ones reported in the literature. After this necessary, preliminary step, the conductance of the selected single isolated molecules will be characterized in the tipScuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 213 molecule-surface system. Eventually, the conductance of the same molecules within the monolayer will be measured and compared to the previously measured conductance of the isolated molecules. In this way, the role of the chemical environment on the conductance of the single molecule will be assessed. In the ultimate and most challenging step, selected carboxyl-functionalized molecules will be anchored to the aminofunctionalized surface and the conductance of the vertically grown hetero-junctions will be measured with the same technique. On one side, the fruitful ongoing collaboration of the LT-STM group with Dr. Albano Cossaro at the ALOISA beamline will facilitate the important interplay between the STM and X-ray spectroscopic measurements, yielding complementary information on the electronic structure of the systems, allowing for a systematic comparison between the results obtained with these techniques. On the other, the close collaboration with local theoretical groups will add fundamental support from theoretical simulations, in order to obtain precise information on energetic, structural and electronic properties of the investigated systems. [3] G. B. Fields, Solid-phase peptide synthesis. Press, San Diego [etc.]: Academic, 1997. [4] L. Vitali, P. Wahl, R. Ohmann, J. Bork, Y. Zhang, L. Diekhöner, and K. Kern, “Quantum transport through single atoms and molecules,” Phys. status solidi, vol. 7, p. 1-7, Oct. 2013. The project Gantt diagram is in the Excel spreadsheet “Gantt_feng”. Educational Activity foreseen For my educational activity in the first year I'm planning to read the following text book: • Steven W. Smith. The Scientist and Engineer's Guide to Digital Signal Processing. Second Edition. California Technical Publishing, 1999. I'm planning also to attend the following courses organized by the PhD school in Nanotechnology: • Microscopies for nanotechnology (24 hours) • Molecular self-assembling and nanostructures (24 hours) Moreover I’m planning also to attend a LABVIEW hands-on course (24 hours) at Elettra Laboraory. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 214 GRAZIOLI CESARE Title of the project:Esperimenti di fotoionizzazione nello studio del trasferimento di energia in materiali nanostrutturati e nei loro precursori Supervisore: prof. G. Fronzoni Tutor: dr. M. Coreno Progetto di ricerca nell’arco dei tre anni L’obiettivo scientifico del progetto di dottorato è rilevante nell’ambito della ricerca sulla trasformazione di energia luminosa in energia elettrica o chimica (fotocatalisi ed energetica). A tal proposito si intendono studiare le proprietà elettroniche di specie isolate di complessità crescente, costituite da molecole organiche di natura aromatica e da loro complessi con metalli, per arrivare fino a sistemi di addotto tra cluster inorganici e molecole organiche, modello delle interfacce tra substrati organici e superfici metalliche alla base del funzionamento di dispositivi optoelettronici nanostrutturati. Verranno utilizzate tecniche spettroscopiche da radiazione di sincrotrone e laser, dalla cui combinazione in schemi pump-probe si intende avere accesso alo studio dell'evoluzione temporale di processi elementari. Si amplierà così dalla semplice misura della vita media di stati elettronici eccitati, ad un'indagine più accurata dei meccanismi di trasferimento di energia e di carica all'interno di molecole e aggregati molecolari. Lo studio delle proprietà ottiche, magnetiche ed elettroniche di molecole e cluster riveste particolare interesse per la comprensione delle proprietà chimico-fisiche dei sistemi macroscopici in fase condensata, dal punto di vista sia delle scienze fondamentali che applicative. A tal fine l’uso di un fascio supersonico in grado di produrre sistemi isolati, presenta notevoli vantaggi quali l’assenza di contaminazioni o comunque di interazioni con un substrato e la bassa temperatura locale (tipicamente nell’intervallo 5-30 K) che riduce notevolmente la congestione spettrale. La principale sfida connessa con la realizzazione di simili esperimenti è rappresentata dalla bassa densità del bersaglio nei getti supersonici, ed inoltre nel caso dei cluster, dall'ampia distribuzione di taglia degli aggregati presenti. I cluster sono generati in espansioni adiabatiche di campioni ad alta pressione o in sorgenti al plasma a densità talmente basse che le interferenze inevitabilmente presenti nel segnale di fotoemissione coprono il segnale vero. Per questo motivo la maggior parte degli studi con radiazione di sincrotrone si è focalizzata su molecole in fasci effusivi a temperature utili a garantire sufficiente densità del campione e, nel caso dei cluster, su sistemi depositati su superfici, e solo in pochi casi su sistemi isolati in fase gassosa. Il lavoro sperimentale verrà svolto principalmente presso la linea Gas Phase Photoemission (GasPhase) del sincrotrone Elettra, ma potrà anche avvalersi di altre sorgenti di radiazione elettromagnetica. Table-top laser e lampada He(I)/ He(II) potranno essere utilizzati in fase di assemblaggio e caratterizzazione dei rivelatori. Per l'analisi degli elettroni della valenza esterna degli aggregati metallici sarà poi desiderabile l’uso della sorgente FEL di Trieste (FERMI@Elettra), che opera con frequenze (10-50 Hz) simili a quella della sorgente cluster, ma con intensità per impulso ordini di grandezza più elevate del sincrotrone. Verrà sfruttata per lo sviluppo del progetto anche la disponibilità di esperimenti su altre beamlines di Elettra o di altri sincrotroni, soprattutto per tutti gli esperimenti volti allo studio della interazione delle molecole con un substrato e che richiedono un set-up sperimentale per fase solida (vd. esperimenti ad ALOISA e a D1011). Il progetto di ricerca seguirà un cammino di complessità crescente. La spettroscopia di atomi e sistemi molecolari altamente simmetrici (gas rari, N2, CH4, …) permetterà da una parte un’accurata caratterizzazione delle prestazioni nella raccolta di foto-elettroni e foto-ioni in termini di risoluzione energetica ed angolare, e dall’altra consentirà lo studio della dinamica di stati eccitati di core e del ruolo dei fenomeni di correlazione elettronica nei processi di rilassamento energetico. La complessità aumenterà quindi verso sistemi di maggior interesse tecnologico, quali cluster di metalli e composti di molecole aromatiche. Per quanto riguarda lo studio dell'attività catalitica dei cluster, il confronto tra gli spettri di fotoemissione di molecole libere in fase gassosa e di molecole adsorbite sui cluster potrà fornire fondamentali informazioni su magnitudine e natura delle forze intermolecolari; per quanto riguarda i sistemi di molecole aromatiche, lo Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 215 studio si articolerà dai pristine systems fino ad arrivare agli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) e ai composti di coordinazione con metalli. Il lavoro di tesi affronterà anche l’utilizzo di coincidenza elettroneione PEPICO (PhotoElectron PhotoIon Coincidence) per correlare l’energia cinetica delle particelle prodotte dall’interazione tra la luce di sincrotrone e getto gassoso e la completa caratterizzazione dello strumento PEPICO stesso (detector, sistema di acquisizione, analisi dei dati bidimensionali risolti in tempo), nonché dei rivelatori di fotoni complementari. Progetto di ricerca per il primo anno Il presente progetto intende iniziare con lo spostamento di una camera sperimentale equipaggiata con analizzatore di elettroni un VG Scienta 200 del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Università di Uppsåla ed Elettra (Sincrotrone Trieste), nel quadro di una ormai consolidata collaborazione della suddetta Università con il gruppo italiano operante a Gas Phase Beamline. La disponibilità di tale strumento permetterà di ridurre di un ordine di grandezza il tempo di acquisizione di spettri di fotoelettroni con una risoluzione migliorata e di osservare dettagli che sono ben oltre le attuali capacità sperimentali presso Gas Phase. Il trasferimento dello spettrometro di elettroni permetterà studi ad alta risoluzione di molecole in fase gassosa, e lo studio dell'interazione di queste molecole (o di cluster di esso) con altri gas. Dopo il trasferimento, si intende iniziare con la caratterizzazione e l'ottimizzazione delle prestazioni su piccole molecole. In una fase successiva, si considererà la ricerca di complessi metallici e molecole organiche . Come caso scientifico per i primi esperimenti è stato scelto lo studio della ionizzazione degli shake-up in molecole poliatomiche. Lo spettro di fotoionizzazione degli shake-up S2p della molecola SF6 è stata recentemente misurata durante gli esperimenti programmati per primo semestre del 2014 (periodo Gennaio-Febbraio). La configurazione più vantaggiosa prevede l’eccitazione con fotoni di energia prossima alle soglie di shake-up perché le strutture spettrali subiscono notevoli variazioni a causa delle cosiddette “transizioni coniugate di shake-up”. Con l’alta trasmissione e risoluzione dell'analizzatore VG Scienta 200, questo studio è stato eseguito in modo appropriato. Si sono potuti raccogliere 10-20 spettri in un tempo ragionevole, e si è potuta risolvere la struttura spettrale più fine. Come passo successivo abbiamo studiato la ionizzazione di shake-up della molecola di esafluorobenzene C6F6 alle soglie di core C 1s e F 1s, per poi estendere lo stesso studio anche alle molecole di 1,3,5 trifluorobenzene (1,3,5 C6 H3F3) e fluorobenzene (C6 H5F). I risultati sperimentali raccolti saranno integrate da calcoli DFT. Questa ricerca potrà poi essere estesa a molecole simili, come pirimidina, pirrolo, e le analoghe molecole eteroaromatiche. Per continuare lungo il percorso di crescente complessità, si inizierà con misure su una serie di molecole macrociclo che rivestono grande interesse nel campo dell'elettronica molecolare e in altre applicazioni tecnologiche. In particolare, siamo interessati allo studio degli IPA e delle ftalocianine e porfirine di metalli di transizione. L'uso dell'analizzatore VG Scienta 200 consentirà uno studio alta risoluzione sia della valenza, sie della regione di livelli di core. Un confronto tra ftalocianina, corroli porfirina e batterioclorine sarà molto interessante. In preparazione a questa serie di esperimenti, si intende prima attrezzare la camera del VG Scienta 200 per la evaporazione di campioni solidi a temperature relativamente elevate (massimo 500 Celsius). Nelle seguenti figure sono mostrati i disegni progettuali di un forno per le evaporazione di campioni (Figure A-D) e di una serbatoio di azoto liquido per il raffreddamento di una trappola e la protezione delle lenti dell’analizzatore VG Scienta 200 (Figura E). . Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 216 Figure A e B Figure C e D Figura E Considerato l’interesse tecnologico che questa classe di sostanze sta suscitando e l’importanza della loro interazione con un eventuale substrato i risultati degli esperimenti in fase gassosa potranno essere confrontati con esperimenti in forma di film. Abbiamo in programma di effettuare XPS , spettroscopia di fotoemissione banda di valenza e XAS sul bordo C1s sugli strati adsorbiti di questa classe di molecole nel corso di esperimenti programmati per l’anno in corso: un esperimento alla beamline D1011 di Max-Lab in Svezia (19-26 Aprile 2014) e un esperimento alla beamline ALOISA di Elettra (previsto per la seconda metà del 2014). I risultati ottenuti permetteranno un confronto. I risultati ottenuti permetteranno un confronto con i dati sperimentali e teorici in fase gassosa. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 217 JABEEN NAILA Email: [email protected], [email protected] Supervisor: Prof. Alessandro Baraldi Project Title: Investigation of nanoscale properties of graphene-based interfaces for catalytic application With the depletion of non-renewable energy sources, the search for replacements has resulted in great interest in fuel cell applications and consequently the examination and development of new electrode materials. The most important issue which need to be adressed is the integration of new electrode materials to give electrochemically active surface area, faster electron transport and superior ion diffusion. The design and synthesis of highly active ORR catalysts with strong durability at low cost is extremely desirable but remains a challenging task. Exploring new electro-catalysts to enhance the kinetics of the otherwise sluggish oxygen reduction reaction (ORR) represents therefore an important step in the field of renewable energy. The properties of the electrodes are dependent on the type/morphology of the carbon. However, the current catalyst materials are still far from meeting the requirements of combined high catalytic activity, strong durability, and low cost. New strategies to develop efficient ORR catalysts are still desirable. Prior to the potential application of a new electrode material within electrochemistry, basic electrochemical properties and behaviors should first be studied to determine the respective suitability for specific applications. There are two key components to increase the overall device performance, electrode and electrolyte. My focus is on the development of advanced electrode materials and how to design superior electro-catalyst architectures. Graphene doped with heteroatoms (nitrogen, halogens) was prepared using a chemical vapor deposition (CVD) method has shown a high electrocatalytic activity toward ORR. This improvement in ORR activity was attributed to the doped heteroatoms that can polarize the adjacent carbon atoms resulted in net positive/negative charges to facilitate the ORR process.[8] Doped carbon network would improve its ORR activity, because the electronic density of states near the Fermi level of the doped carbon increased. Dopedatoms in the carbon lattice, facilitated electron transfer from the carbon electronic bands to the antibonding orbitals of O2. In this respect graphene is one of the most attractive allotropic form of carbon to be employed as an electrode material for use within fuel cells because of its unique electrical and thermal conductivity, widely applicable electro-catalytic activity. So, better understanding of graphene structural, chemical and physical properties, together with its interactions on different substrates is needed So keeping this in mind I started working on the interaction of graphene on different metal substrates (from highly interacting metals i.e., Ni,Co, Ru to less interacting metals i.e., Ir. This interaction between metal substrates and graphene could further be affected by intercalation. This intercalation would be done by evaporating different metals on the freshly grown grapheme while keeping different annealing conditions. Hopefully, will be able to conclude how we can prepare graphene best suited for electro-catalytic applications and then functionalized graphene (in particular with N atoms) and how it will affect the resultant electrochemical behavior. In particular I intend to explore the heterogeneous electron transfer rates, surface Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 218 coverage, surface state (the presence or absence of various moieties), redox potentials and the accessible electrochemical potential window. Moreover, decorating them with different nanoparticles (mono and bimetallic) to better replace Pt (Pt and its alloys which suffered from methanol crossover/carbon monoxide (CO) poisoning effects and poor operation stability) with the aim of studying particle-size dependent electron transfer processes. Indeed, the basal plane sites are not very reactive and we need to functionalize graphene layers with different NPS combinations (mono and bimetallic NPs) in-order to enhance the electrocatalytic properties of graphene towards the ORR for energy storage and generation applications Among the different experimental technique I’m going to use (from spectroscopy to microscopy) conventional sources (in the lab) or using synchrotron radiation at Elettra will be widely used in the research program during this year. XPS is a powerful technique to exploit the chemical composition of surfaces, interfaces and nanostructured materials. This will help to investigate, in particular, the charge transfer processes at the nanometer scale. Energy levels of the adjacent materials forming the graphene-metal interfaces need to be carefully engineered and XPS is therefore an ideal tool to analyze such structures. In the field of epitaxial graphene XPS has been widely used to understand the growth mechanism, the structural and the electronic properties of quasi-free standing and functionalized graphene layer so XPS will be the major characterization tool. Beside this, the focus in this year will be on literature review and up gradation of the system for the specific needs of the projects in the Surface Science Laboratory. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 219 ARTURO JUZGADO FERNÁNDEZ Email: [email protected] Title of the thesis: Graphene functionalization for biocompatibility Laboratory: Laboratory 157 of Dipartimento di Scienze chimiche e farmaceutice in Università degli studi di Trieste Supervisor: Maurizio Prato Tutors (if any): Research Activity foreseen State of the art and motivation Carbon nanostructures, and in particular graphene, are at the forefront of nanotechnology due to their unique electrical, mechanical and thermal properties and are very promising nanomaterials for many applications.1 Deposited graphene on supports can be functionalized in order to develop a promising tool for the manufacture of electronic devices based, such as biosensors.2 A biosensor is generally defined as an analytical device which converts a biological response into a quantifiable and processable signal3. Immunosensors constitute an important class of biosensor based on selective bioaffinity interactions between an antibody and a specific compound. Graphene is an ideal material for the construction of Field-Effect Transitor (FET) biosensors because it is a zero-band gap semiconductor, and the band gap can be tuned by surface modification 4 . Graphene has also been used in electrochemical biosensors because it is an excellent conductor of electrical charge and heterogeneous electron transfer occurs at the edges of the graphene or at defects in the basal plane.5 Objectives for the three years The aim of this project is to obtain a graphene-based immunosensor, able to recognize cancer-cell markers, in a highly sensitive and selective way. For this purpose, an specific antibody for the target molecule can be attached to a free primary amino-group of an organic chain attached to deposited graphene on a support, as ITO. A summary of objectives is: • Synthesis, characterization and optimization of the synthesis of functionalized graphene with organic molecules which have a free primary amino-group. • Assembly of the antibody to the free amino-groups of functionalized graphene. • Deposition of graphene on supports. • Analytical assays for the detection of target molecule. • Assays with biological samples. Objectives for the first year During the first year, the main goal is to optimize the functionalization of graphene, using organic molecules chains, with a protected amino-group at the end. After deprotection of the amino group, antibodies could be attached to obtained free primary amino-groups. The attachment of these molecules to graphene will be 1 a) Zhu, Y.; James, D. K.; Tour, J. M. Adv. Mater. 2012, 24, 4924. b) Park, S.; Ruoff, R. S. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 217. 2 Pumera, M. Materials Today 2011, 14, 7 3 Lowe C. R., Trends in Biotechnology, 2, 59, 1984 4 Wallace, P. R., Phys Rev (1947) 71, 622. 5 Pumera, M., Chem Soc Rev (2010) 39, 4146 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 220 obtained by carrying out reactions as 1,3-dipolar cycloaddition, addition of diazonium salts or addition of disulfides. All the objectives expected to be achieved this first year are: • Synthesis of organic chains which will be attached to graphene. • Functionalization of graphene, and optimization of the reaction conditions. • Characterization of functionalized graphene. • First approach to the assembly of antibodies to functionalized graphene. • First approach to the deposition of graphene onto ITO. Research project • The first task to carry out is the synthesis of the organic molecules necessary to link the graphene sheets and the antibody. Every synthesized molecule will be purified and characterized. • Second task will be the functionalization of graphene with these synthesized organic molecules. Every sample will be characterized by common methods, such as thermogavimetric analysis (TGA), Raman spectroscopy or Transmision Electron Microscopy (TEM). • Next tasks are the parallel trials for assembly of the antibody to graphene and the deposition of graphene onto supports, as ITO. • Once optimized both steps, the task to carry out is the assembly of antibodies to deposited graphene on the support. • Analytical tests with the biosensor should be carried out to guarantee its sensitivity and selectivity for the desired target. • Once all analytical parameters are studied, last step will be the study with real samples. An expected timetable for these tasks is following: Graphene functionalization Educ ation al Activi ty fores een Organic synthesis Doctor Analytical assays using biological samples Analytical assays with biosensor Assembly of antibodies to desposited graphene Deposition of graphene Assembly of antibodies Jan-14 Jun-14 Dec-14 Jun-15 Dec-15 Jun-16 Dec-16 al courses expected to be taken during the first year: • Molecular self-assembling and nanostructures. 24h (School of Nanotechnology) • Microscopies for nanotechnology. 24h (School of Nanotechnology) • Hybrid organic-inorganic nanoparticles. 6-8h (School of Chemical and Pharmaceutical Sciences and Technologies) Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 221 ALESSIA MATRUGLIO Email: [email protected] Title of the thesis: Development of a graphene-based nanoelectromechanical sensor with functionalization of graphene for extremely sensitive protein detection. Laboratory: Istituto Officina dei Materiali Supervisor: Marco Lazzarino Tutors (if any): Simone Dal Zilio Research Activity foreseen State of the art and motivation Nanoelectromechanical resonators are widely used as mass sensors because of their high sensitivity. Several studies demonstrated that suspended microcantilevers can be used as resonators for the measurement of the masses up to the order of zeptograms ( ) [1]; in this way it is possible to make weight measurement of individual nanoparticles, single bacteria and proteins adsorbed on the resonator in vacuum. Particles suspended in solution settle on the resonator and result in a shift of the resonance frequency that depends on the mass of the molecule and on its position along the resonator; analyzing the shift of the resonance peak, it is possible to identify the weight of the particle adsorbed [2]. However, the molecule located on the microcantilever, causes an increase of the stress surface and this aspect induces stiffening of the structure [3]. Recently, it was shown that vertical microstructures (micro-pillars) solve the problem, because they allow the localization of the adsorbed mass at the free end of the pillar, avoiding the stiffening of the structure and guaranteeing a linear dependence between the added mass and the change of frequency [4]. In recent years, several studies are moving towards the combination of Nanoelectromechanical System (NEMS) with graphene, because of exceptional mechanical and electrical proprieties of graphene, which make it ideal as a resonator. The high stiffness provides high resonant frequencies and the low mass provides an excellent mass sensibility; the impermeability allows measures in liquid environment [5]. Functionalization of graphene with organic and inorganic material has also been proposed [6], and this may provide an alternative approach to the control of its electrical properties. The realization of graphene-based resonator will lead to the development of a device capable of a real-time detect of individual proteins with extreme sensitivity and will open the way for a new, amazing class of biosensors. [1] Y. T. Yang, C. Callegari, X. L. Feng, K. L. Ekinci, M. L. Roukes. Zeptrogram-Scale Nanomechanical Mass Sensing. Nano Lett, 2006. Vol. 6, no. 4. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 222 [2] M. Lazzarino, E. De Marchi, M. Bressanutti, L. Vaccari, S. Cabrini, C. Schmid, R. Poetes, G. Scoles. Twin cantilevers with a nano gap for single molecule experimentation. Micr. Eng. 83, 2006, 1309-1311. [3] J. Tamayo, D. Ramos, J. Mertens, M. Calleja. Effect of the adsorbate stiffness on the resonance response of microcantilever sensors. Appl. Phys. Lett. 89, 224140, 2006. [4] M. Melli, A. Pozzato, M. Lazzarino. Inverted tapered pillars for mass sensing. Micr. Eng. 87, 2010, 730733. [5] M. J. Allen, V. C. Tung, R. B. Kaner. Honeycomb Carbon: A Review of Graphene. Chem. Rev. 2010, 110, 132-145. [6] M. Quintana, E. Vazquez, M. Prato. Organic Functionalization of Graphene in Dispersions. Acc. Chem. Res. 2013, Vol. 46, No 1, 138-148. Objectives for the three years The objectives for the three years are to combine the extraordinary proprieties of graphene with the NEMS sensing approach in order to identify single molecules directly in solution and to develop a new class of biosensors. The project will be developed in the following phases: • Realization of the graphene-based device • Characterization of the device • Functionalization of the graphene • Characterization of functionalized graphene • Integration of the device in a microfluidic system • Investigation of biological samples. Objectives for the first year The objectives for the first year are the realization of the graphene-based device and electromechanical characterization of the device. Objectives will be achieved according to the following steps: • Realization of graphene by mechanical exfoliation • Realization of the contacts and cavity and integration of the graphene, in order to obtain a drum resonator. • Electromechanical characterization of the device by piezoelectric actuation, SEM and AFM analysis, Raman Spectroscopy. Research project Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 223 The first step for the realization of the graphene-based resonator, is the realization of graphene obtained by mechanical exfoliation from graphite, realized by peeling with scotch tape technique. The obtained sheets will be transferred by pressure on a silicon wafer covered with a bilayer of PVA-PMMA. The detection of graphene will be obtained by the use of an optical microscope ad a program specially written in MATLAB and by Raman spectroscopy. After the removal of the PVA film with water, a micropositioning system will be used and the graphene will be aligned with a set of electrical contacts and a cavity, to form a drum resonator. These structures will be achieved using lithographic methods. In this way, the graphene will create a sealed area from one side and from the other side will be in direct contact with the analyte in a liquid environment. The characterization of the device will be provided by AFM and Raman analysis; also the electromechanical characterization of the device will be achieved by piezoelectric actuation, going to measure the conductivity of graphene. In the next step, graphene will be functionalized with organic molecule receptor; biotin-avidin system will be used like recognition marker and can investigate the sensitivity and the dynamics of the sensor. The characterization of graphene functionalized, will be achieved by AFM. Then the graphene-based device will be integrated in a microfluidic system, fabricated by lithographic methods. Detection of different molecules will be investigated through the analysis of the oscillations of the graphene using an antibody-antigene recognition. Graphene oscillations will be driven using a capacitive interaction and will be monitored with conductivity measurements. A phase locked loop system will be realized using LabVIEW to control the actuation. Finally these devices will be applied to investigate biological samples. Educational Activity foreseen During the first year, the educational activities proposals are: • Attendance of courses at the University of study of Trieste: “Molecular self-assembling and nanostructures”; “Microscopies for Nanotechnology”; “Technologies and nanotechnologies for the characterization of biomolecules and cells”; “ Nanomedicine of Cancer Personalized Diagnostics and Therapeutics”; “Menagement of research and knowledge of research systems and financing systems”. • Activities of practice in laboratory for the realization of the objectives for the first year. • Workshop on “Surfaces, Interfaces and Functionalization Processes in Organic Compounds and Application” that will take place in Trieste, June 25-27 2014. • Participation in other meeting , school conferences and activity reports. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 224 MICHELE PIANIGIANI Email: [email protected] Title of the thesis: “Nano imprinting – Lithography ultra fast process and his chemical and physical effects on advances plastic materials” Laboratory: TASC – CNR/IOM, Area Science Park, Basovizza - Trieste Supervisor: prof. Valter Sergo Tutors (if any): dr. Massimo Tormen, dr. Alessandro Pozzato Research Activity foreseen State of the art and motivation Typically the thermal NIL (Nano Imprinting Lithography), is performed by a hydraulic-press equipped with hot plates. The sample, with a deposition of a polymeric layer on surface, is inserted, with the master, between the plates and it is heated up to a temperature greater that the Tg (Glass Transition Temperature) of about 50-70o C (Typical temperature for NIL process: 80 oC<T<220 oC, depending by materials) to obtain viscosity such as to make polymer flow in cavity of master (typical time 10 seconds - 10 minutes). The process can be summarized in: • Heating: To heat a sample and a masters of nearly 12 cm3, you have to heat entire mass of the hot plates (with large thermal capacity) and this requires 10 or more minutes. • Application of pressure: nearly 50-100 bar • Diffusion: Time depends of size and shape of the structures, material viscosity etc. (5-10 minutes) • Cooling: The cooling process requires 5 or more minutes. When temperature is under Tg (about 20°C) is possible to release the pressure. In conclusion a typical Thermal NIL needs 20-30 minutes for any sample (plus preparation time of sample and master)[1]. With ultra fast process the heating is obtained by dissipating the energy of a short pulse of current flowing as a uniform sheet in a resistive layer buried just below the micro-structured surface of the stamp. With short duration pulses (in the range of 1-100 us), it is possible to heat efficiently the stamp surface and the resist film by heat diffusion, without heating the entire stamp substrate [2]. [1] “Nanoimprint lithography: An old story in modern times? A review” Helmut Schift, Journal of Vacuum Science & Technology B 26, 458 (2008) [2] “Fast thermal nanoimprint lithography by a stamp with integrated heater” Massimo Tormen et al. ed. Elsevier, Microelectronic Engineering 85 (2008) 1229-12932 Objectives for the three years • Study of technological aspects of ultrafastNIL. • Nano structuring of various materials: Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 225 • o Dielectric materials o Biological materials o Metals o Glass o Papers o Woods o Tissues Characterisation of chemical and physical alterations of nano structured (with ultrafastNIL) materials. .Objectives for the first year • Design and assembly of new machine for ultrafastNIL • Studies and test of electrical contacts. • Testing on some materials (Polymers, Metals, Glass) Research project 2014 Activity 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Working Plan 1: Design and assembly of new machine Task 1.1: Executive drawings Task 1.2: Assembling process Working Plan 2: Studies and test of electrical contacts Task 2.1: Normal contacts Task 2.2: Assembly of master's contacts soldering station Task 2.3: Back side contacts Task 2.4: Recessed contacts Working Plan 3: Testing on materials Task 3.1: Polymers 3.1.1: PC 3.1.2: PMMA 3.1.3: PDMS 3.1.4: PET 3.1.5: PVC 3.1.6: ABS Task 3.2: Metals Task 3.3: Glass Task 3.4: Other materials Educational Activity foreseen • Period of study (duration: 6 months) at one research institute or University of EUA (European University Association). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 226 GIULIO PIPAN Email: [email protected] Title of the thesis: Printed Electronics: study of photon-matter interactions and electron mobility in organic semiconducting single crystals printed on nanostructured substrates. Laboratory: Small Lab (Sincrotrone-Elettra); Nanotechnology lab (UNITS, ed. B, 2nd floor, room 209ST) Supervisor: Alessandro Fraleoni Morgera Tutors (if any): Research Activity foreseen State of the art and motivation Organic semiconducting materials form the basis for state of the art flexible electronic devices and continue to attract great deal of attention due to their exceptional electronic and optoelectronic properties [1]. Organic semiconducting crystals are one of the special types of organic semiconductors, exhibiting high chemical purity with defectless structure and thus unique electronic properties. Evidently, the charge mobility in devices with organic crystals has already surpassed the same that of devices with amorphous silicon [2]. In addition, anisotropic (direction dependent) electronic and optical properties of organic semiconducting single crystals (OSSCs) are one of the notable features, which make these materials attractive for a range of electronic\optoelectronic applications [3]. Probing the interactions of electromagnetic radiation with organic semiconducting materials is pivotal to promote organic materials to next generation electronics [4,5]. Hitherto, most of the works concern the interaction of photons of visible and non-ionizing radiation with organic materials. Recently, we reported highly sensitive ionizing radiation (such as X-ray) detectors with OSSCs and demonstrated their viability for practical applications [2]. OSSCs are particularly suitable for this purpose due their beneficial features such as i) solution based preparation strategy and processability; ii) linear response to ionizing radiation with wide energy range; iii) high reproducibility; iv) significantly short response time (< 70 ms); v) air, oxygen, and photostable. Presently, OSSCs are grown using solution-based techniques like vapor diffusion, solvent evaporation, slow cooling and supercritical solvent methods [6]. The solvent evaporation method is one of the facile methods to prepare crystals, which allows to exploit printing techniques, such as ink jet printing, well suited to practical applications [7]. Ink jet printing is a cost-effective and industrial technique to print materials over large areas. However, preparation of suitable inks for single crystals growth with appropriate physical characters (viscosity, solvent polarity, temperature, additives or pigments, etc.,) for printing processes is a bottleneck for their wide applications [8]. Thus, developing and comprehending the methods to print OSSCs on a variety of substrates, including nanostructured matrices, is highly demanding to prepare flexible, efficient and low-cost ionizing radiation detectors. Bibliography: [1] S. R. Forrest et al., Nature, 2004, 428, 911 [2] B. Fraboni et al., Adv. Mater., 2012, 24, 2289 [3] D. Braga et al., Adv. Mater., 2009, 21, 1473 [4] J. Wang, J. Et al., J. Photochem. Photobiol. C, 2013, 17, 69 [5] M. Jørgensen. et al., Sol. Energ. Mat. Sol. C., 2013, 119, 84 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 227 [6] Hui Jiang et al., MRS Bullettin, 2013, 38, 28 [7] H. Minemawari et al., Nature, 2011, 475, 364 [8] A. Singh et al., Cryst. Eng. Comm., 2011,13, 24 Objectives for the three years The main objectives of my research works are, • Developing a strategy to print organic crystals on conventional substrates. • Developing and optimization of methods to prepare ink with appropriate organic molecules, suitable for ink jet printing. • Printing OSSCs on conventional substrates and nanostructured matrices. These objectives will be achieved in collaboration with my colleague Dr.ssa Mirta Sibilia, who works simultaneously on solution based crystal growth strategies. Objectives for the first year The objectives of my research work during year I are, • Screening of OSSCs suitable for X-ray detection, based on literature reports. • Establishing appropriate conditions to print organic molecules using ink jet printer. • Developing strategies to prepare suitable OSSCs based inks for ink jet printing. Research project The foreseen research activities during my PhD program have been divided into no. of tasks for the ease of monitoring the progress of the research. Each task has a specific objective and share equal importance with others. The tasks are the following: Task 1: Literature survey on OSSCs, ionizing radiation detectors and printing technologies Acquiring specific knowledge on OSSCs, detectors and ink jet printing is pivotal to carry out the project, which also extends the boundaries of my subject expertise. This task will be carried out primarily in the early stages of my research program and however, will be continued throughout the project along with other tasks. Task 2: Formulation and optimization of OSSCs based inks OSSCs suitable for X-ray detectors will be screened and new inks, suitable for ink jet printer, will be formulated with potential organic molecules forming single crystals. Further, the formulation process will be optimized based on intrinsic and external properties of organic molecules and substrates, respectively. Task 4: Probing interactions between OSSCs and nanostructured substrates Study of interactions between OSSCs and a variety of matrices is quintessential to monitor the changes in electronic and optical properties of the printed organic molecules, which indirectly determines the efficiency of the devices. Thus, these interactions will be probed with optical, microscopic and electrochemical analytical techniques. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 228 Task 5: Fabrication of prototype detector devices The know-how obtained from above tasks with be exploited to fabricate prototype detector devices based on OSSCs and nanostructured matrices through ink jet printing method. Task 6: Preparation of PhD thesis The whole research activities carried over and results obtained during my PhD research period will be compiled and written appropriately. Gantt chart describing the schedule of each planned tasks with in the course duration is given below Year I Year II Year III Task 1 Task 2 Task 3 Task 4 Task 5 Task 6 Educational Activity foreseen During my first year I must to learn how to create good inks for Industrial printing, for this proposal I will read all the books that I can find in library like: -The Cemistry of Inkjet Inks ; Sholomo Magdassi ; World Scientific, 2010. For the educational activity I would like to participate at the courses that are listed below: - Microscopies for Nanotechnology; Cojoc (IOM-CNR), Kiskinova (Elettra), Africh (IOM-CNR), Vaccari (Elettra); 24h. - Molecular self-assembly and nanostructure; Morgante, Casalis, Pasquato, Scoles; 32h. - Rheology of Complex Systems; Prof. Romano Lapasin (this course is doing during the 2013 I hope that is redo during this year); 20h. - Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento (Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie); M. Fermeglia, V. Sergo; 8h. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 229 CANDIDATE MIRTA SIBILIA Email: [email protected] Title of the thesis: Organic semiconducting single crystals growth on nanostructured matrices Laboratory: Organic OptoElectronics Laboratory Supervisor: Dr Alessandro Fraleoni Morgera Tutors (if any): Research Activity foreseen State of the art and motivation Organic semiconductors are organic materials that display electronic and optical properties similar to conventional inorganic semiconductors (as Silicon, Gallium, etc.), with an actual bandgap. Their characteristic features such as abundance, ease of processability and environmentally benign nature are highly demanding and show significant potential to produce transparent, flexible, high throughput, low-cost electronic/optoelectronic practical devices. Organic semiconductors have been studied for decades and they form the basis for the production of organic photovoltaics (OPVs), organic light emitting diodes (OLEDs) and organic field effect transistors (OFETs). In OFETs, the organic semiconductor layer is constituted by either a thin film (Thin Film Transistors, TFTs), essentially a polycrystalline layer, or a single-crystal (SC-FETs). A decade of research in TFTs has produced impressive results in terms of charge mobility. However, further progress is limited by the morphology of the polycrystalline thin layer: disordered molecular orientation and grain boundaries affect the charge mobility and many other device characteristics, limiting the potential application of these devices. On the other hand, single crystals have been intensively studied in recent years, allowing significant progresses in the performances of SC-FETs and, in addition, permitting a deeper comprehension of the charge transport mechanisms. In particular, the devices fabricated using OSSCs show carrier mobilities exceeding tens of cm2 (Vs)-1 , greater than an order of magnitude that of the best TFTs. Moreover, the SC-FETs are characterized by an unprecedented level of performance and reproducibility for OFETs. Thus, OSSCs are now viewed as practical and commercially viable components for electronics device like transistors and sensors. Among several potential applications of OSSCs, the most explored ones are OFETs, but recently an interesting possibility for a practical use of OSSCs also in the field of ionizing radiations has been described. However, before being able to actually use OSSCs in practical devices, a number of hurdles have to be overcome, like obtaining single crystal outside the quasi-equilibrium conditions. Achieving this may offer possibilities to exploit OSSCs in industrial level devices productions. Objectives for the three years The main project goals are: • comprehension of the single crystal growth mechanism and its dependence of chemical-physical parameters such as operable temperature range, solution composition and concentration, viscosity, etc, • Understanding and manipulation of the relation between molecular structure and the functional properties of the OSSCs, • Investigation of the influence of nanostructured surfaces on the crystal growth; Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 230 The so-gained know-how will be used to grow single crystals on defined locations in nanostructured matrices and also to realize OSSCs matrix on flexible substrates, that could be used as a novel X-rays detector with functionalities up to now not available with conventional systems. Objectives for the first year The main objective of the first year is to grow OSSCs from solutions and to establish standard procedures. This can be achieved by tuning: • internal solution parameters (temperature, concentration, solvent polarity, additives, viscosity, etc.,) • external solution parameters (interactions between solvents/substrates, surface properties of the substrates, shape of the substrates, etc). The so-obtained formulations will be used to grow self-standing single crystals that will be tested for X ray response. Research project A first step of crystal screening will be carried out by growing the crystals with lab-scale methods (like slow solvent evaporation in closed vessels). The crystal growth process will be carefully studied by controlling various parameters such as, structure and functional groups of organic molecules, solvents, temperature, and concentration to prepare single crystals with appropriate functional and electronic properties, suitable for detector devices. The so-obtained data will be carefully analyzed, in an attempt to establish growth models for functional OSSCs. The photophysical and electrical properties of these crystals will be also investigated using various spectroscopic and electrical characterization techniques, aiming at exploring possible crystal structure/functional property correlations. In order to validate the so-acquired knowledge, prototypes of Xrays detectors based on the most promising crystals (in terms of electrical/optical properties) will be fabricated and tested. A more detailed definition of the project organization is shown in the following Gantt’s diagram: ACTIVITY 1°YEAR 2°YEAR 3°YEAR T_1 T_2 T_3 T_4 T_5 where T_1, T_2, T_3, T_4 and T_5 are the Tasks, that will be pursued spanning the temporal frame defined above. T_1: screening of organic molecules suitable for crystals growth from solution and setup of a crystal library T _2: investigations over the role of nanostructures-modified substrates in promoting/affecting crystal growth T_3: fundamental characterization of the selected crystals T _4: Modelling of the crystal growth Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 231 T _5: Writing the PhD thesis. The data obtained will be carefully analysed and processed, and the PhD thesis will be written. Educational Activity foreseen PROFESSOR LESSON PhD SCHOOL HOURS F. Parmigiani A. Goldoni Advanced Spectroscopy of Solids Corso di Fisica delle superfici PHYSICS PHYSICS 32 16 Gestione della ricerca e della conoscenza dei sistemi di ricerca e dei sistemi di finanziamento NANOTECHNOLOGY n.r. Microscopies for Nanotechnology NANOTECHNOLOGY 16 Molecular self-assembling and nanostructures NANOTECHNOLOGY 24 M. Fermeglia, Sergo V. Cojoc (IOM-CNR), Kiskinova (Elettra), Africh (IOM-CNR), Vaccari (Elettra) Morgante, Pasquato, Casalis, Scoles Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 232 Name: CRISTIAN ALEXANDRU TACHE Email: [email protected] Title: Associating ferroelectrics and graphenes for nano-catalysis Laboratory: Surface Science Laboratory, Elettra-Sincotrone Trieste Supervisor: Prof. Alessandro Baraldi The main purpose of this Project is to investigate the potential for catalysis of ferroelectric surfaces in combination with graphene, in order to provide relevant information about chemical and physical properties (e.g. adsorption energies, bond strengths, energetic barriers, reaction pathways, selectivity) for practical applications in industrial processes. Associations with more complex systems, such as standard nanoparticles used in catalysis (Au, Pt, Pd) or in photocatalysis (TiO2) will also be foreseen. As prototype substrates, we intend to work mainly on PZT and BTO synthesized by pulsed laser deposition. As tests of applicative potential, once a remarkable catalytic process will be identified and explained, we will turn towards less expensive preparation processes of ferroelectrics, such as ceramic sintering or sol-gel techniques. Analysis will be primarily performed by using high-energy resolution photoelectron spectroscopy at the SuperESCA beamline of Elettra, with its extensions such as photoelectron diffraction for precise assessment of adsorption geometries and local modifications of the substrate, or angle-resolved ultraviolet photoelectron spectroscopy for experimental investigations of the band structure. Molecular reactions will be assessed also by photoelectron spectroscopy combined with mass spectroscopy. There is also potential for investigations of photocatalytic properties of ferroelectrics since uncompensated ferroelectric layers act as a natural charge separator and concentrator towards the surface; therefore, chemically active electrons or holes last longer and are present in larger concentrations at the surfaces. This is practically eased to be achieved in a vacuum chamber connected to a synchrotron radiation beamline, by using an additional UV lamp together with the Xray beam for investigation. A second aim of this Project is to associate noble metal nanoparticles with ferroelectric surfaces. It’s seems like small nanoparticles may have ionization energies considerable below the Fermi energy of the substrate; therefore negatively charged nanoparticles may be obtained readily. But this process needs to be investigated in more details, by size selection of nanoparticles prior to their deposition on the substrate. A source of size selected clusters, which is currently under development at the Surface Science Laboratory of Elettra, will be used, and the obtained isolated nanoparticles deposited on surfaces will be investigated by photoelectron spectroscopy, to assess their charge state, and by microscopic investigations (SPM, SEM) to derive their dimensions and size distribution. Once these systems will be characterized, the same test reactions will be used to account for their catalytic performance. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 233 In present we observed that is not so easy to grow graphene on an ferroelectric substrate with the existing tools from the SuperESCA and the Beam Epitaxy Cluster-system of the Romanian Institute of Material Phisycs which has been recently transferred to Trieste. So, in the first year of PhD program we will try to design and characterize new carbon evaporators based on solid graphite using annealing techniques for growing graphene. This new system we will try to test not on the ferroelectric substrate but on a variety of metallic substrate such as Ir, Ru, Pt, etc. for which methodologies are well known. Firstly we will try to grow single layers on this substrate and then we will try to test growing double layers of graphene on the iridium and ruthenium substrate, a process which is inhibited by using the standard procedure of hydrocarbon dissociation. With this tests we will try to make a main idea for understanding the growing mechanism of graphene, with the new growing devices, on the ferroelectric substrate, which is the main focus for this project. In conclusion, my Project aims to investigate the catalytic properties of (i) ferroelectric thin layers, which will be prepared in Trieste (SuperESCA beamline and Surface Science Laboratory at Elettra-Sincotrone Trieste) and at the National Institute of Materials Physics-Romania; (ii) graphene layers, with its variants such as GO, rGO and nitrogen-doped graphene; (iii) associations of graphene with ferroelectrics. Eventually, oxide nanoparticles or noble metal clusters will be associated, with the aim of increasing their catalytic activity by tuning their ionization states. Efforts will be made to synthesize size selected nanoparticles and, globally, all experiments will aim to understand the interplay between catalytic activities and molecular reaction pathways and the structural and electronic properties of surfaces, as investigated by photoelectron spectroscopic techniques and by scanning probe microscopy. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 234 CANDIDATE LUCA VIALE Email: [email protected] Cellphone: 3407874302 Title of the thesis: Comprehension of the mechanisms which governs the effects of nano-materials towards biological systems Comprensione dei meccanismi che governano effetti potenzialmente negativi dei nanomateriali nei confronti dei sistemi biologici Laboratory: ISTEC – CNR, Faenza; MOSE, Università degli Studi di Trieste, Trieste Supervisor: Prof. S. Pricl, Università degli Studi di Trieste, Trieste Tutors (if any): Dr. A. L. Costa, ISTEC – CNR, Faenza Dr. D. Gardini, ISTEC – CNR, Faenza Dr. M. Blosi, ISTEC – CNR, Faenza Research Activity foreseen State of the art It is known that nanoparticles behave differently in living organism than larger, bulky, particles and it is important to study their behavior for understanding their effects on the human health. Many authorities have raised concerns about the risks involved in nanomaterials diffusion. Most think that the state of knowledge with respect to the actual risks of nanotechnology is incomplete; so the common effort of scientists, regulatory bodies and industrial stakeholders aims to reject the fear of a “technological fiasco” like asbestos [1]. In conventional particle toxicology the dose is defined by mass or concentration of particles per unit tissue or per number of cells or surface area of cells in cell culture, whilst for nanotoxicologists structural and surface chemistry properties become extremely important towards the definition of new biological effective doses (BED). Any research on structure–toxicity relations must comprise the assessment of properties affecting biological reactivity, in order to identify BED and support the development of risk management and regulatory measurements [2]. Among structural factors such as surface area, size, shape, more factors should also be considered, completing the set of structural alert properties [3]: • Nature and behavior of the coating material used in the manufacturing or engineering process; • Surface charge, governing electrostatic interactions between particles and tissues; • Chemical nature of surface groups, governing particle agglomeration and surface adsorption phenomena; • ROS and ions release reactivity; • Aggregation degree: zeta potential or the presence of biomolecules, such as proteins and glycoproteins, with surfactant effects, may, either stabilize dispersions or induce agglomeration. [1] S.M. Friedman, B.P. Egolf: “Nanotechnology: Risks and the Media”; IEEE TECHNOLOGY AND SOCIETY MAGAZINE, WINTER 2005 [2] K.Donaldson, C.A. Poland: “Nanotoxicity: Challenging the myth of nano-specific toxicity”; Unpublished manuscript, 2013 Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 235 [3] I.Malsch, C.Emond: “Nanotechnology and Human Health”; Boca Ranton, CRC Press, 2014 Objectives for the three years The aim of this research is to give a better comprehension of the nanomaterials bioactivity by investigating their structural properties in order to support the design of engineered nanomaterials with reduced toxicological aspects and therefore provide safer nanomaterials (safety by molecular design approach). The final objective is to assist the design and production of new, safer, nanomaterials, by providing tools able to predict biological effects. In order to do what above mentioned, these tasks will be carried on: • A meticulous study of nanomaterials properties; • A study of the biological response of different nanostructures; • Implementation of a model for computational multi-scale simulation; • Validation of this model in cooperation with the European projects: Safe Nano Worker Exposure Scenarios (SANOWORK, FP7-280716) and Sustainable Nanotechnologies (SUN, FP7-604305). Objectives for the first year The first year will be dedicated to the collection of experimental data to be used in the modelling phase. In particular the following activities are foreseen: • Synthesis or collection of a set of nanoparticles (e.g., metals and metal oxides), differing for some leading structural properties, by different production methods; • Dry state characterization of nanopowders and nanosols, investigating different drying techniques, to preserve structural properties of nanosols; • Characterization of dispersing state behavior of nanoparticles in different biologically relevant media (distilled water, bovine serum, culture medium; • Investigation of protein “corona” coating; • Biological response of the target nanostructures, tested with different methods, e.g. ROS production (oxidative stress analysis indicator), cytotoxicity assays, sub-lethal toxicological endpoints. Research project WP 1 Organization and Administrative management The execution of the procedures related to the research activity. Logistics, supervision and communications between different institutes, organization of training and dissemination activity. Task 1.1 Training and dissemination activity The following training activities are foreseen: • Lectures During first 2 years is required the participation to 80 hours of lectures organized by the PhD Course of Nanotechnology or offered by master courses. • Laboratory training Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 236 In order to acquire familiarity with new techniques and methodologies of interest, 40 hours of laboratory practice outside the research group are required. • Meeting, School Conferences and Seminars In the 3 years is required the participation to at least two schools for PhD students and one conference/meeting/workshop. In addition, 30 hours of seminars organized by the University of Trieste or other regional research institutions have to be carried out. • Period abroad (Optional) In order to receive the "Doctor Europaeus" certification, is foreseen a period of at least 3 months of research in another European country. During the 3 years is allowed a maximum period abroad of 18 months. • Teaching activity (Optional) Up to 40 hours per year of teaching activity (lectures, laboratory support, seminars to master students, …) may be carried out. WP 2 Experimental Part Task 2.1 State of the art Purpose is to gather the basic information needed on the state of the art and the main techniques to be used during the project. Task 2.2 Synthesis, collection and physicochemical characterization of nanomaterials In this task, many different suspensions of nanoparticles, known in the literature, will be synthetized (using traditional and microwave assisted methods). The products will be characterized through a deep investigation of their physicochemical properties in order to determine the structural differences. The characterization will comprehend dry-state (SEM/TEM morphology, surface area, DTA-TGA, FT-IR, RAMAN, EDX, XRD) and wet-state, in water and biological media (zeta pot vs pH, DLS, state of aggregation, ion release rate), techniques. Task 2.3 Tests of biological activities and identification of leading structural properties In order to identify any trends that could support hypothesis on mechanism, in this task will be studied the relationship between structural properties and the biological response given by some experimental tests. WP 3 Modelling and Simulations Task 3.1 State of the art Purpose is to gather the basic information needed on the state of the art and the main techniques to be used during the project. Task 3.2 Multi-scale modelling applied to the nano/bio interphase reactivity A multi-scale modeling approach will be applied to pick out the structure properties - toxicity of selected nanomaterials in order to foresee or evaluate the impact of nanoparticles on human health, improving knowledge at the base of nano-bio interaction mechanisms. Task 3.3 Validation of the selected models The results of the computational study, assisted by experimental data, will be validated through comparison of the results in cooperation with the European projects: Safe Nano Worker Exposure Scenarios (SANOWORK, FP7-280716) and Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 237 Graduate Student ZANUT ALESSANDRA Email: [email protected]; [email protected] Laboratory: CNR-IOM, TASC Laboratory Title of the thesis: “Development of microarrays for proteic and genetic screening with electrochemiluminescence transduction scheme” - “Sviluppo di microarray per screening genetici e proteici con schema di trasduzione elettrochemiluminescente” Supervisor: Massimo Tormena Tutors (if any): Virgilio Francescaa Research Activity foreseen State of the art and motivations The synthesis of new nanostructured materials and the study of their physico-chemical properties compared to those of macroscopic samples of the same materials are attracting increasing interest in modern science. The transition between bulk and molecular scales often leads to dramatic changes in the properties of a material, which can be interesting for the practical applications in a variety of areas.1,2 One of them is the development of sensor for environmental, chemical and biological applications. In particular, the development of chemical nanosensors based on electrodes with critical dimensions in the nanometer range, have shown to improve the sensitivity (lower limits of detection) compared to non-nanostructured sensors.3 Chemical sensors are self-contained devices able to provide chemical or biological information as a signal (typically, optical or electrical) generated by a transducer in strict proximity with a biorecognition layer.4 Electrochemical transducers have often been used for detecting DNA hybridization due to their sensitivity, small dimensions, low cost, and compatibility with micro-manufactoring technologies.5-6 In these devices, a change in the redox state of the biorecognition/analyte system related to the biorecognition event, produces a change in an electrochemical quantity which can be monitored by classical electroanalytical techniques. By employing nanotechnology to work at the atomic and molecular level, we are able to modify the surface and bulk properties of nanostructures with different physico-chemical and biological characteristics and to miniaturize the sensor below the micrometer scale, using ordered arrays of nanoelectrodes (NEA).7 A NEA is made by a very large number of very small ultramicroelectrodes confined in a rather small space, with a density ≥108 electrodes/cm2. Nanoelectrode array are characterized for a dramatic lowering of double-layer charging (capacitive) currents (that are the largest component of the noise, or more properly the background signal of voltammetric measurements) and for their extreme sensivity to the kinetics of the charge transfer process, which means capability to measure very high charge transfer rate constants.8-9 The ability of NEA to furnish well resolved cyclic voltamograms can allow to develop sensitive methods for trace determination of redox species characterized by fast electron transfer kinetics. The goal of this research is to obtain an array of nanostructured biosensors for biological molecules recognition, and to produce an efficient but also affordable diagnostic device able to recognize different target molecules (DNA, proteins, m-RNA). For this purpose, we want to fabricate Glassy Carbon (GC) substrates from the pyrolysis of negative photoresist and to characterize it, especially regarding its Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 238 electrochemical properties. Carbon exists in various allotropic forms such as diamond, graphite, fullerenes, nanotubes and graphene (a monolayer of graphite). Electrical, thermal and mechanical properties as well as crystal structures of these carbon forms differ by sp3 or sp2 hybridization of carbon atoms. Carbon is very interesting to many disciplines due to its wide ranging properties, as well as its abundance, and it has many applications such as protective coatings, biomaterials, and electronic and mechanical devices. In fact, various fabrication methods for carbon nano- and microstructures have been proposed, which utilize polymer precursors or photoresists, for low cost devices. 10-11-12 References 1 Bracht H., Nichols S.P., Walukiecwicz W., Silveira J.P., Briones F. and Hallet E.E. Nature 408, 67 (2000) 2 Gref R., Minamitake Y., Peracchia M.T., Trubetskoy V., Torchilin V. and Langer R. Science 263, 1600 (1994) 3 Moretto L.M., Panero S., Scrosati B., Ugo P., Nanomaterials 1, Ch.; ed. Lin Y. and Nalwa H.S 4, 87, (2009). 4 A.J. Cunningham, Introduction to Bioanalytical Sensors, J. Wiley & Sons, New York, 1998. 5 Bakker, E.; Telting-Diaz, M. Anal. Chem. 74, 2781, (2002). 6 Gooding, J.J. Electroanalysis 14,1149, (2002). 7 Zamuner M., Pozzi Mucelli S., Tormen M., Stanta G. and Ugo P. Eur. J. Nanomed. 1, 33 (2008). 8 Ugo P., Moretto L.M., Bellomi S., Menon V.P. and Martin C.R. Anal. Chem 68, 169 (1996) 9 Sabatani E. and Rubinstein J. J. Phys. Chem. 91, 6663 (1987). 10 Schueller O J A, Brittain S T and Whitesides G M Sensors Actuators A 72,125–39, 1999. 11 Rahman S and Yang H Nano Lett. 3, 439–42, 2003. 12 A. Mardegan, R. Kamath, S. Sharma, P. Scopece, P. Ugo, M. Madou J Electrochem Soc, 160 (8) (2013). Objectives for the three years This project has already been initiated, using Bored Doped Diamond (BDD) as the conductive layer. The aim of the research is to replace this expensive material with glassy carbon substrate obtained from the pyrolysis of negative photoresist, but also to obtain multi-analyte detection, functionalizing local spot with different molecular probes. So far we have focused mainly on the recognition of DNA target, in particular on HPV virus DNA sequence. Future work will focus on optimize the functionalization of our array with other biological molecules for diagnostic purposes, for example transglutaminase for the diagnosis of celiac disease, but also for alternative purposes as biomonitoring of plant species through the functionalization with marker proteins. Objectives for the first year Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 239 • Optimization of fabrication parameters for glassy carbon production and realization of GC based NEAs. • Setup of the instrumentation. • Measurements of the electrochemical properties and evaluation of the analytical behaviour of the bio-nanosensors. Research project This project has already been initiated, using Boron Doped Diamond (BDD) as the conductive material and polycarbonate as the polymer-insulating coating. This setup has shown some issues related to the binding of DNA on the insulating surface. Consequently, after a bibliographic research to evaluate possible substitute materials for the fabrication of arrays of nanoelectrodes and a period of training on the instrumentation used, the work will continue through the following steps: Switching from Boron Doped Diamond to Glassy Carbon as conductive material to ensure a reduction in costs, in order to obtain a wide diffusion and use of the sensor. Optimization of the materials (the conductive layer and the polymeric film), in order to ensure high efficiency of electron transfer and optimum surface functionalization with biological molecules. During this phase we will also optimize the parameters for lithographic techniques on the selected materials. Electrochemical characterization of obtained nanosensors , and studies of electrochemiluminescence, using the electroactive complex (tris(2,2’bipyridyl)ruthenium(II)) , to couple our electrochemical sensors with electrochemiluminescence signal, and therefore lower the detection limit and simplify the detection setup. Functionalization of nanobiosensors with biological molecules (DNA,proteins, mRNA or shortRNA) to verify its applicability in the field of molecular recognition. Educational activity foreseen Course on "Elettrochimica" (Bachelor of Science in Chemistry, held by Prof. C. Tavagnacco); Short Winter School on Nano-and Biotechnology, 27-28 January 2014; Study of books and reviews on the lithographic processes and biosensor evolution. Attend to Nanotechnology courses from September. I will spend six months at the Universités à l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie et de Physique de Bordeaux (ENSCPB) under the supervision of Professor Neso Sojic. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 240 1. M. Ganau, A. Bosco, A. Palma, S. Corvaglia, P. Parisse, L. Fruk, A.o P. Beltrami, D. Cesselli, L. Casalis, and G. Scoles G. A Nano-Immuno-Assay for the Label-free Detection of GFAP in Multicell Lysates, Integrative biology, sottomesso. 2. T. T. Nhat Le; F. Moda; H. N. Ai Tran; S. Aulic; S. Abounit; H. T. Tran; J. Narkiewicz; S. Corvaglia; L. Casalis; A. Indaco; E. Maderna; G. Giaccone; S. Gustincich; C. Zurzolo; F. Tagliavini; G. Legname. Horizontal transmission of synthetic human alpha-synuclein prions in mice, PLOS One, sottomesso. 3. “Are two better than one? A novel double-mutant KIT in GIST that responds to Imatinib.” Conca E, Miranda C, Dal Col V, Fumagalli E, Pelosi G, Mazzoni M, Fermeglia M, Laurini E, Pierotti MA, Pilotti S, Greco A, Pricl S, Tamborini E. Mol Oncol, 2013, pii: S15747891(13)00043-4. 4. “Chemical, pharmacological, and in vitro metabolic stability studies on enantiomerically pure RC-33 compounds: promising neuroprotective agents acting as σ1 receptor agonists” Rossi D, Pedrali A, Gaggeri R, Marra A, Pignataro L, Laurini E, Dal Col V, Fermeglia M, Pricl S, Schepmann D, Wünsch B, Peviani M, Curti D, Collina S, ChemMedChem. 2013; 8(9):1514-27. 5. “Analysis of the molecular interactions of the potent analgesic S1RA with the σ1 receptor” Laurini E, Dal Col V, Wünsch B, Pricl S Bioorg Med Chem Lett. 2013;23(10):2868-71. 6. “Primary and acquired resistance to Hedgehog inhibitor vismodegib through Smoothened mutation in basal cell carcinoma” Bossi P, Perrone F, Cortellazzi B, Licitra L, Dal Col V, Laurini E, Fermeglia M and Pricl S. JCO, submitted. 7. “Multiscale modeling of dendrimers and dendrons for drug and nucleic acid delivery” Posocco P, Laurini E, Dal Col V, Marson D, Peng L, Smith DK, Klajnert B, Bryszewska M, Caminade AM, Majoral JP, Fermeglia M, Karatasos K, Pricl S. Book “Dendrimers in Biomedical Applications”, RSC. 8. Marchesi G, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. The influence of ageing on self-etch adhesive: one-step vs two-step systems. European Journal of Oral Sciences 2013;121:43-9. 9. Gong S, Epasinghe J, Zhang W, Zhou B, Niu LN, Ryou H, Eid AA, Frassetto A, Yiu CKY, Arola DD, Mao J, Pashley DH, Tay FR. Synthesis of antimicrobial silsesquioxane-silica hybrids by hydrolytic co-condensation of alkoxysilanes. Polymer Chemistry in press. 10. Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press. 11. D. Alfè, M. Pozzo, E. Miniussi, S. Günther, P. Lacovig, S. Lizzit, R. Larciprete, B. Santos Burgos, T. O. Mentes¸, A. Locatelli, A. Baraldi, Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Scientific Reports, 3, 2430 (2013). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 241 12. E. Miniussi, M. Pozzo, T. O. Menteş¸ M. A. Niño, A. Locatelli, E. Vesselli, G. Comelli, S. Lizzit, D. Alfè, A. Baraldi, The competition for graphene formation on Re(0001): a complex interplay between carbon segregation, dissolution and carburization. 13. “SU-8 bonding protocol for the fabrication of microfluidic devices dedicated to FTIR microspectroscopy of live cells”, E. Mitri, G. Birarda, L. Vaccari, S. Kenig, M. Tormen and G. Grenci, Lab Chip, 2013, DOI: 10.1039/C3LC50878. 14. “Determination of cell cycle phases in live B16 melanoma cells using IRMS”, Diana E. Bedolla, Saša Kenig, Elisa Mitri, Paolo Ferraris, Alessandro Marcello, Gianluca Grenci and Lisa Vaccari, Analyst, 2013,138, 4015-4021. 15. “Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Infrared Microspectroscopy of Living Cells” Elisa Mitri, Alessandro Pozzato, Giovanna Coceano, Dan Cojoc, Lisa Vaccari, Massimo Tormen, Gianluca Grenci, Microelectronic Engineering 2013. 16. A. Fraleoni Morgera, G. Palma and J.R.Plaiser, Fast fabrication over large areas of P3HT nanostructures with high supramolecular order, RSC Adv., 2013, 3, 15664. 17. G Palma, E Capria, A Fraleoni Morgera, How to convert an UV-Vis spectrometer in an efficient IPCE characterization system for photovoltaics, Submitted 18. Baseggio O., Romeo M., Fronzoni G., Stener, M. The near-edge X-ray-absorption fine-structure of O2 chemisorbed on Ag(110) surface studied by density functional theory. Surface Sci. 2013, 616, 178-185. 19. Water, oil, and surfactant solution on polymer surfaces: converging simulation methods for contact angle determination” F. Santese, D. R. Nieto, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia,, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013 sottomesso 20. “Aromatic Fluoropolymers: a molecular dynamic study of wettability” Macromolecules, D. R. Nieto, F. Santese, P. Posocco, R. Toth, S. Pricl, M. Fermeglia, 2013 sottomesso 21. “Insights on the aggregation of highly grafted spherical nanoparticles from a combined experimental/multiscale modeling investigation” P. Posocco, F. Santese M. Meyer, E. Hübner, O. Pravaz, J.W. Handgraaf, W. Pyckhout-Hintzen, D. Richter, M. Fermeglia, and Sabrina Pricl RSC Advances, 2013 sottomesso 22. “Cellulose nanowhiskers reinforced PMMA and a-PP matrices” P. Posocco, R. Toth, F. Santese, F. Felluga, R. Urbani, S. Padovani, S. Priante, S. Pricl, M. Fermeglia, Carbohydrate Polymers, 2013 sottomesso 23. Tavagnacco, L.; Brady, J. W.; Cesàro, A. “The Interaction of Sorbitol with Caffeine in Aqueous Solution” Food Biophys., 2013, 8(3) , 216-222. 24. R. Gotter, M. Sbroscia, M. Caminale, S. R. Vaidya, E. Perfetto, R Moroni, F. Bisio, S. Iacobucci, G. Di Filippo, F. Offi, A. Ruocco, G. Stefani, L. Mattera, and M. Cini, Phys. Rev. B 88, 094403 (2013). 25. “Development of electrochemical biosensors for medical diagnostic” Virgilio F., Prasciolu M., Ugo P., Tormen M., Microelectronic Engineering, Vol. 111 (2013) 320–324. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 242 26. Mazzoni, C. Angeloni, F.M. Apolonio, N. Scotti, L. Tjäderhane, A. Tezvergil-Mutluay et al. (2013). Effect of carbodiimide (EDC) on the bond stability of etch-and-rinse adhesive systems. Dental Materials; 29; 1040-7. 27. Mazzoni, F.M. Apolonio, V.PA Saboia, S. Santi, V. Angeloni, V. Checchi, R. Di Lenarda, F.R. Tay, D.H. Pashley, L. Breschi. Carbodiimide inactivation of endogenous dentinal MMPs. Submitted in press. 28. Toffoli V., Dandash F., Pozzato A., Borin D., Carrato S. and Lazzarino M. (2013). Actuation of silicon pillar micro-mechanical resonators by Kelvin polarization force. Microelectronic Engineering, 111, 1–6. doi:10.1016/j.mee.2013.05.013 29. Borin D., Melli M., Dal Zilio S., Toffoli V., Toffoli G., Scoles G. and Lazzarino M., On the role of the coating in superhydrophobic micromechanical resonant sensors operating in liquid, in revisione per “Sensors and actuators B: Chemical” 30. Mezzaroba N et al. (2013). “New potential therapeutic approach for the treatment of B-cell malignancies using Chlorambucil/Hydroxychloroquine-loaded anti-CD20 nanoparticles”. PloS One 8(9):e74216. 31. “Experimental determination of trapping efficiency of optical tweezers” H.Cabrera, J.J. SuarezVargas, A. Lopez, H. Nunez, G. Carvalho, G.Coceano & D. Cojoc, Philosophical Magazine Letters, 30 Settembre 2013. 32. “Highly IR-transparent microfluidic chip with surface-modified BaF2 optical windows for Real-time Infrared Microspectroscopy of Living Cells” E. Mitri, G. Coceano, A. Pozzato, D. Cojoc, L. Vaccari, M. Tormen and G. Grenci, Microelectronic Engineering, Volume 107, Luglio, 2013 Pagines 6-9. 33. Marchesi G, Frassetto A, Mazzoni A, Apolonio F, Diolosà M, Cadenaro M, Breschi M. Adhesive performances of a multi-mode adhesive system: 1-year in vitro study. Journal of Dentistry in press. 34. Navarra CO, Reda B, Diolosà M, Casula I, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. The effects of two 10% carbamide peroxide nightguard bleaching agents, with and without a desensitizer, on enamel and sensitivity: an in vivo study. Int J Dent Hyg. 2013 Oct 9. doi: 10.1111/idh.12054. [Epub ahead of print] 35. Marchesi M, Frassetto A, Visintini E, Diolosà M, Turco G, Salgarello S, Cadenaro M, Breschi L. 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Pedersoli, G. Penco, M. Predonzani, E. Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando “Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR FEL facility” SPIE Optics+Photonics – Proceedings SPIE 8849 (2013). 80. E. Allaria, D. Castronovo, P. Cinquegrana, P. Craievich, M. Dal Forno, M.B. Danailov, G. D’Auria, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, B. Diviacco, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich, G. Gaio, D. Gauthier, L. Giannessi, R. Ivanov, B. Mahieu, N. Mahne, I. Nikolov, F. Parmigiani, G. Penco, L. Raimondi, C. Scafuri, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, C. Svetina, M. Trovò, M. Veronese, D. Zangrando and M. Zangrando “Two-stage seeded soft-X-ray free-electron laser” Nature Photonics 7, 913-918 (2013). 81. E. Allaria, F. Bencivenga, R. Borges, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Charalambous, P. Cinquegrana, M.B. Danailov, A. Demidovich, G. De Ninno, S. Di Mitri, B. Diviacco, D. Fausti, W. M. Fawley, E. Ferrari, L. Froehlich, D. Gauthier, L. Gessini, L. Giannessi, R. Ivanov, M. Kiskinova, G. Kurdi, B. Mahieu, N. Mahne, I. Nikolov, C. Masciovecchio, E. Pedersoli, G. Penco, L. Raimondi, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, C. Svetina, M. Trovò and M. Zangrando “Twocolour pump–probe experiments with a twin-pulse-seed extreme ultraviolet free-electron laser” Nature Communications 4, 2476 (2013). 82. F. Bencivenga, S. Baroni, C. Carbone, M. Chergui, M.B. Danailov, G. De Ninno, M. Kiskinova, L. Raimondi, C. Svetina, C. Masciovecchio “Nanoscale dynamics by short-wavelength four wave mixing experiments” New Journal of Physics, 464235 (2013). 83. L. Raimondi, C. Svetina, N. Mahne, D. Cocco, F. Capotondi, E. Pedersoli, M. Kiskinova, B. Keitel, G. Brenner, Elke C. Plönjes-Palm, T. Mey, K. Mann and M. 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Dal Col V, Colombo C, Perrone F, Laurini E, Pilotti S, Gronchi A, Pricl S. Comunicazione al NMCC (XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013 5. “Everything You Always Wanted to Know About Sigma receptor (But Were Afraid to Ask)” Laurini E, Dal Col V, Marson D, Mamolo MG, Collina S, Wünsch B, Pricl S. Comunicazione al NMCC ( XXII Congresso nazionale di chimica farmaceutica) – Roma, 10-13 settembre 2013. 6. Diolosà M, Donati I, Turco G, Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M. Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Journal of Dental Research 2013; 92 (Spec Iss A): 1866 (www.dentalresearch.org). 7. Frassetto A, Diolosà M , Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Bonding effectiveness of one-step adhesives on enamel. Proceedings of the XX National Meeting of the College of Dentistry Faculties, 2013 Roma. 8. Frassetto A, Diolosà M , Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L. Bonding effectiveness of a new universal simplified adhesive on dentin. Journal of Dental Research 2013: 90 (Spec Iss B): 298 (www.dentalresearch.org). 9. Turco G, Frassetto A, Mazzoni A, Cadenaro M, Pashley DH, Breschi L. MMPs activity in dentin collagen: Static and dynamic investigation. Dental Materials 2013; 29s: e86. 10. Angeloni V, Mazzoni A, Frassetto A, Cadenaro M, Falconi M, Manzoli L, Pashley DH, Breschi L. EDC stabilize the adhesive interface over time. Dental Materials 2013; 29s: e65-e66. 11. Marchesi G, Spreafico R, Frassetto A, Cadenaro M, Breschi L. Deep margin elevation of CAD/CAM crowns using resin composite. Dental Materials 2013; 29s: e46-e47. 12. Frassetto A, Turco G, Mazzoni A, Cadenaro M, Tay FR, Pashley DH, Breschi L. Chewing simulation affects dentin collagen degradation. Dental Materials 2013; 29s: e93. 13. S. Hussain, A. Pozzato, M. Torman and G. Biasiol, “Towards single-dot occupancy in directed selfassembly of InAs/GaAs quantum dots on nanoimprint lithography patterns”, Poster presentation in EuroMBE conference March 2013. 14. Settembre 2013: Abstract della comunicazione: Fine tuning of graphene-metal adhesion by surface alloying, 19° Congresso Nazionale della Società di Fisica Italiana (SIF), Trieste. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 248 15. Maggio 2013: Poster: Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Gordon 16. Research Seminar Self-Assembly & Supramolecular Chemistry, Les Diablerets, Svizzera. 17. Aprile 2013: Poster: Fine tuning of graphene–metal adhesion by surface alloying, Graphene 2013, Bilbao, Spagna 18. Poster dal titolo “Water-vapor-assisted Nanoimprint Lithography of conductive PEDOT:PSS for applications in organic photovoltaics”. Presentato a “Nano Imprint and Nanoprint technology” International School a Barcellona, Spagna 21-23 ottobre 2013 e alla conferenza internazionale “Solar Energy for world peace” ad Istambul, Turchia 17-19 agosto 2013. 19. Poster dal titolo “Towards Ordered Bulk Heterojunction Polymer Solar cell” presentato alla “supramolecular functional system for organic electronic” international conference, 26-28 giugno, Strasburgo, Francia. 20. M. F. Bagnato, V. Angeloni, R. Curci, R. Di Lenarda,. Analisi morfologica di smalto e dentina in pazienti affetti da Celiachia: analisi correlativa FEI-SEM/TEM. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013 21. R. Curci, V. Angeloni, M.F. Bagnato, L. Breschi. Espressione di MMP-2 e MMP-9 nella dentina di elementi decidui in pazienti affetti da Celiachia. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013 22. V Angeloni, R Curci, A Mazzoni, Campanella, M Bossù, A Polimeni. Espressione di MMP-2 e MMP-9 nella dentina di elementi decidui in pazienti affetti da Osteogenesi Imperfetta. XX Collegio Nazionale dei Docenti di Odontoiatria, Roma 2013 23. A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, L TjaDerhane, R Di Lenarda, D Sheffel, FR Tay, DH Pashley, L Breschi. Effect of carbodiimide on bond stability. International Association of Dental Research, Seattle, USA, 2013. 24. A Mazzoni, FM Apolonio, V Angeloni, S Santi, R Di Lenarda, DH Pashley, L Breschi. Detection of MMPs in the hybrid layer of etch-and-rinse adhesives. Continental European Division of International Association of Dental Research, Firenze, 2013. 25. Poster alla “Nanomedicine School” con titolo “Chemotherapeutic-loaded anti-CD20 biodegradable nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (10-11 Settembre 2013). 26. Poster al “55th Società Italiana Cancerologia (SIC) Annual Meeting” con titolo “Fludarabine-loaded anti-CD20 biodegradable nanoparticles application in the treatment of B cell disorders” (23-26 Settembre 2013). 27. Poster al “7th Conference on Experimental and Translational Oncology (CETO 2013)” con titolo “Immune biodegradable nanoparticles’ application in the diagnosis of CD20-positive B cell disorders” (20-23 Aprile 2013). 28. “Local biomechanics of neoplastic and non-neao.plasric cells” D.Cojoc, F.Tavano, G.Coceano, E.D’Este, G.Stanta, S.Bonin, Physical Biology of Cancer, Candiolo (TO), 7-10 Marzo 2013. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 249 29. “Biomechanics study of cancer cells by optical tweezers and speckle microscopy” Giovanna Coceano, Federica Tavano, Elisa D’Este, Giorgio Stanta, Serena Bonin, and Dan Cojoc, 9th European Biophysics Congress EBSA2013, Lisbon 17-13 Luglio 2013. 30. Bonding effectiveness of chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G, Frassetto A, Breschi L, Di Lenarda R, Paoletti S, Cadenaro M. “IADR Meeting” Seattle, 19-23 Marzo 2013 31. Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Turco G, Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “XIX National Meeting of the College of Dentistry Teachers”. Roma, 18-20 Aprile 2013 32. Bonding effectiveness of a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Paoletti S, Di Lenarda R, Breschi L, Cadenaro M. “IADR- CED Conference”. Firenze, 4-7 Settembre 2013 33. Bonding effectiveness of a new universal simplified adhesive on dentin. Frassetto A, Diolosà M, Di Lenarda R, Cadenaro M, Breschi L.. IADR-CED Conference” Firenze, 4-7 Settembre 2013 34. Stability of the bond created by a chitosan-containing experimental adhesive. Diolosà M, Donati I, Paoletti S, Breschi L, Cadenaro M. “ADM Conference”. Vancouver, 9-12 Ottobre 2013. 35. SERS-based nanosensors for the sensitive detection of reactive oxygen species. Stefano Fornasaro, Annalisa Vicario, Lovro Žiberna, Valter Sergo, Sabina Passamonti, Federica Tramer and Alois Bonifacio, ET4H - 1° International Workshop on Protein Electron Transfer: from Fundamentals to Applications for Health, Modena (ITA) 29-30 October 2013. 36. Bilitranslocase membrane transporter: a drug target studied in both animal and plant species. S. Passamonti, F. Tramer, L. Žiberna, S. Fornasaro, J. Čvorović, M. Martelanc, M. Franko, U. Rajčević, A. Bogožalec, T. Lukan, V. Čurin-Šerbec, E. Petrussa, E. Braidot, A. Vianello, Š. Župerl, M. Novič, 6th Central European Conference “Chemistry towards Biology” Trieste (ITA), 10-13 October, 2013. 37. T. Ganbold, M. Antonelli, G. Biasiol, M. Di Fraia, S. Carrato,G. Cautero, R. H. Menk, Positionsensitive photon detectors based on epitaxial InGaAs/InAlAs quantum wells, EuroMBE 2013 Workshop, Levi (Finland), March 10-13, 2013. 38. El-Sayed, Afaf, Patrizia Borghetti, Elizabeth Goiri, Celia Rogero, Luca Floreano, Giacomo Lovat, Duncan John Mowbray et al. "Understanding Energy-Level Alignment in Donor–Acceptor/Metal Interfaces from Core-Level Shifts." ACS nano 7, no. 8 (2013): 6914-6920. 39. Ionescu A, Brambilla E, Cazzaniga G, Schneider-Feyrer S, Hahnel S. “Biofilm formation on composites differing in resin and filler properties” Continental European Division meeting of the International Association for Dental research, CED-IADR, Firenze, 4-7 Settembre 2013. 40. Hahnel S, Wastl D, Giessibl F, Schneider-Feyrer S, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A. Streptococcus mutans biofilm formation on resin-based composites including S-PRG fillers Continental European Division meeting of the International Association for Dental research, CED-IADR, Firenze, 4-7 Settembre 2013. 41. Hahnel S, Wastl D, Giessibl F, Schneider-Feyrer S, Brambilla E, Cazzaniga G, Ionescu A. “Streptococcus mutans biofilm formation on chlorhexidine-containing dentin bonding agents” Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 250 congresso dell’ Academy of Dental Materials, ADM General Session, Vancouver, BC, 10-12 Ottobre 2013. 42. Pittia P., Martuscelli M., Sacchetti G., Piccone P., Neri L.. Release of aroma compounds in binary and ternary carbohydrate model systems. 12th International Symposium on the Properties of Water, ISOPOW XI, Fiskebackil (Sweden), 19-23 August 2013. 43. Pittia P., Neri L., Cesàro A.. Flavour retention in carbohydrate amorphous matrices. 5th Int. Symposium on “ Delivery of Functionality in Complex Food systems. Physically-inspired approaches from the nanoscale to the microscale.” 30th September-3rd October 2013 (Haifa, IL). 44. Pittia P., Navarini L., Lonzarich V., Piccone P., Compagnone D. Study of the aroma characteristics of coffee beverages added with different sugars by GC-MS and chemical sensor array fingerprinting 3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT). 45. Pizzoni D., Pittia P., Figuigui A.O., D’Alessandro N., Compagnone D. Evaluation of candies aroma release through GC-MS and peptide-based Electronic-nose. 3rd MSFood Day 8-10 October 2013 (Trento, IT). 46. 18-20 giugno, “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.; EuroNanoforum 2013, Dublino, Irlanda. 47. L. Wang, M. Bevilacqua, Y. X. Chen, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. Miller, F. Vizza, "Electro-oxidation of alcohols on polycrystalline Pd promoted with the electrochemical treatment: A study using cyclic voltammetry and in situ FTIR", CES 2013. 48. M. Innocenti, I. Bencistà, L. Becucci, F. Di Benedetto, S. Cinotti, L. Wang, A. Lavacchi, M. V. Pagliaro, F. Vizza, C. Zafferoni and M. L. Foresti, "Electrodeposition of Semiconductors Thin Films With Different Composition and Band Gap", 224th ECS Meeting. 49. F. Vizza, M. Bellini, M. Bevilacqua, J. Filippi, M. Innocenti, A. Lavacchi, A. Marchionni, H. A, Miller, W. Oberhauser and L. Wang, "Highly Efficienty Palladium-Based ANODE Electrocatalyts For Direct Ethylene Glycol and Glycerol FUEL CELLS", 224th ECS Meeting. 50. A. Lavacchi, S. Cinotti, M. Innocenti, L. Becucci, L. Wang, E. Banchelli and L. Luconi, "Silver Electrodeposition From Ionic Liquids: Coatings Morphology and Mass Transport Issues", 224th ECS Meeting. 51. Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Effects of beam pressure ratios on the Au-assisted MBE growth of ZnSe nanowires on GaAs (111)B. 17th European Molecular Beam Epitaxy Workshop, tenuto a Levi (Finlandia). 52. Zannier V, Grillo V, Martelli F, Rubini S, Diameter-dependent morphology of vapor-solid-solid grown ZnSe nanowires, 7th Nanowire Growth Workshop, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Losanna, Svizzera. 53. Abstract e presentazione del poster: “Alterated iron metabolism in MeT5A mesothelial cells following carbon nanotubes and crocidolite asbestos exposure”. Nanotechnology Summer School 2013, Trieste, 46 Settembre 2013. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 251 54. P. Capaldo, A. Gregorio, “Piccoli generatori eolici (<10 kWh) ad induzione elettrostatica per l’ambiente urbano (il caso di Trieste)”. Agenzia Nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA), in corso di stampa. 55. De Biasi M, Perilli A, Sossi D, Castaldo A, Angerame D. Microinfiltrazione in restauri iuxtagengivali di II classe di premolari mascellari: sistema adesivo a tre passaggi versus sistema a un passaggio. Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche “Evidenza scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013. 56. Sossi D, De Biasi M, Marigo L, Castagnola R, Somma F, Angerame D. Microdurezza di quattro compositi flowable dopo lucidatura con pasta all’ossido di alluminio a un passaggio: effetti dell’invecchiamento a un anno. Congresso Nazionale dei Docenti di Discipline Odontostomatologiche “Evidenza scientifica Interdisciplinarietà Tecnologie applicate”, Roma, 18-20 aprile, 2013. 57. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Sealing ability of two adhesive systems in Class II cavities. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 236. 58. Angerame D, Sossi D, De Biasi M, Cattaruzza M, Castaldo A. Surface roughness of a microhybrid composite polished with abrasive pastes. Abstract Book of the 46th Meeting of the Continental European Division of the International Association for Dental Research (CED-IADR) with the Scandinavian Division, Florence, September 4th-7th, 2013, Abstr. No. 414. 59. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Franzò A, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Smear layer and debris remaining after instrumentation with Mtwo and Alpha Kite rotary files: a scanning electron microscopy study. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):29. 60. Angerame D, Sorrentino R, De Biasi M, Zanetel G, Sossi D, Cattaruzza M, Zarone F. Fracture resistance of bonded fibre post with different shape and taper: conventional versus conservative approach. Int Endod J 2013;46(Suppl. 100):33. 61. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Marigo L, Castagnola R, Somma F. Microdurezza in superficie e in profondità di MTA esposto ad ambiente acido. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE “Endodonzia: problemi e soluzioni”, Turin, November 7th – 9th, 2013, p. 34. 62. Angerame D, De Biasi M, Sossi D, Sorrentino R, Zarone F. Adattare il canale al perno o viceversa? Resistenza a frattura di perni in fibra cementati. Abstract book del 33° Congresso Nazionale SIE “Endodonzia: problemi e soluzioni” Turin, November 7th – 9th, 2013 p. 57-8. 63. Patera, L. L.; Africh, C.; Bianchini F.; Peressi, M.; Comelli, G. Atomic scale identification of coexisting graphene structures on Ni(111). Congresso Nazionale della Società Italiana di Fisica. 2013. 64. “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.; EuroNanoforum, 18-20 June 2013, Dublin. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 252 65. “Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M., Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; NanoMedicine School, 10-11 September 2013, Trieste (Italy). 66. “Nanocomposite scaffolds based on carbon nanostructures and polysaccharides” Porrelli D., Cok M., Travan A., Marsich E., Donati I., Borgogna M., Bosi S., Prato M. and Paoletti S.; 1st PhD Symposium, 7-9 October 2013, Grado (Italy). 67. “Chemical coupling of butyric acid an hyaluronan: an innovative epigenetic agent”; M. Bosco, A. Sechi, R. Gianni, M. Fabbian, F. Picotti, L. Stucchi, E. Marsich, P. Sacco and S. Paoletti; 3rd EPNOE International Polysaccharides Conference, 21-24 Ottobre 2013, Nizza (Francia). 68. “Novel biomaterials in Tissue Engineering”; P. Sacco, E. Marsich, I. Donati, M. Borgogna, A. Travan and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 Ottobre 2013, Grado (GO), Italia. 69. “A resorbable biomaterial for the prevention of anastomotic leakage following colorectal cancer surgical treatment: the AnastomoSEAL project”; Donati I., Marsich E., Borgogna M., Travan A., Tarusha L., Scognamiglio F., Sacco P., Porrelli D., Palmisano S., Tarchi P., de Manzini N. and Paoletti S.; EuroNanoforum 2013, 18-20 Giugno, Dublino, Irlanda. 70. “Novel adhesive strategies for biomedical applications”; Scognamiglio F, Travan A., Donati I., Campagnol D., Borgogna M., Marsich E. and S. Paoletti; FVG Symposium, 7-9 October 2013, Grado (GO), Italia. 71. C. Svetina, N. Mahne, L. Raimondi, L. Rumiz, M. Zangrando, E. Allaria, F. Bencivenga, C. Callegari, F. Capotondi, D. Castronovo, P. Cinquegrana; P. Craievich, I. Cudin M.DalForno, M. B. Danailov, G. D'Auria, R. De Monte, G. De Ninno, A. Demidovich, S. Di Mitri, B. Diviacco, A. Fabris, R. Fabris, W. M. Fawley, M. Ferianis, E. Ferrari, L. Froehlich, P. Furlan Radivo, G. Gaio, L. Giannessi, M. Kiskinova, M. Lonza, B. Mahieu, C. Masciovecchio, I. P. Nikolov, F. Parmigiani, E. Pedersoli, G. Penco, M. Predonzani, E. Principi, F. Rossi, C. Scafuri, C. Serpico, P. Sigalotti, S. Spampinati, C. Spezzani, M. Svandrlik, M. Trovò, A. Vascotto, M. Veronese, R. Visintini and D. Zangrando “Status and achievements at FERMI@Elettra: the first double cascade seeded EUV-SXR FEL facility” SPIE Optics+Photonics, Proceedings SPIE 8849 (2013). Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 253 9. Elenco membri del Collegio Docenti Componenti BARALDI Alessandro BERTI Federico BONIN Serena BRESCHI Lorenzo CADENARO Milena COMELLI Giovanni DA ROS Tatiana DE VITA Alessandro DI LENARDA Roberto DONATI Ivan FERMEGLIA Maurizio FORNASIERO Paolo FRONZONI Giovanna GAMINI Amelia LUGHI Vanni MACOR Paolo MARSI Stefano MARSICH Eleonora MARZARI Roberto MORGANTE Alberto PASQUATO Lucia PASSAMONTI Sabina PRICL Sabrina SBAIZERO Orfeo SCAINI Denis SCHMID Chiara SERGO Valter Ente appartenenza UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS. UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS UNITS Membri esterni AFRICH Cristina IOM-CNR TASC BERTONI Cristina Electrolux BIASIOL Giorgio LAB. TASC CASALIS Loredana ELETTRA Trieste CASTRONOVO Matteo CRO Aviano CESARO Attilio UNITS COJOC Dan LAB. TASC DESCAMPS Mark Univ. Lille 1. FASSINA Ambrogio UNIPD FRALEONI MORGERA Alessandro ELETTRA Trieste KISKINOVA Maya ELETTRA Trieste Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 Dipart. SSD FISICA FIS/03 CHIMICA CHIM/06 SCMT MED/34 DUCB MED/28 DUCB MED/28 FISICA FIS/03 SC. FARM. CHIM/08 DI3 ING-IND/22 DUCB MED/28 DSV BIO/10 DI3 ING-IND/24 CHIMICA CHIM/03 CHIMICA CHIM/03 BBCM CHIM/04 DI3 ING-IND/22 DSV MED/04 DI3 ING.INF/01 DSV MED/50 BIOLOGIA BIO/06 FISICA FIS/01 CHIMICA CHIM/06 DSV BIO/10 DI3 ING-IND/24 DI3 ING-IND/22 DSV BIO/09 DI3 ING-IND/22 DI3 ING-IND/22. Qual. PA RU RU PA PA PO RU PA PO RU PO PA PA RU RU RU RU RU PO PA PA RU PA PO RU PA PO CHIM/04 PO MED/08 PO 254 LAZZARINO Marco ONESTI Silvia PRATI Ubaldo RUBINI Silvia SCOLES Giacinto TOFFOLI Giuseppe TORMEN Massimo VACCARI Lisa IOM-CNR TASC ELETTRA Trieste Fond. T. Campanella IOM-CNR TASC IOM-CNR TASC CRO Aviano IOM-CNR TASC ELETTRA Trieste Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 P.OSP P.Osp 255 10. Pubblicazioni scientifiche del collegio docenti 2009-2013 Personale di ruolo nelle università italiane 1. Baraldi Alessandro - M. Scardamaglia, C. Struzzi, S. Lizzit, M. Dalmiglio, P. Lacovig, A. Baraldi, C. Mariani, M. G. Betti, Langmuir 2013, 29, 10440-10447. M. Scardamaglia, S. Lisi, S. Lizzit, A. Baraldi, R. Larciprete, C. Mariani, M. G. Betti, Journal of Physical Chemistry C 2013, 117, 3019-3027. J. M. Macleod, J. A. Lipton-Duffin, A. Baraldi, R. Rosei, F. Rosei, Physical Chemistry Chemical Physics 2013, 15, 12488-12494. L. Gragnaniello, F. Allegretti, R. R. Zhan, E. Vesselli, A. Baraldi, G. Comelli, S. Surnev, F. P. Netzer, Surface Science 2013, 611, 86-93. R. Balog, M. Andersen, B. Jørgensen, Z. Sljivancanin, B. Hammer, A. Baraldi, R. Larciprete, P. Hofmann, L. Hornekær, S. Lizzit, ACS Nano 2013, 7, 3823-3832. D. Alfè, M. Pozzo, E. Miniussi, S. Günther, P. Lacovig, S. Lizzit, R. Larciprete, B. S. Burgos, T. O. Menteş, A. Locatelli, A. Baraldi, Scientific Reports 2013, 3. S. Ulstrup, M. Bianchi, R. Hatch, D. Guan, A. Baraldi, D. Alfè, L. Hornekær, P. Hofmann, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 2012, 86. M. Satta, R. Flammini, A. Goldoni, A. Baraldi, S. Lizzit, R. Larciprete, Physical Review Letters 2012, 109. F. Orlando, R. Larciprete, P. Lacovig, I. Boscarato, A. Baraldi, S. Lizzit, Journal of Physical Chemistry C 2012, 116, 157-164. E. Miniussi, E. R. Hernández, M. Pozzo, A. Baraldi, E. Vesselli, G. Comelli, S. Lizzit, D. Alfé, Journal of Physical Chemistry C 2012, 116, 23297-23307. S. Lizzit, R. Larciprete, P. Lacovig, M. Dalmiglio, F. Orlando, A. Baraldi, L. Gammelgaard, L. Barreto, M. Bianchi, E. Perkins, P. Hofmann, Nano Letters 2012, 12, 4503-4507. R. Larciprete, S. Ulstrup, P. Lacovig, M. Dalmiglio, M. Bianchi, F. Mazzola, L. Hornekær, F. Orlando, A. Baraldi, P. Hofmann, S. Lizzit, ACS Nano 2012, 6, 9551-9558. R. Larciprete, P. Lacovig, S. Gardonio, A. Baraldi, S. Lizzit, Journal of Physical Chemistry C 2012, 116, 9900-9908. A. Cavallin, M. Pozzo, C. Africh, A. Baraldi, E. Vesselli, C. Dri, G. Comelli, R. Larciprete, P. Lacovig, S. Lizzit, D. Alfè, ACS Nano 2012, 6, 3034-3043. M. Scardamaglia, G. Forte, S. Lizzit, A. Baraldi, P. Lacovig, R. Larciprete, C. Mariani, M. G. Betti, Journal of Nanoparticle Research 2011, 13, 6013-6020. M. Pozzo, D. Alfè, P. Lacovig, P. Hofmann, S. Lizzit, A. Baraldi, Physical Review Letters 2011, 106. E. Miniussi, M. Pozzo, A. Baraldi, E. Vesselli, R. R. Zhan, G. Comelli, T. O. Menteş, M. A. Niño, A. Locatelli, S. Lizzit, D. Alfè, Physical Review Letters 2011, 106. R. Larciprete, S. Fabris, T. Sun, P. Lacovig, A. Baraldi, S. Lizzit, Journal of the American Chemical Society 2011, 133, 17315-17321. A. Baraldi, L. Bianchettin, S. De Gironcoli, E. Vesselli, S. Lizzit, L. Petaccia, G. Comelli, R. Rosei, Journal of Physical Chemistry C 2011, 115, 3378-3384. R. R. Zhan, E. Vesselli, A. Baraldi, S. Lizzit, G. Comelli, Journal of Chemical Physics 2010, 133. E. Vesselli, M. Rizzi, L. de Rogatis, X. Ding, A. Baraldi, G. Comelli, L. Savio, L. Vattuone, M. Rocca, P. Fornasiero, A. Baldereschi, M. Peressi, Journal of Physical Chemistry Letters 2010, 1, 402-406. E. Vesselli, A. Baraldi, S. Lizzit, G. Comelli, Physical Review Letters 2010, 105. S. Lizzit, G. Zampieri, L. Petaccia, R. Larciprete, P. Lacovig, E. D. L. Rienks, G. Bihlmayer, A. Baraldi, P. Hofmann, Nature Physics 2010, 6, 345-349. S. Lizzit, A. Baraldi, Catalysis Today 2010, 154, 68-74. E. Golfetto, A. Baraldi, M. Pozzo, D. Alfè, A. Sala, P. Lacovig, E. Vesselli, S. Lizzit, G. Comelli, R. Rosei, Journal of Physical Chemistry C 2010, 114, 436-441. E. Ferrari, L. Galli, E. Miniussi, M. Morri, M. Panighel, M. Ricci, P. Lacovig, S. Lizzit, A. Baraldi, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 2010, 82. S. Colussi, A. Trovarelli, E. Vesselli, A. Baraldi, G. Comelli, G. Groppi, J. Llorca, Applied Catalysis A: General 2010, 390, 1-10. M. Bianchi, E. D. L. Rienks, S. Lizzit, A. Baraldi, R. Balog, L. Hornekær, P. Hofmann, Physical Review B - Condensed Matter and Materials Physics 2010, 81. Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 256 - R. Balog, B. Jørgensen, L. Nilsson, M. Andersen, E. Rienks, M. Bianchi, M. Fanetti, E. Lægsgaard, A. Baraldi, S. Lizzit, Z. Sljivancanin, F. Besenbacher, B. Hammer, T. G. Pedersen, P. Hofmann, L. Hornekær, Nature Materials 2010, 9, 315-319. S. Lizzit, Y. Zhang, K. L. Kostov, L. Petaccia, A. Baraldi, D. Menzel, K. Reuter, Journal of Physics Condensed Matter 2009, 21. S. Lizzit, A. Baraldi, C. Grütter, J. H. Bilgram, P. Hofmann, Surface Science 2009, 603, 3222-3226. P. Lacovig, M. Pozzo, D. Alfè, P. Vilmercati, A. Baraldi, S. Lizzit, Physical Review Letters 2009, 103. P. Lacovig, M. Pozzo, D. Alfe, P. Vilmercati, A. Baraldi, S. Lizzit, Physical Review Letters 2009, 103. L. De Rogatis, E. Vesselli, A. Baraldi, M. F. Casula, T. Montini, G. Comelli, M. Graziani, P. Fornasiero, Journal of Physical Chemistry C 2009, 113, 18069-18074. M. Bianchi, D. Cassese, A. Cavallin, R. Comin, F. Orlando, L. Postregna, E. Golfetto, S. Lizzit, A. Baraldi, New Journal of Physics 2009, 11. L. Bianchettin, A. Baraldi, S. De Gironcoli, E. Vesselli, S. Lizzit, G. Comelli, R. Rosei, Journal of Physical Chemistry C 2009, 113, 13192-13198. 2. BERTI Fedreico - S. Sutkuviene, V. Mikalayeva, S. Pavan, F. Berti, R. Daugelavičius, Chemical Biology and Drug Design 2013, 82, 438-445. I. Luisi, S. Pavan, G. Fontanive, A. Tossi, F. Benedetti, A. Savoini, E. Maurizio, R. Sgarra, D. Sblattero, F. Berti, PLoS ONE 2013, 8. N. Lin, C. Forzato, F. Berti, F. Felluga, P. Nitti, G. Pitacco, S. Coriani, Journal of Organic Chemistry 2013, 78, 11670-11679. S. Boscolo, M. Pelin, M. De Bortoli, G. Fontanive, A. Barreras, F. Berti, S. Sosa, O. Chaloin, A. Bianco, T. Yasumoto, M. Prato, M. Poli, A. 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Considerazioni espresse dal Nucleo di Valutazione per la proposta di attivazione del 29esimo ciclo del Cprso di Dottorato di Ricerca in Nanotecnologie che hanno contribuito alla formulazione del giudizio sintetico finale riportato nella sezione 1. “Dottorato di consolidata tradizione nell'Ateneo di Trieste, caratterizzato da eccellente posizionamento su tutti gli indicatori considerati. Dottorato caratterizzato da un ampio numero di SSD di diverse macroaree, coinvolge in maniera molto efficace un ampio numero di competenze interdisciplinari molto ben integrate nell'obiettivo di studiare e sviluppare le nanotecnologie. Il livello di internazionalizzazione è apprezzabile sia in termini di collaborazioni in atto, sia di presenza di studenti stranieri sia, inoltre, di diffusione dei risultati (congressi e pubblicazioni). Le attività didattiche appaiono ben strutturate e consistenti con le tematiche del dottorato. Chiara la presentazione degli obiettivi, funzionale l’organizzazione e buona l'attrattività dell’ultimo ciclo attivato. I cofinanziamenti sono notevoli e apprezzabile risulta la disponibilità di strumentazione di ricerca di buon livello, anche in considerazione delle collaborazioni in atto con altre realtà scientifiche del territorio. Il dottorato si contraddistingue per produzione scientifica di alto livello, con notevole impatto internazionale e sviluppata all'interno di significative collaborazioni. Il collegio del dottorato presenta un numero ragguardevole di pubblicazioni di alto impatto su riviste molto prestigiose. Il collegio ristretto è costituito da componenti estremamente qualificati con numerose pubblicazioni di grandissimo impatto internazionale, mentre il collegio considerato nella sua completezza risulta in parte eterogeneo per produzione scientifica. Partecipano al dottorato personalità provenienti dal mondo industriale, il cui apporto potenzialmente importante nell'ambito di questo dottorato, non è di facile enucleazione sulla base esclusivamente delle pubblicazioni. L’organizzazione è particolarmente apprezzabile anche per la completezza del relativo sito web.” Scuola di dottorato di ricerca in Nanotecnologie: attività 2013 298
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