Role of the activating NK cell receptor NKG2D in models of liver inflammation and tumorigenesis

Inflammation is a fundamental protective immune response that is now accepted as one of the hallmarks of cancer as it can provide pro-tumorigenic signals and subvert immunosurveillance. The activating receptor NKG2D, expressed on both innate and adaptive immune cells, binds to several ligands expressed by target cells and it is known to be critical in the surveillance of ligand-expressing spontaneous tumours. NKG2D has recently emerged as an important player in inflammatory disorders but its precise relevance in inflammation-driven cancer remains elusive. In this study, the role played by NKG2D in a chemically induced model of hepatocellular carcinoma (HCC) is addressed by using NKG2D-deficient mice to provide evidence of a novel and unexpected role for NKG2D as a tumour promoter. The study shows that the presence of NKG2D in this model accelerates tumour growth, favours the recruitment of CD8+T cells to the inflamed liver tissue and exacerbates the pro-inflammatory milieu. NKG2D contributes to liver damage that drives chronic cycles of hepatocyte death and proliferation favouring tumour progression. The NKG2D/NKG2D ligand pathway provides an additional mechanism linking chronic inflammation to tumour development in the context of HCC exposing the need to selectively target the types of cancer that will benefit from NKG2D-based immunotherapy. In contrast with the HCC model, a NKG2D effect is not observed at early stages of liver inflammation in a short-term model of acute inflammation and liver damage. Mechanisms that regulate the recruitment and location of immune cells at sites of inflammation are poorly understood and no data are available regarding the importance of activating receptors in this mobilization process. For this reason a protocol for real time imaging of natural killer (NK) cells in the liver tissue using intravital confocal or two-photon laser-scanning microscopy (TPSLM) was established to address NK cell dynamics in vivo in the liver.Open Acces

Advanced CMOS Integrated Circuit Design and Application

The recent development of various application systems and platforms, such as 5G, B5G, 6G, and IoT, is based on the advancement of CMOS integrated circuit (IC) technology that enables them to implement high-performance chipsets. In addition to development in the traditional fields of analog and digital integrated circuits, the development of CMOS IC design and application in high-power and high-frequency operations, which was previously thought to be possible only with compound semiconductor technology, is a core technology that drives rapid industrial development. This book aims to highlight advances in all aspects of CMOS integrated circuit design and applications without discriminating between different operating frequencies, output powers, and the analog/digital domains. Specific topics in the book include: Next-generation CMOS circuit design and application; CMOS RF/microwave/millimeter-wave/terahertz-wave integrated circuits and systems; CMOS integrated circuits specially used for wireless or wired systems and applications such as converters, sensors, interfaces, frequency synthesizers/generators/rectifiers, and so on; Algorithm and signal-processing methods to improve the performance of CMOS circuits and systems

Development and characterization of sensors fabricated from polymer based magnetoelectric nanocomposites

Tese de Doutoramento em Engenharia Electrónica e de ComputadoresSensors are increasingly used in many applications areas, integrated in structures, industrial machinery, or in the environment, contributing to improve the society level of well-being. It is expected that sensorization will play on of the most relevant roles in the fourth industrial revolution, and allow, together with mechanization and informatization, a full automation. Particularly, magnetic sensors allow measurements, without physical contact, of parameters such as direction, presence, rotation, angle, or current, in addition to magnetic field. In this way, for most applications, such sensors offer a safe, noninvasive and non-destructive measurement, as well as provide a reliable and almost maintenance-free technology. Industry demands for smaller, cheaper and low-powered magnetic sensors, motivating the exploration of new materials and different technologies, such as polymerbased magnetoelectric (ME) composites. These composites are flexible, versatile, lightweight, low cost, easy to model in complicated shapes, and typically involve a lowtemperature fabrication process, being in this way, a solution for innovative magnetic sensor device applications. Therefore, the main objective of this thesis is the development of polymer-based ME sensors to be incorporated into technological devices. Thus, the ME effect is increasingly being considered an attractive alternative for magnetic field and current sensing, being able to sense static and dynamic magnetic fields. In order to obtain a wide-range ME response, a nanocomposite of Tb0.3Dy0.7Fe1.92 (Terfenol-D)/CoFe2O4/poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene) (P(VDF-TrFE)) was produced and their morphological, piezoelectric, magnetic and magnetoelectric properties investigated. The obtained composites reveals a high piezoelectric response (≈-18 pC∙N- 1) that is independent of the weight ratio between the fillers. In turn, the magnetic properties of the composites are influenced by the composite composition. It was found that the magnetization saturation values decrease with increasing CoFe2O4 content (from 18.5 to 13.3 emu∙g-1) while the magnetization and coercive field values increase (from 3.7 to 5.5 emu∙g-1 and from 355.7 to 1225.2 Oe, respectively) with increasing CoFe2O4 content. Additionally, the films show a wide-range dual-peak ME response at room temperature with the ME coefficient increasing with increasing weight content of Terfenol-D, from 18.6 mV∙cm-1∙Oe-1 to 42.3 mV∙cm-1∙Oe-1. The anisotropic ME effect on a Fe61.6Co16.4Si10.8B11.2 (FCSB)/poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/FCSB laminate composite has been used for the development of a magnetic field sensor able to detect both magnitude and direction of ac and dc magnetic fields. The accuracy (99% for both ac and dc sensors), linearity (92% for the dc sensor and 99% for the ac sensor), sensitivity (15 and 1400 mV∙Oe-1 for the dc and ac fields, respectively), and reproducibility (99% for both sensors) indicate the suitability of the sensor for applications. A dc magnetic field sensor based on a PVDF/Metglas composite and the corresponding readout electronic circuits for processing the output ME voltage were developed. The ME sensing composite presents an electromechanical resonance frequency close to 25.4 kHz, a linear response (r2=0.997) in the 0–2 Oe dc magnetic field range, and a maximum output voltage of 112 mV (ME voltage coefficient α33 of ≈30 V∙cm-1∙Oe-1). By incorporating a charge amplifier, an ac–rms converter and a microcontroller with an on chip analog-to-digital converter (ADC), the ME voltage response is not distorted, the linearity is maintained, and the ME output voltage increases to 3.3 V (α33effective=1000 V∙cm-1∙Oe-1). The sensing device, including the readout electronics, has a maximum drift of 0.12 Oe with an average total drift of 0.04 Oe, a sensitivity of 1.5 V∙Oe-1 (15 kV∙T-1), and a 70 nT resolution. Such properties allied to the accurate measurement of the dc magnetic field in the 0–2 Oe range makes this polymerbased device very attractive for applications, such as Earth magnetic field sensing, digital compasses, navigation, and magnetic field anomaly detectors. A dc current sensor device based on a ME PVDF/Metglas composite, a solenoid, and the corresponding electronic instrumentation were developed. The ME sample exhibits a maximum α33 of 34.48V∙cm-1∙Oe-1, a linear response (r2=0.998) and a sensitivity of 6.7 mV∙A-1. With the incorporation of a charge amplifier, a precision ac/dc converter and a microcontroller, the linearity is maintained (r2=0.997), the ME output voltage increases to a maximum of 2320 mV and the sensitivity is increased to 476.5 mV∙A-1. Such features indicate that the fabricated ME sensing device is suitable to be used in non-contact electric current measurement, motor operational status checking, and condition monitoring of rechargeable batteries, among others. In this way, polymer-based ME composites proved to be suitable for magnetic field and current sensor applications.Os sensores estão a ser cada vez mais utilizados em diversas áreas, integrados em estruturas, máquinas industriais ou projetos ambientais, contribuindo para melhorar o nível de bem-estar e eficiência da nossa sociedade. Espera-se que a “sensorização” contribua decisivamente para a quarta revolução industrial, e que permita, em conjunto com a mecanização e a informatização, uma completa automação. Em particular, os sensores magnéticos permitem medir parâmetros como a direção, presença, rotação, ângulo ou corrente, para além do campo magnético, tudo isto sem qualquer contacto físico. Assim, para a maioria das aplicações, estes sensores oferecem uma medição segura, não invasiva e não destrutiva, para além de garantirem uma tecnologia confiável e de escassa manutenção. A indústria procura e exige sensores magnéticos mais pequenos, mais baratos e de baixo consumo, daí a motivação para explorar novos materiais e diferentes tecnologias, tais como os compósitos magnetoelétricos (ME) baseados em polímeros. Estes compósitos são flexíveis, versáteis, leves, de baixo custo, fáceis de se modelar em formas complexas e tipicamente envolvem um processo de fabricação a baixa temperatura, constituindo uma solução fiável e de qualidade para os sensores magnéticos. É da constatação deste potencial que surge este estudo e o objetivo desta tese: o desenvolvimento de sensores ME de base polimérica. O efeito ME é cada vez mais considerado como uma alternativa credível para a medição de campo magnético e da intensidade da corrente elétrica, podendo detetar campos magnéticos estáticos e dinâmicos. De modo a obter uma gama mais alargada de resposta ME, produziram-se nanocompósitos de Tb0.3Dy0.7Fe1.92 (Terfenol-D)/CoFe2O4/poli(fluoreto de vinilideno trifluor-etileno) (P(VDF-TrFE) e as suas propriedades morfológicas, piezoelétricas, magnéticas e magnetoelétricas foram investigadas. Os compósitos obtidos revelam uma elevada resposta piezoelétrica (≈-18 pC∙N-1) que é independente da percentagem de cada material magnetoestrictivo. Por sua vez, as propriedades magnéticas são influenciadas pela composição dos compósitos. Verificou-se que a magnetização de saturação diminuí com o aumento da percentagem de CoFe2O4 (de 18.5 para 13.3 emu∙g-1) enquanto que a magnetização e o campo coercivo aumentam (de 3.7 para 5.5 emu∙g-1 e de 355.7 para 1225.2 Oe, respetivamente) com o aumento da percentagem em massa de CoFe2O4. O efeito ME anisotrópico num compósito Fe61.6Co16.4Si10.8B11.2 (FCSB)/ poli(fluoreto de vinilideno) (PVDF)/FCSB laminado foi utilizado para desenvolver um sensor de campo magnético capaz de detetar tanto a magnitude como a direção de campos magnéticos ac e dc. A exatidão (99% para ambos os sensores ac e dc), linearidade (92% para o sensor dc e 99% para o ac), sensibilidade (15 e 1400 mV∙Oe-1 para o sensor dc e ac, respetivamente) e reprodutibilidade (99% para ambos os sensores) indicam a aptidão destes sensores para aplicações avançadas. Desenvolveu-se ainda um sensor de campo magnético dc baseado num compósito ME de PVDF/Metglas, bem como a correspondente eletrónica de leitura para processar a tensão de saída ME. O compósito ME apresenta uma ressonância eletromecânica de aproximadamente 25.4 kHz, uma resposta linear (r2=0.997) para uma gama de campos magnéticos dc entre 0–2 Oe e uma tensão de saída máxima de 112 mV (coeficiente ME α33≈30 V∙cm-1∙Oe-1). Ao incorporar um amplificador de carga, um conversor ac–rms e um microcontrolador com um conversor analógico-digital (ADC), a tensão ME não é distorcida, a linearidade manteve-se e a tensão ME aumentou para 3.3 V (α33efectivo=1000 V∙cm-1∙Oe-1). O sensor, incluindo a eletrónica de leitura, obteve um desvio máximo de 0.12 Oe com um desvio total médio de 0.04 Oe, uma sensibilidade de 1.5 V∙Oe-1 (15 kV∙T-1) e 70 nT de resolução. Tais propriedades aliadas à medida exata do campo magnético dc entre 0–2 Oe tornam este dispositivo indicado para aplicações como sensores de campo magnético terrestre, compassos digitais, navegação e detetores de anomalia no campo magnético. Foi ainda possível desenvolver e otimizar um sensor de corrente baseado num compósito ME de PVDF/Metglas, num solenoide e na correspondente eletrónica de instrumentação. A amostra ME exibe um α33 máximo de 34.48V∙cm-1∙Oe-1, uma resposta linear (r2=0.998) e uma sensibilidade de 6.7 mV∙A-1. Com a incorporação de um amplificador de carga, um conversor ac/dc de precisão e um microcontrolador, a linearidade manteve-se, a tensão ME aumentou para um máximo de 2320 mV e a sensibilidade subiu para 476.5 mV∙A-1. Estas propriedades tornam este sensor ME apropriado para a medição de corrente elétrica sem contato, para a verificação do estado de funcionamento de motores e para monitorização da condição de baterias recarregáveis, entre outros. Concluindo-se deste modo que os compósitos de ME com base em polímeros provaram ser adequados para aplicações na medição de campos magnéticos e intensidade de corrente elétrica

Drosscape as raw material for the implementation of Green-Blue Infrastructure

La maggior parte delle grandi città del nostro pianeta si trova in aree connotate da un alto livello di vulnerabilità alle alluvioni, come le pianure costiere e fluviali (IPCC, 2014). Ciononostante, i trend di urbanizzazione di queste aree sono in rapida crescita, così come il conseguente incremento dell’esposizione di beni e di persone al rischio di inondazione. Nei paesi sviluppati – e specialmente nel contesto europeo – l’adattamento e la mitigazione del rischio legato alle inondazioni sono strettamente connessi con azioni di riqualificazione e riciclo delle aree abbandonate (de Graaf, 2012). Ciò avviene per due motivi: da una parte, la mancanza di risorse finanziarie adeguate rappresenta un ostacolo faticosamente sormontabile all’attivazione di misure per l’adattamento a livello locale; dall’altra parte, l’ingente processo di urbanizzazione basato su un eccessivo consumo di suolo ha generato come effetto una inevitabile scarsità cronica di spazi aperti disponibili nel tessuto più denso delle città. Queste condizioni, unitamente agli impatti generati dai cambiamenti climatici, rendono sempre più indispensabile e urgente l’implementazione di strategie adattive che siano in grado di rispondere alle diverse necessità e specificità dei territori, e che al contempo possano essere incorporate nei più canonici progetti di manutenzione, modificazione o riqualificazione delle infrastrutture, degli edifici e dello spazio pubblico (Gersonius, 2012). In questo senso, allora, coltivare una capacità di comprensione e di interpretazione dei sistemi urbani e della loro dimensione dinamica e non-lineare diventa obiettivo prioritario, al fine di riuscire a sviluppare strategie adattive virtuose a partire da quei materiali che la città stessa ha a disposizione, e che contestualmente siano in grado di conciliare gli aspetti relativi alle necessità di mitigazione del rischio con le esigenze e le limitazioni derivanti dalla scarsa disponibilità economica. Le aree abbandonate, e più in generale il drosscape, rappresentano dunque una preziosissima risorsa. Il drosscape (Berger, 2006) è una vera e propria tipologia di paesaggio, composta da aree interstiziali generate da due meccanismi principali: il primo è il processo di rapida urbanizzazione orizzontale; il secondo è la crisi dei precedenti regimi economici e di produzione. Questi frammenti, caratterizzati dall’assenza totale o parziale di usi, diventano lo strumento ideale per l’implementazione di strategie multiscalari in grado di tenere assieme e valorizzare le relazioni urbane e territoriali che essi riescono ad innescare (Gasparrini, 2014), e possono quindi contribuire alla costruzione di infrastrutture verdi e blu per diversi motivi. La gestione del rischio legato al flooding, alla luce dei cambiamenti climatici, necessita infatti di una forte sinergia tra diverse discipline: affrontare il problema con un approccio esclusivista e settoriale si è rivelato nel recente passato un fallimento, ed in particolar modo nella gestione delle acque. Questo perché i valori e gli aspetti relativi all’acqua non sono solamente legati a questioni tecniche, né esclusivamente a quelle ambientali, ma anche alla sfera sociale e a quella economica. Ciò si riflette dunque nella necessità di affiancare ad una virtuosa gestione delle acque la modellazione di un ambiente urbano che sia in grado di fornire servizi ai cittadini, di garantire loro un adeguato livello di sicurezza e di migliorare il grado di qualità della vita. Per queste ragioni, la transizione da una infrastruttura ‘grigia’ e monofunzionale ad una infrastruttura ‘verde e blu’ rappresenta di fatto un’opportunità per incrementare i benefici che la natura fornisce, traendo il massimo dalla loro sinergica messa a sistema (Hansen & Pauleit, 2014). Il paesaggio, e nello specifico il paesaggio dello scarto, gioca dunque un ruolo fondamentale, soprattutto nel momento in cui viene concepito esso stesso come infrastruttura (Bélanger, 2009), poiché rappresenta un’opportunità per catalizzare progetti che siano in grado di tenere assieme le diverse scale spaziali – da quella regionale a quella del singolo lotto o edificio – e temporali – nel breve e nel lungo periodo. D’altra parte, i diversi bisogni e le criticità che possono palesarsi in una città sono latori di potenziali conflitti a livello spaziale e, al contempo, una inadeguata pianificazione degli interventi a livello temporale può rendere inefficace se non addirittura controproducente qualsiasi strategia adattiva. Lo scopo di questa tesi di dottorato, dunque, è investigare quali siano i fattori, spaziali e non spaziali che favoriscono o impediscono l’utilizzo delle aree di scarto per l’implementazione di infrastrutture verdi e blu nel tempo. I presupposti da cui questa ricerca parte sono basati sull’idea che la sola concezione economica non sia sufficiente a definire il valore dei drosscape e la loro potenzialità, che si rivela invece soprattutto nell’aspetto relazionale, in quanto spazi eterotopici (Foucault, 1998). Ciononostante, essi sono spesso caratterizzati da un degrado ambientale per l’eccessivo consumo di risorse e per l’inquinamento dovuti ai precedenti utilizzi del suolo, legati sovente ad attività industriali. Il lavoro di tesi, quindi, va a definire quali siano i valori, le potenzialità e le criticità del drosscape, fornendo una chiave di lettura strutturata a partire dai princìpi definiti dalle teorie relative ai Sistemi Adattivi Complessi e da un framework elaborato a partire dal Dutch layer approach. Successivamente, all’interno di questo lavoro, vengono individuati i fattori morfologici e relazionali attraverso cui re-interpretare il drosscape per utilizzarlo attivamente ai fini della costruzione di infrastrutture verdi e blu in territori densamente urbanizzati. La metodologia elaborata è stata testata sul caso studio di Napoli Orientale, area caratterizzata dalla preponderante presenza di insediamenti industriali abbandonati, dichiarata Sito di Interesse Nazionale a causa degli alti livelli di inquinamento di aria, suoli e acque, e soggetta ad allagamento per l’aumento del livello delle acque di falda dovuto alla progressiva dismissione delle aree industriali

Smart Materials and Devices for Energy Harvesting

This book is devoted to energy harvesting from smart materials and devices. It focusses on the latest available techniques recently published by researchers all over the world. Energy Harvesting allows otherwise wasted environmental energy to be converted into electric energy, such as vibrations, wind and solar energy. It is a common experience that the limiting factor for wearable electronics, such as smartphones or wearable bands, or for wireless sensors in harsh environments, is the finite energy stored in onboard batteries. Therefore, the answer to the battery “charge or change” issue is energy harvesting because it converts the energy in the precise location where it is needed. In order to achieve this, suitable smart materials are needed, such as piezoelectrics or magnetostrictives. Moreover, energy harvesting may also be exploited for other crucial applications, such as for the powering of implantable medical/sensing devices for humans and animals. Therefore, energy harvesting from smart materials will become increasingly important in the future. This book provides a broad perspective on this topic for researchers and readers with both physics and engineering backgrounds