Photo-responsive graphene and carbon nanotubes to control and tackle biological systems

Photo-responsive multifunctional nanomaterials are receiving considerable attention for biological applications because of their unique properties. The functionalization of the surface of carbon nanotubes (CNTs) and graphene, among other carbon based nanomaterials, with molecular switches that exhibit reversible transformations between two or more isomers in response to different kind of external stimuli, such as electromagnetic radiation, temperature and pH, has allowed the control of the optical and electrical properties of the nanomaterial. Light-controlled molecular switches, such as azobenzene and spiropyran, have attracted a lot of attention for nanomaterial's functionalization because of the remote modulation of their physicochemical properties using light stimulus. The enhanced properties of the hybrid materials obtained from the coupling of carbon based nanomaterials with light-responsive switches has enabled the fabrication of smart devices for various biological applications, including drug delivery, bioimaging and nanobiosensors. In this review, we highlight the properties of photo-responsive carbon nanomaterials obtained by the conjugation of CNTs and graphene with azobenzenes and spiropyrans molecules to investigate biological systems, devising possible future directions in the field

La Collera. Le emozioni e la loro valenza umana. Esperienze a confronto per una nuova pedagogia.

Questo lavoro parte da una riflessione sulla mente umana, cercavo di spiegarmi su quali basi le persone facessero delle scelte piuttosto che altre. Ho riflettuto sullo spazio ignoto che si crea tra il sorgere di una emozione e la conseguente reazione. Mi interessava comprendere cosa succede a livello cognitivo e neuronale quando si manifesta l’emozione e successivamente, senza accorgercene, reagiamo. Esiste una frazione di secondo che intercorre tra la nascita di un'emozione e l'azione correlata. Le prime informazioni che ho raccolto riguardano l'origine delle emozioni, le loro fondamenta ritrovate in discorsi evoluzionisti di autori come Charles Darwin, antropologo ed entologo che ha dato vita allo sviluppo di nuove discipline e ricerche basate sull'origine delle emozioni ed i rispettivi caratteri fisiognomici e fisiologici che si rispecchiano, con una certa omogeneità, in tutte le culture del mondo. Il conseguente studio dell'approccio cognitivo alle emozioni ha fatto emergere diverse ricerche e diversi pareri discordanti sulla definizione di emozioni di base non è stato facile contenere e descrivere quali fossero le emozioni basiche e come riconoscerle. I diversi approcci psicologici hanno riconosciuto il valore umano delle emozioni, concordano nel rispettare ogni stato emotivo, poiché da questo dipende la strutturazione dell'identità, della personalità dell'individuo. Il riconoscimento della natura innata e ereditata delle emozioni, consente di riflettere sulle possibili strategie adottabili per offrire un'educazione ai sentimenti e nello specifico ad una emozione particolarmente spinosa: la collera. Questa emozione per la sua impetuosità è considerata una delle emozioni di base, poiché la riconosciamo sia nei primati sia nei neonati. La collera ha una forza trainante, ci permette di reagire in modo costruttivo o distruttivo, e le diverse teorie riconoscono in essa un potenziale indescrivibile. L'energia che si sprigiona da quest'emozione è molto potente tanto da ostacolare le relazioni sociali, influenza profondamente la nostra vita e quella degli altri. In particolare mi sono soffermata nel comprendere come questa emozione incida nella relazione tra genitore-figlio e insegnante-bambino, questo perché credo che la base di uno sviluppo armonioso dell'individuo parte dalla nascita e si espande verso le prime realtà sociali che sono rappresentate dalla famiglia e dalle istituzioni scolastiche. La ricerca prosegue verso un'attenzione nei confronti delle espressioni verbali e non influenzate dalla collera; aspetta ai genitori ed insegnanti allenarsi ad ascoltare ciò che sta dietro un'espressione emotiva. La sensazione, da parte dei genitori e insegnanti, di sentirsi in trappola o giudicati per le loro disattenzioni o per la mancanza di ascolto o di inappropriatezza comunicativa nei confronti dei bambini, accresce un senso di sconfitta e stimola il sorgere della collera. Ho discusso di piccole strategie da adottare per alleviare le sofferenze da parte dei genitori e degli insegnanti, ho descritto alcune tecniche comunicative semplici ed efficaci, le possiamo ritrovare quando parliamo di Gordon e delle sue teorie riguardanti l'ascolto attivo, di messaggi-io e il problem solving. Restituiamo nuova energia quando parliamo di comunicazione nonviolenta di Marshall Rosenberg, una nuovo approccio che permette la destrutturazione della collera, restituendola ai genitori, insegnanti e bambini in un formato semplice, comprensibile, umano. Le nuove prospettive riguardanti la visione di un cervello neuroaffettivo, plastico, emotivo permettono di donare all'uomo una nuova capacità, parliamo di consapevolezza, accoglienza, accettazione dando fiducia alle capacità dell'uomo, poiché è in grado di raggiungere una visione chiara e accettate dei propri pensieri, emozioni, sensazioni e azioni associate alle loro conseguenze. Parliamo di Mindfulness, una rinnovata consapevolezza di essere, esistere momento per momento che agisce sulle reazioni emotive, indirizzando le nostre azioni verso ciò che ci migliora la vita. A questo punto non potevano mancare esperienze, soprattutto scolastiche italiane, che descrivono i loro metodi ed i loro approcci all'emotività ed in particolare verso la collera

Novel nanobiotechnology platforms based on photochromic molecules

The development of new nano-biotechnologies is a promising and ever demanding research field. In particular, the possibility to use the organic chemistry tools to build molecules sensitive to a wide range of external stimuli, responsible of a switching between their two isomers, represents an interesting area of investigation with suitable applications in novel nano-technologies. The use of photochromic molecular switches in applications ranging from drug delivery to the probing of biochemical parameters, passing through their uses in material science, in polymer and carbon nano materials realms, constitute the main research subject of my PhD course. In this manuscript I\u2019ll report in Chapter 3 investigations upon Spiropyrans molecular switches in their metal complexations attitude for the Visible light regulated delivery of pharmaceutical active compounds. Chapter 4 will be dedicated to the study I conducted on hybrid mesostructures prepared combining Azobenzenes molecules and Graphene Oxide in order to apply these modified materials in the biological context. Chapter 5 will be instead dedicated to the study of photochromic Oxazines and Oxazolidines in their modifications with fluorophores to have ratiometric Temperature and pH sensing tools and in their use as switchable blocks in photo-modulable polymers

Topological characterization of chiral models through their long time dynamics

We study chiral models in one spatial dimension, both static and periodically driven. We demonstrate that their topological properties may be read out through the long time limit of a bulk observable, the mean chiral displacement. The derivation of this result is done in terms of spectral projectors, allowing for a detailed understanding of the physics. We show that the proposed detection converges rapidly and it can be implemented in a wide class of chiral systems. Furthermore, it can measure arbitrary winding numbers and topological boundaries, it applies to all non-interacting systems, independently of their quantum statistics, and it requires no additional elements, such as external fields, nor filled bands

Measuring the complex orbital angular momentum spectrum and spatial mode decomposition of structured light beams

Light beams carrying orbital angular momentum are key resources in modern photonics. In many applications, the ability of measuring the complex spectrum of structured light beams in terms of these fundamental modes is crucial. Here we propose and experimentally validate a simple method that achieves this goal by digital analysis of the interference pattern formed by the light beam and a reference field. Our approach allows one to characterize the beam radial distribution also, hence retrieving the entire information contained in the optical field. Setup simplicity and reduced number of measurements could make this approach practical and convenient for the characterization of structured light fields.Comment: 8 pages (including Methods and References), 6 figure

Generation and dynamics of optical beams with polarization singularities

We present a convenient method to generate vector beams of light having polarization singularities on their axis, via partial spin-to-orbital angular momentum conversion in a suitably patterned liquid crystal cell. The resulting polarization patterns exhibit a C-point on the beam axis and an L-line loop around it, and may have different geometrical structures such as \qo{lemon}, \qo{star}, and \qo{spiral}. Our generation method allows us to control the radius of L-line loop around the central C-point. Moreover, we investigate the free-air propagation of these fields across a Rayleigh range.Comment: 6 pages, 4 figures, appears on Optics Express