H-Bonding in supramolecular sensing and ion-channels self-assembly

In this thesis we have investigated the crucial role of H-bonding interactions in supramolecular sensing and ion-channels formation. In the first case, we have demonstrated how the presence of a preorganized receptor, which bears specific functionalities, is essential for an effective molecular recognition process. In detail, we have conceived tetraphosphonate and mixed bridged thio-phosphonate cavitands, and probed their molecular recognition properties toward alcohols at the gas solid interface by using QCM sensor devices. On one hand, these receptors have shown a very high sensibility toward all alcohols and on the other, a good selectivity for short chain alcohols. In the second part of the thesis, we have directed the attention on different supramolecular structures able to self-assemble in ion-channel. We have conceived a ditopic guanosine-sterol derivative and we have tested its aggregation ability by using planar lipid bilayer experiments. Finally, we have demonstrated how the combination of the hydrophobic and hydrophilic aspects of this compound, affords the self-assembly of large and stable transmembrane ion-channelsIn questo lavoro di tesi, si è analizzato il ruolo fondamentale delle interazioni di legame di idrogeno nei sensori supramolecolari e nella formazione di ion channels. Nel primo caso, si è dimostrato che per un efficace riconoscimento molecolare è necessaria la presenza di un recettore dalla struttura preorganizzata e caratterizzata da specifiche funzionalità. In particolare, si sono realizzati cavitandi tetrafosfonati e tiofosfonati a ponti misti, e si sono testate le loro proprietà di riconoscimento molecolare all’interfaccia gas-solido verso gli alcoli, utilizzando sensori QCM. Da un lato questi recettori hanno mostrato un’ elevata sensibilità verso tutti gli alcoli e dall’altro una buona selettività per gli alcoli a catena corta. Nella seconda parte di questa tesi, si è rivolta l’attenzione verso differenti strutture supramolecolari capaci di auto-assemblarsi in ion channels. In questo caso si è sintetizzato un derivato steroideo di topico della guanosina e si sono testate le sue capacità di aggregazione in membrane lipidiche. Si è dimostrato come la somma degli aspetti idrofobici ed idrofilici di questo composto portano alla formazione di grandi e stabili canali ionici trans membrana

Large and Stable Transmembrane Pores from Guanosine-Bile Acid Conjugates

United States Department of Energy, Office of Basic Energy Sciences and the Maryland Department of Economic and Business Development for support from the Maryland Nano-Biotechnology Initiative

Selectivity assessment in host\u2013guest complexes from single-crystal X-ray diffraction data: the cavitand\u2013alcohol case

The determination of selectivity is central to the development of molecular receptors. Competition binding experiments based on the relative binding ratios are commonly used to evaluate relative binding constants. When more than one species binds to the same active site of a receptor, the crystallographic evaluation of the occupancy factors of each ligand could be very informative about their relative affinity. However, in the presence of overlapped electron densities, the statistical occupancy factors are hard to retrieve using conventional crystal structure refinement. Here, we present an original method to evaluate the relative binding constants based on the direct treatment of the diffraction intensities obtained from isomorphous single crystals grown in the presence of binary mixtures of competitive ligands. This method was developed and first applied to evaluate the affinity of a tetraphosphonate cavitand receptor towards short-chain alcohols. In the easier cases, wherein the electron densities of the two alcohols are less overlapped, the occupancy factors for guest molecules obtained in conventional structural refinement are in good agreement with the values calculated from the direct comparison of diffraction intensities. The affinity constants were estimated from the calculated occupancy factors, considering the molar ratios of alcohols used in the competition experiments. The congruence of the method has been tested on several binary mixtures using different concentration ratios of alcoholic guests. In general, for a given alcoholic pair, the different molar ratios of alcohols, used in the crystallization batch, produce a trend of the occupancy factors in agreement with the binding constant ratios of the two alcohols. From 32 data sets collected at the Elettra synchrotron for six short alkylic chain guest molecules, we evaluated the binding constant ratios with a good internal consistency. The relative binding constants for these six alcohols were evaluated from the entire statistical sample (EtOH, 8.8 > 1-PrOH, 2.2 > MeOH, 1.3 > 2-PrOH, 1.00 > 2-BuOH, 0.32 > 1-BuOH, 0.11, using 2-PrOH as reference with an arbitrary value of 1) and are in good agreement with the structural parameters of host\u2013guest interactions observed in the corresponding crystal structures. In particular, the binding constant decreases with the increase in the host\u2013guest H-bond distance, which follows the increase in the length of the alkyl chain of the alcoholic guest. Moreover, quartz crystal microbalance (QCM) measurements and fluorescence data have been compared and discussed with respect to the relative affinity scale obtained by crystallography

Vacuum-evaporated cavitand sensors: Dissecting specific from nonspecific interactions in ethanol detection

High vacuum evaporation (VE) is used for the first time to grow thin films of novel tetraphosphonate, Tiiii[H, CH3, Ph], and tetrathiophosphonate, TSiiii[H, CH3, Ph], cavitands for gas sensing applications. The sublimation rate of the compounds was monitored during the depositions and related to the final physical properties of the samples. The properties of deposited films were investigated by various techniques. FT-IR and ESI-MS indicate that the samples consist of pristine cavitand molecules and demonstrate the high purity of the VE films. AFM images show the Tiiii and TSiiii films to possess similar thickness and globular morphology. These physical analyses indicate the uniformity and homogeneity of the final samples as well as the high reproducibility of the VE technique. The sensing capabilities of the samples were investigated by exposing Tiiii- and TSiiii-coated QCMs to ethyl alcohol in very low concentrations. The sensitivity, the speed, and the detection limit of the samples were determined, indicating highly competitive sensing capabilities. Elovich kinetics and Langmuir−Henry isotherms were used to analyze the sorption process occurring onto the different samples and showed that, whereas TSiiii samples consist mainly of unspecific adsorption sites, Tiiii films show specific active sites where analyte molecules can be trapped and detected

Development of a combined SEM and ICP-MS approach for the qualitative and quantitative analyses of metal nano- and microparticles in food products

Erratum to: Development of a combined SEM and ICP-MS approach for the qualitative and quantitative analyses of metal microparticles and sub-microparticles in food products published in Anal Bioanal Chem (2011) 401:1453 DOI 10.1007/s00216-011-5241-

Tailoring the use of 8‐Hydroxyquinolines for the Facile Separation of Iron, Dysprosium and Neodymium

: Permanent magnets (PMs) containing rare earth elements (REEs) can generate energy in a sustainable manner. With an anticipated tenfold increase in REEs demand by 2050, one of the crucial strategies to meet the demand is developing of efficient recycling methods. NdFeB PMs are the most widely employed, however, the similar chemical properties of Nd (20-30% wt.) and Dy (0-10% wt.) make their recycling challenging, but possible using appropriate ligands. In this work, we investigated commercially available 8-hydroxyquinolines (HQs) as potential Fe/Nd/Dy complexing agents enabling metal separation by selective precipitation playing on specific structure/property (solubility) relationship. Specifically, test ethanolic solutions of nitrate salts, prepared to mimic the main components of a PM leachate, were treated with functionalized HQs. We demonstrated that Fe3+ can be separated as insoluble [Fe(QCl,I)3] from soluble [REE(QCl,I)4]- complexes (QCl,I-: 5-Cl-7-I-8-hydoxyquinolinate). Following that, QCl- (5-Cl-8-hydroxyquinolinate) formed insoluble [Nd3(QCl)9] and soluble (Bu4N)[Dy(QCl)4]. The process ultimately gave a solution phase containing Dy with only traces of Nd. In a preliminary attempt to assess the potentiality of a low environmental impact process, REEs were recovered as oxalates, while the ligands as well as Bu4N+ ions, were regenerated and internally reused, thus contributing to the sustainability of a possible metal recovery process

Capitolo 9. La cultura della sicurezza nei contesti sanitari: quale atteggiamento dei professionisti?

La sicurezza del paziente rappresenta oggi, a livello internazionale, uno dei principali temi affrontati dalle istituzioni governative e dalle organizzazioni sanitarie. Sollecitazioni e indicazioni a sviluppare questo aspetto del processo di cura sono presenti nei documenti a livello nazionale e regionale. In letteratura l'importanza di considerare la Cultura della Sicurezza del Paziente (CPS) è ampiamente accettata e ben documentata. Gli autori suggeriscono che la presenza di una cultura orientata a promuovere la sicurezza all’interno dei servizi sanitari sia un importante e necessario precursore per poter migliorare la sicurezza del paziente. La definizione più comunemente usata e ampiamente diffusa di CPS è stata proposta dalla Health Safety Commissionche la definisce come: il prodotto individuale e di gruppo di valori, atteggiamenti, percezioni, competenze e modelli di comportamento che determinano l'impegno e lo stile di una organizzazione della salute nella attuazione dei programmi di sicurezza. Le organizzazioni con una positiva cultura della sicurezza sono caratterizzate da una comunicazione fondata sulla fiducia reciproca, dalla percezione condivisa dell'importanza della sicurezza, e dalla fiducia nella efficacia delle misure preventive. In una recente review sul tema, Feng et al.concludono che c’è consenso sul fatto che la cultura della sicurezza del paziente sia un sottoinsieme della cultura organizzativa e si riferisca specificamente ai valori e alle convinzioni in materia di sicurezza dei pazienti all'interno di organizzazioni di assistenza sanitaria. A causa delle numerose definizioni di cultura della sicurezza proposte in letteratura e della sua natura multidimensionale, non è sorprendente che ci sia poco consenso per quanto riguarda le dimensioni che ne costituiscono il costrutto e che siano presenti differenti approcci di studio. I metodi qualitativi includono osservazioni, focus group, discussioni e studi di casi. Al contrario, attraverso l’approccio quantitativo c’è il tentativo di misurare la cultura della sicurezza secondo procedure spesso altamente standardizzate, utilizzando interviste strutturate e questionari. Tra gli strumenti di natura quantitativa emergono l’Hospital Survey on Patient Safety Culture (HSOPS)7 e il Safety Attitudes Questionnaire (SAQ)8 per le buone proprietà psicometriche, il numero di dimensioni testate e per essere stati provati su larga scala. Sia Sexton JB et al. (2006) che Deilkas and Hofoss (2006) nelle loro ricerche concludono che il SAQ ha buone qualità psicometriche ed in particolare questi ultimi lo ritengono l’unico strumento che misura la cultura della sicurezza i cui risultati siano correlabili agli esiti sui pazienti. In Italia non risultano pubblicazioni relative ad indagini che hanno utilizzato il SAQ, mentre una unica ricerca svolta nel 2007 ha utilizzato una versione tradotta in italiano del questionario HSOPS. In questo scenario, diventa allora pregnante ed auspicabile indagare strumenti e/o percorsi di misurazione della safety culture applicabili al contesto sanitario italiano, per inserirli nell’ambito di tutta la serie di interventi che costituiscano l’approccio proattivo al tema della sicurezza. Per la sicurezza è indispensabile l’apporto di ogni professionista sanitario, il quale è chiamato da un lato a ricoprire un ruolo attivo nell’individuazione e segnalazione delle insufficienze latenti e dei “quasi errori” e dall’altro a contribuire al miglioramento complessivo della qualità delle prestazioni erogate da ogni struttura sanitaria. In questo contesto nasce il presente progetto di ricerca con lo scopo di indagare la cultura della sicurezza e comprendere se e come questa divenga costituente della professionalità agita di alcuni profili professionali.Obiettivi Gli obiettivi della ricerca sono: • esplorare la cultura della sicurezza nei contesti sanitari, rilevando nei professionisti i contenuti della rappresentazione della sicurezza nella pratica professionale; • verificare l’applicabilità alla realtà sanitaria italiana, di uno strumento di analisi della patient safety culture, il Safety Attitudes Questionnaire (SAQ), procedendo, inoltre, ad una prima validazione dello strumento; • studiare se e come la cultura della sicurezza si connetta al percepito professionale degli operatori sanitari e si declini nel loro agito quotidiano. Coerentemente agli obiettivi sopradescritti l’indagine si è svolta integrando metodologie qualitative e quantitative. Lo strumento utilizzato è stato un questionario semi-strutturato composto da tre parti principali. Nella prima parte, attraverso l’utilizzo del metodo della libera associazione, viene esplorato il contenuto ed il campo della rappresentazione della sicurezza chiedendo agli intervistati di esporre per iscritto fino a 10 parole (o brevi frasi) evocate dallo stimolo “Sicurezza è.....”. Nella seconda parte utilizza la scala a 6 dimensioni del SAQ, che misura gli atteggiamenti nei confronti della sicurezza attraverso 63 items. Tra i vari strumenti disponibili è stato scelto il SAQ per le buone qualità psicometriche, l’ampio utilizzo a livello internazionale e la capacità di cogliere la multidimensionalità del costrutto Cultura della Sicurezza. Non essendo ancora disponibile una versione italiana del SAQ si è proceduto alla traduzione del questionario in maniera indipendente da parte di tre membri del gruppo, traduzione che è stata sottoposta alla revisione da parte dell’intero gruppo di ricercatori giungendo così alla versione definitiva. Nella terza parte dello strumento per poter analizzare il percepito professionale e l’agito quotidiano è stato chiesto all’intervistato, dato un elenco di otto comportamenti professionali, di ordinarli secondo un criterio di importanza (1 più importante – 8 meno importante). Tale elenco è stato poi riproposto all’intervistato con la richiesta di indicare secondo una scala Likert con che frequenza riesce ad attuare i comportamenti professionali definiti. A completamento dello strumento sono stati richiesti alcuni dati socio-anagrafici e descrittivi dei partecipanti. La versione definitiva del questionario è stata realizzata dopo test pilota nelle Aziende coinvolte, al fine di valutare la comprensibilità degli item ed i tempi di compilazione.I partecipanti individuati attraverso un campionamento per quote nell’ambito di 5 Aziende sanitarie della Regione Emilia-Romagna (Azienda USL di Bologna, Azienda Ospedaliera di Reggio Emilia ed Aziende Ospedaliero-Universitarie di Ferrara, Modena e Parma) sono stati reperiti all’interno di quattro macro aree: chirurgica, sale operatorie, medica e materno-infantile. Il questionario è stato somministrato a tutti gli operatori sanitari di ogni Unità Operativa scelta, che erano dipendenti di ruolo, svolgevano la propria attività in una delle Unità Operative selezionate, anche se sottoforma di consulenza, da almeno un mese ed erano Infermieri, Ostetriche o Fisioterapisti. La distribuzione dei questionari, autosomministrati, è stata fatta dai ricercatori nelle proprie Aziende. Il tasso di risposta medio è stato del 70,1%.Nel campione dei 686 rispondenti il 15.7% sono maschi e il 79.9% femmine (30 partecipanti non hanno riportato il sesso). Il 20.1% dei partecipanti hanno un’età compresa fra i 20 e i 30 anni, il 42.1% fra 31 e i 40 anni, il 31.5% fra 41 e 50 anni mentre il 4.2% hanno un’età superiore ai 50 anni (20 non hanno riportato la propria età). La maggior parte dei rispondenti è infermiere.Rispetto alla prima parte del questionario riferita alle libere associazioni evocate dalla parola sicurezza, dei 686 questionari ritirati 508 riportavano compilata tale sessione, ed è su questi ultimi che sono state effettuate tramite T-Lab alcune analisi lessicali. Il vocabolario che ne scaturisce è costituito da 4.225 parole raggruppabili in 1.282 forme. Considerando una soglia di frequenza maggiore di 28 occorrenze, emergono 19 parole chiave.Per quanto concerne i dati raccolti attraverso il SAQ, dei 686 questionari ritirati, i validi elaborati sono stati 660. Come si può notare, la consistenza interna delle scale rilevata nel nostro studio è buona e del tutto sovrapponibile a quella dello studio utilizzato per la validazione dello strumento. Tuttavia, l’analisi fattoriale delle componenti principali (con rotazione varimax) non mostra la struttura attesa. Abbiamo, quindi, provveduto a realizzare analisi fattoriali successive riducendo il numero di fattori fino al raggiungimento di una soluzione soddisfacente al modello teorico. La soluzione più soddisfacente è a tre fattori che spiegano il 40% della varianza totale. Nella terza parte del questionario che indagava se e come l’orientamento alla sicurezza entra a far parte della professionalità percepita ed agita dai Professionisti Sanitari, dei 686 questionari ritirati, i validi elaborati sono stati 510. Come si può notare valutare i bisogni assistenziali e stabilirne le priorità rappresenta l’attività che viene considerata come di estrema importanza.Il presente studio è uno dei pochi realizzati in Italia che abbia esplorato la Cultura della Sicurezza legandola alla percezione di professionalità degli operatori sanitari, per questo motivo i dati presentati necessitano di ulteriori approfondimenti. Tuttavia offrono interessanti spunti di riflessione utili all’implementazione di azioni volte alla diffusione della Cultura della Sicurezza