Il Dipartimento svolge una serie di importanti attività di ricerca.
Negli ultimi anni i docenti afferenti al Dipartimento hanno ottenuto, in qualità di responsabili, numerosi finanziamenti per progetti di ricerca che hanno avuto l’approvazione e il sostegno di vari istituzioni ed enti pubblici e privati a dimostrazione dell’ampiezza e versatilità delle competenze scientifiche.
Progetti di Ateneo
Elenco progetti finanziati dall’Ateneo
Unione Europea (UE)
Regione Lazio
- SICURI - Sistema Innovativo di Controllo Urbano per Ridurre l’Illegalità
Il progetto SICURI intende realizzare una innovativa piattaforma in
grado di acquisire e analizzare diverse informazioni eterogenee, in diversi contesti (testi, immagini e video) ed individuare degli indicatori di pericolosità tramite sofisticati sistemi di intelligenza artificiale. Tale soluzione potrà essere utilizzata in vari contesti operativi, incrementando le capacità di comando e controllo in ambito sicurezza militare e urbana.La soluzione permetterà di svolgere una analisi di “Information Superiority” che rappresenta un moltiplicatore di forza, un elemento chiave che consente di ottenere una posizione di vantaggio, contribuendo al raggiungimento del successo, soprattutto nel quadro di operazioni militari e urbane. Questo processo di raccolta delle informazioni permette di acquisire una Shared Situational Awareness. In altri termini, le risorse umane e tecnologiche a disposizione vengono impiegate per raccogliere dati rilevanti e per comunicarli con precisione ai vertici della catena di comando, per poi diffonderli alle forze sul campo nel modo più opportuno ed efficace.Partner:
HN EXCELLENCE SRL
Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria – Sapienza Università di Roma
Soggetti finanziatori: Regione Lazio
Ammesso al finanziamento con Det. n. G15322 del 17/11/2023, - Progetto T0008B0005 - A0613 - Avviso Pubblico "Riposizionamento competitivo RSI" approvato con DE n. G18823 del 28/12/2022. Ambito 3 "Aerospazio", "Sicurezza" e "Automotive e Mobilità Sostenibile"
CUP F89J23001330007
CUP Sapienza B83D23001020002
Sovvenzione concessa: 270.894,30 €
Durata del Progetto: 18 mesi
- SPECTROMED – Spettrometro per la diagnostica multispettrale dei melanomi
Il progetto SPECTROMED intende realizzare un sistema che fa uso delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (ICT), e in particolare dell’Intelligenza Artificiale (AI), per migliorare la diagnosi dei melanomi e di piattaforme cloud per la distribuzione del servizio di diagnosi decentralizzato presso i medici di base (e in prospettiva anche presso le farmacie) per primo screening. In particolare, l’utilizzo di uno strumento iperspettrale/multispettrale consente di acquisire informazioni sulle proprietà ottiche dei tessuti che sono invisibili all’occhio umano, mentre l’intelligenza artificiale viene utilizzata per analizzare i dati applicati sia alla classificazione delle firme spettrali che delle caratteristiche morfologiche ed evolutive in modo da fornire una diagnosi più precisa.
Nel progetto SPECTROMED l’elaborazione dell’informazione è centralizzata in modo da consentire la creazione di una base di conoscenza incrementabile mediante l’inserimento nel sistema delle verifiche delle diagnosi.
Il sistema SPECTROMED, una volta sviluppato, mira a migliorare la capacità diagnostica nei confronti delle lesioni pigmentate dubbie, a ridurre la percentuale dei falsi negativi e a selezionare le lesioni che effettivamente necessitano di essere asportate chirurgicamente a tutto vantaggio del paziente e delle finanze dello Stato.
Partner:
Superelectric srl
Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria – Sapienza Università di Roma
Dipartimento di “Medicina Sperimentale” – Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”
Soggetti finanziatori: Regione Lazio
Ammesso al finanziamento con Det. n. G15206 del 16/11/2023, PR FESR Lazio 2021-2027 - Obiettivo specifico 1.I - Progetto T0008B0005 - A0613 - Avviso Pubblico "Riposizionamento competitivo RSI" approvato con DE n. G18823 del 28/12/2022. Ambito 1 "Scienze della Vita".
CUP F89J23001150007
CUP Sapienza B83D23001040002
Sovvenzione concessa: 418.957,33 €
Durata del Progetto: 18 mesi
https://www.superelectric.it/progetto-spectromed/
Allegati
Data notizia:- ASSO Project
Descrizione del progetto:
Come indicato da un’analisi condotta da Cassa Depositi e prestiti (https://www.cdp.it/resources/cms/documents/Suez-e-Mediterraneo-Il-ruolo-...) il 90% degli scambi commerciali avviene via mare ed oltre alle immissioni di CO2, dovute all’utilizzo di combustibili fossili, una grande minaccia per la vita nei mari di tutto il mondo è rappresentato dall’impiego di vernici antivegetative, utilizzate puntualmente per evitare la formazione di organismi sugli scafi delle imbarcazioni
Se da un lato le antivegetative:
· Riducono i consumi di carburante, in quanto la presenza di alghe ed altri organismi sugli scafi aumenta l’attrito della barca a contatto con l’acqua, e
· Aumentano la robustezza dello scafo, in quanto la presenza di biofouling (questo è il termine internazionale con cui vengono indicate queste formazioni) può intaccare progressivamente la struttura dello scafo danneggiandola (ad esempio con fenomeni di osmosi)
dall’altro però le sostanze impiegate per eliminare la presenza di biofouling vengono progressivamente rilasciate in mare andando a continuare la loro azione biocida all’interno degli ecosistemi dove si depositano. I componenti principali delle vernici antivegetative sono noti come biocidi. I biocidi sono prodotti intesi come antiparassitari utilizzati per eliminare, rendere innocui o impedire, l'azione di qualsiasi organismo che possa, nel caso delle navi, stabilirsi sullo scafo delle barche, vedi Figura 1. Le vernici antivegetative tradizionali utilizzano essenzialmente dei componenti organometallici (contenenti rame o zinco) e organici (fungicidi, battericidi, alghicidi) che rilasciati in mare continuano la loro azione. Le nuove legislazioni hanno ridotto l’uso di antivegetative composte da biocidi proprio per ridurre l’impatto che queste sostanze hanno sulla vita dei nostri mari e molte imprese stanno investendo in ricerche volte all’utilizzo di nuove soluzioni.
Il progetto ASSO vuole realizzare un antivegetativo basato sugli studi condotti da SBAI e CNR su nuovi materiali capaci, senza nuocere all’ambiente marino (impedendo il rilascio di veleni o altre sostanze tossiche in mare), di evitare la formazione di biofouling sulle carene. Si tratta di materiali senza biocidi realizzati con matrici siliconiche, o al teflon, che producono un effetto antiadesivo e rivestimenti fluoropolimerici con effetti antiaderenti e/o a base di silossani (degli idrorepellenti) che impediscono l’adesione di sostanze allo scafo
L’ATS è formata dai seguenti partner, ognuno specialista nel suo settore: SVIR S.r.L., Università degli Studi di Roma Sapienza – Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per la Microelettronica e Microsistemi.
Partners:
· Società SVIR S.R.L., con sede legale in Morolo, partita iva 01836030609, codice fiscale N. 01836030609;
Alla SVIR S.R.L. è stato ammesso un impegno di progetto di € 390.771,19 pari ad una sovvenzione di € 256.314,04· Ente Università degli Studi Sapienza– Dipartimento di Scienze di Base e Applicate per l’Ingegneria, con sede legale in Via Antonio Scarpa 14, 00161 Roma, partita iva 02133771002, codice fiscale N.80209930587.
Al Dipartimento di Scienze è stato ammesso un impegno di progetto di € 72.523,01 pari ad una sovvenzione di € 58.018,40.· Ente Consiglio Nazionale delle Ricerche - Istituto per la Microelettronica e Microsistemi, con sede legale in Strada VIII Zona Industriale, 5 – 95121 Catania, partita iva 02118311006, codice fiscale N. 80054330586.
All’Istituto per la Microelettronica e Microsistemi è stato ammesso un impegno di progetto di € 94.448,50 pari ad una sovvenzione di € 75.558,80.Finalità:
il progetto ASSO si pone come obiettivo finale quello di ottenere un prototipo funzionante in un ambiente operativo e cioè di aver modo di testare con successo, per almeno 6 mesi, le seguenti funzionalità della nuova vernice antivegetativa:
· Assenza di vegetazione ed organismi sullo scafo della barca
· Aumento della dinamicità della barca durante la navigazione
· Riduzione dei consumi di carburante dovuti alla riduzione dell’attrito con l’acqua
· Assenza di rilascio di sostanze inquinanti nelle acque
Per raggiungere l’obiettivo finale durante i 18 mesi di progetto i diversi partner di ASSO dovranno sottoporre la soluzione a diverse fasi valutative ognuna delle quali sarà caratterizzata da un obiettivo intermedio come di seguito indicati:
· Obiettivo intermedio 1
Sintetizzati con successo i futuri materiali – Si saranno ottenuti in laboratorio i singoli componenti di ASSO:
o Microbiocidi naturali
o Materiale superidrofobico
Condotti con successo test in laboratorio dei singoli materiali. Tali test saranno volti a dimostrare le capacità fisico chimiche dei materiali ottenuti all’interno di un ambiente simulato
· Obiettivo intermedio 2
Integrazione dei materiali identificati all’interno di una matrice applicabile in ambito marino
Test funzionali di laboratorio su un modello in scala
Test funzionali del prototipo ottenuto in laboratorio su di una barca ormeggiata
Test funzionali del prototipo ottenuto in laboratorio su di una barca in movimento vicino la costa
Test sulla tossicità della soluzione ASSO
Test sull’usabilità della soluzione: facilità di applicazione
· Obiettivo intermedio 3 - verranno condotte valutazioni volte a verificare:
La scalabilità di ASSO su diversi materiali: vetroresina, legno, metallo
Il degrado della soluzione in ambiente reale statico e dinamico
Risultati:
Per raggiungere le finalità di progetto, il lavoro è stato suddiviso nei seguenti gruppi di lavoro:
· WP1 - Coordinamento tecnico di progetto
Obiettivo di questo WP è quello di garantire il rispetto delle tempistiche del progetto, assicurarne la qualità dei risultati e della documentazione ad esso correlata. All’interno di questo WP i partner lavoreranno per assicurare il raggiungimento degli obiettivi finali ed intermedi di progetto, oltre che il rilascio dei singoli deliverable, siano essi documentali e/o prototipali. Allo stesso tempo sarà all’interno di questo WP che verranno gestite tutte le questioni economiche e tecniche inerenti variazioni e/o criticità che possano sorgere durante il normale svolgimento del progetto· WP2 - Analisi del contesto applicativo e dei materiali attualmente rappresentanti lo stato dell’arte, sintesi e testing di nuovi materiali
L'obiettivo del WP2, che è quello di ottenere dei materiali compositi antivegetativi compatibili con le matrici utilizzate per realizzare il prodotto finale applicabile (vernice propriamente detta), verrà realizzato attraverso tre fasi, di seguito brevemente descritte:o Analisi dello stato dell'arte relativo alle tecnologie e ai materiali attualmente utilizzati nel campo delle vernici antivegetative
o Sintesi di materiali compositi superidrofobici
o Test preliminari sulla compatibilità dei materiali sintetizzati e delle matrici utilizzate per realizzare la vernice antivegetativa
· WP3 - Caratterizzazioni e testing dei materiali e loro integrazione in prodotti applicabili e test di laboratorio
Obiettivo di questo WP sarà quello di caratterizzare i materiali sintetizzati nel WP2, sottoporli a test sulle loro funzionalità chimico fisiche e testarli all’interno di un test bed realizzato appositamente in laboratorio· WP4 – Campagna di test sul campo, analisi dei dati e validazione
Obiettivo di questo WP è quello di realizzare un impianto pilota in grado di produrre il prototipo ASSO da testare. Output di questo WP saranno le diverse versioni di antivegetativo che saranno prodotte nei 18 mesi di progetto per implementare sia i test funzionali che quelli operativi, oltre che alla valutazione della reologia e applicabilità del prodotto.· WP5 - Diffusione e sfruttamento dei risultati
Obiettivo di questo WP è la realizzazione di un piano di commercializzazione in Italia ma anche e soprattutto all’Estero. All’interno del piano di commercializzazione si declineranno non solo le funzionalità di ASSO come nuova soluzione antivegetativa per uso navale ma anche e soprattutto i vantaggi economici industriali ecologici e sociali da esso derivanti. Concluderà le attività di questo WP la realizzazione di un modello di business che, basato sull’effort profuso nel progetto e sulla proprietà intellettuale dei singoli partner, definirà le percentuali di possesso della soluzione ASSO e ne regolamenterà le future vendite.Sostegno finanziario ricevuto:
La proposta di progetto ASSO è stata presentata il 27/03/2023 con numero di protocollo A0613-2023-078057 sull’Avviso pubblico “Riposizionamento Competitivo RSI” di cui alla Det. n. G18823 del 28/12/2022 – POR FESR LAZIO 2021 – 2027
Con la Det. G14867 del 09/11/2023 pubblicata sul BUR Lazio 93 Supplemento 1 del 21/11/2023 il Direttore della Direzione Regionale per lo Sviluppo Economico, le Attività Produttive e la Ricerca ha approvato gli elenchi dei Progetti ammessi, idonei e finanziabili e il relativo contributo concesso a fondo perduto.
Il Progetto ASSO, identificato con il numero GeCoWEB Plus A0613-2023-078057, CUP F29J23001000007 (CUP SBAI: B83D23001030002 -
CUP CNR-IMM: B83D23001050002) e COR 16164183 è stato ammesso e finanziato per un importo pari a € 557.742,70 pari ad un contributo a fondo perduto di € 389.891,24.
Di seguito riportiamo i costi ed il relativo contributo riconosciuti per ogni partner:
- IMAGO – Imaging Multispettrale per l’Arte, Gamification e realtà Olografica
MUR-PRIN
- reSPECT - Towards a new family of nuclear imaging gamma detectors
Progetto PRIN 2022: reSPECT - Towards a new family of nuclear imaging gamma detectors
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23005360006 - Codice Progetto 2022Z72Y3K
PNRR M4.C2.1.1The International Agency for Research on Cancer estimated a 25% risk of tumor incidence in the European population (2018). Cases are expected to rise, reaching 23.6 M new cancers/year by 2030 with a huge projected cost in money and lives on the health system and citizens. Prevention and early diagnosis remain the fundamental tools, and nuclear imaging plays an important role for non-invasive diagnosis.
The reSPECT project opens the way to a new family of gamma imaging detectors based on plastic scintillators combined with 3D printed collimators and an integrated readout system, allowing for significant cost reduction, while achieving beyond state-of-the-art resolution and count-rate capability. The breakthrough is based on innovations in materials, 3D printing, and sensing.
The use of a new plastic scintillator enriched with high-Z elements leads to an effective homogeneous dispersion of Z elements in polymeric matrices. The fast decaying of such scintillators requires shorter integration times (few tens of ns) and allows for integrating the detector in MRI systems (signal to noise ratio improved of 10 wrt NaI based system). Moreover, the count-rate capability up to 200 MHz makes reSPECT extremely suitable for employment in theragnostic, where high activity radio-nuclides are used, or in dynamic and in-treatment imaging. The reSPECT technology will also improve the spatial resolution by a factor 2 compared to today’s leading-edge technology, allowing for a highly accessible, high quality tomographic imaging, with an astounding impact on the economy and society.
The reSPECT project will deliver a feasibility study of a new nuclear imaging system. The activity will consist in the development of prototypes of the different systems with the aim of investigating the proposed technological breakthroughs. The first one consists of an organic hi-Z plastic scintillator active prototype, demonstrating the polymerization technique in a metallic frame and the photodetection capability via photoelectric effect. We will then explore a scintillator-readout, coupling a SPAD-based chip sensor with the active material in order to fully exploit the pixelated structure. A modular and high-performance readout system will be designed according to the performed measurements. The final goal is the exploitation of an innovative, cheap, fast, high-resolution SPECT system.
The design and development of the reSPECT feasibility study is a multidisciplinary effort which will be carried on within the collaboration of the units: Museo Storico della Fisica e Centro Studi e Ricerche Enrico Fermi CREF, Sapienza University of Rome UNIRM (Dipartimento di Scienze di Base ed Applicate per l’Ingegneria - SBAI) and Università di Trento UNITN and the support of Fondazione Bruno Kessler FBK as sub-unit, combining the knowledge in particle physics, detector assembling, organic synthesis and electronics.Soggetto finanziatore: MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.Responsabile Scientifico: Marco ToppiDurata del progetto: 28/09/2023 -28/02/2026Totale progetto: € 58.560,00Finanziamento MUR: € 28.210,00CUP B53D23005360006
- TREX a prototype of a portable and remotely controlled platform based on THz technology to “measure” the ONE HEALTH vision: environment, food, plant health, security, human and animal health
Progetto PRIN 2022: TREX a prototype of a portable and remotely controlled platform based on THz technology to “measure” the ONE HEALTH vision: environment, food, plant health, security, human and animal health
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23013610006 - Codice Progetto 2022B3MLXB
PNRR M4.C2.1.1The identification of compounds or microorganisms which represent a threat to the environment has become a major issueworldwide. Air-quality, plant health, food quality and safety as well as the homeland security play an essential role in human life, as they are directly related to people’s health and social development (the ONE Health vision). Demand for a high-levels of quality and safety in these fields requires high standards in quality assurance and process control. Therefore, it is critical to develop methods for rapid and effective evaluation of the chemical and biological contaminants challenging “One health”.
TREX is a project which embraces the exceptional properties of THz radiation alongside well-established fiber laser technology to develop and test on-site a prototype advanced portable unit. This will be capable of monitoring quickly and remotely multiple substances at once – e.g. VOCs and pollutants – and microorganisms potentially dangerous for plants and for the agrifood chain.
It will also clearly be of interest in air quality security and human health.
Soggetto finanziatore: MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.PI : Massimo PETRARCADurata del progetto: 28/09/2023 -28/02/2026Totale progetto: € 282.520,00Finanziamento MUR: € 160.638,00CUP B53D23013610006
- Pattern formation in nonlinear phenomena
Progetto PRIN 2022: Pattern formation in nonlinear phenomena
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23009120006 - Codice Progetto 20227HX33Z
PNRR M4.C2.1.1Siamo interessati all'effetto delle non linearità sull'emergere di pattern non banali in diversi modelli differenziali che sorgono in fisica e in altre scienze. Tali strutture auto-organizzate corrispondono a soluzioni selezionate del problema differenziale, dotate di alcune simmetrie particolari o che seguono forme specifiche. Desideriamo comprendere i principali meccanismi analitici coinvolti in questo processo in termini della struttura variazionale comune dei problemi.
Una caratteristica di questo progetto risiede proprio nello scambio di strategie di approccio tra diverse applicazioni specifiche nei campi delle equazioni e sistemi differenziali alle derivate parziali e dei sistemi hamiltoniani. Esiste una notevole unità metodologica tra le diverse parti del progetto. D'altra parte, tutte le questioni proposte devono essere affrontate con uno spirito interdisciplinare e richiedono competenze in diversi ambiti della matematica: metodi variazionali e topologici, teoria qualitativa e di regolarità per le equazioni alle derivate parziali e problemi con frontiera libera, teoria di Morse e dei Punti Critici, topologia equivariante, teoria geometrica della misura.
Soggetto finanziatore: MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.Responsabile Scientifico : Angela PISTOIADurata del progetto: 28/09/2023 -28/02/2026Totale progetto: € 30.800,00Finanziamento MUR: € 30.000,00CUP B53D23009120006
- Electro- and Photoelectro-chemical CO2 conversion in eXtreme environments (EPICX)
Progetto PRIN 2022: Electro- and Photoelectro-chemical CO 2 conversion in eXtreme environments (EPICX)
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23014060006 - Codice Progetto 2022Z8RM7C
PNRR M4.C2.1.1Oltre l’80% dell’approvvigionamento energetico primario mondiale è attualmente fornito da combustibili fossili. Ciò implica il rilascio nell’atmosfera di circa 34 Gt/anno di CO2, che è la causa principale del riscaldamento globale. La stabilità climatica è un prerequisito fondamentale per l’esistenza della civiltà moderna, pertanto la decarbonizzazione dell’economia globale è un’esigenza urgente nell’interesse delle generazioni presenti e future. Questa disperata necessità è esacerbata in ambienti estremi, dove il delicato equilibrio ambientale è facilmente alterato e dove si trovano alcune strutture di ricerca all’avanguardia (ad esempio la Stazione Concordia, in Antartide). Ciò richiede uno sforzo maggiore per la ricerca e lo sviluppo in quest’area, dove si posiziona la proposta EPiCX. Nello specifico, EPiCX punta a un dispositivo di conversione dell'energia solare per la cattura e la conversione dell'anidride carbonica in sostanze chimiche preziose, sia in condizioni convenzionali che estreme, come temperature fino a -50°C. EPiCX mira a produrre una cella fotoelettrochimica (PEC) ottimizzata e pienamente operativa per la reazione di riduzione della CO2 (CO2RR), impiegando un singolo fotoanodo accoppiato a un elettrocatodo o una combinazione di fotoanodo e fotocatodo in una configurazione PEC tandem. Particolare attenzione sarà posta sulla massimizzazione della selettività verso prodotti con significativo valore aggiunto sia al catodo che all'anodo ottimizzando sia la composizione che la nanostruttura dei materiali. Al catodo, gli idrocarburi preziosi verranno presi di mira utilizzando elettrocatalizzatori a base di rame con struttura superficiale su misura come nanocubi o nanoparticelle colloidali e attraverso la combinazione con co-catalizzatori inorganici. Verrà esplorato un approccio completamente fotoelettrocatalitico accoppiando le nanostrutture di Cu con fotocatodi di Cu2O. Al fotoanodo, le proprietà vantaggiose delle eterostrutture dei materiali 2D e dei film sottili abbondanti sulla terra verranno sfruttate per andare oltre la reazione di evoluzione dell'ossigeno verso reazioni di ossidazione più rilevanti a livello industriale come la sintesi dell'immina e la valorizzazione della biomassa. Una suite completa di tecniche di caratterizzazione operando all'avanguardia, tra cui AFM elettrochimico, sincrotrone XAS e TEM in situ, verrà utilizzata per sondare le proprietà fondamentali e funzionali dei materiali in tempo reale, fornendo un feedback inestimabile per la loro progettazione e sviluppo. In una fase senza precedenti, la cella sarà testata in condizioni operative estreme che imitano quelle delle regioni polari e subpolari, sfruttando le basse temperature per conferire un’elevata concentrazione di reagenti utilizzando miscele liquide di CO2 con solventi organici. Il progetto è suddiviso in quattro pacchetti di lavoro scientifici per: progettazione di fotoelettro- ed elettro-catalizzatori CO2RR, ottimizzazione del compartimento anodico, analisi strutturale e funzionale e sviluppo di una cella PEC criogenica ad alta pressione. Un quinto pacchetto di lavoro sarà dedicato alla gestione e alla diffusione del progetto.
Over 80% of the world’s primary energy supply is currently provided by fossil fuels. This implies the release of about 34 Gt/y of CO2 into the atmosphere, which is the primary cause of global warming. Climate stability is a key prerequisite for the existence of modern civilization, therefore the decarbonization of the global economy is a pressing need in the interest of present and future generations. This dire need is exacerbated in extreme environments, where the delicate environmental equilibrium is easily shifted and where some cutting-edge research facilities are located (e.g. Concordia Station, Antartica). This calls for an enhanced effort for research and development in this area, where the EPiCX proposal is positioned. Specifically, EPiCX targets a solar energy conversion device for the capture and conversion of carbon dioxide to valuable chemicals, both in conventional and extreme conditions, such as temperatures as low as -50°C. EPiCX aims to produce an optimized, fully operational photoelectrochemical (PEC) cell for the CO2 reduction reaction (CO2RR), either employing a single photoanode coupled to an electrocathode, or a combination of photoanode and photocathode in a tandem PEC configuration. Particular focus will be placed on maximizing the selectivity towards products with significant added value at both the cathode and the anode by optimizing both composition and nanostructure of the materials. At the cathode, valuable hydrocarbons will be targeted using copper-based electrocatalysts with tailored surface structure such as nanocubes or colloidal nanoparticles, and through combination with inorganic co-catalysts. A fully photoelectrocatalytic approach will be explored by coupling the Cu nanostructures with Cu2O photocathodes. At the photoanode, the advantageous properties of 2D material heterostructures and earth-abundant thin films will be exploited to go beyond the oxygen evolution reaction to more industrially relevant oxidation reactions such as imine synthesis and biomass valorization. A full suite of state-of-the-art operando characterization techniques, including electrochemical AFM, synchrotron XAS, and in-situ TEM, will be used to probe the fundamental and functional properties of the materials in real-time, providing invaluable feedback for their design and development. In an unprecedented step, the cell will be tested under extreme operating conditions mimicking those of polar and sub-polar regions, making use of the low temperatures to impart high reactant concentration by using liquid CO2 mixtures with organic solvents. The project is divided into four scientific work packages for: design of CO2RR photoelectro- and electro-catalysts, optimization of the anodic compartment, structural and functional analysis, and development of a cryogenic high-pressure PEC cell. A fifth work package will be devoted to management and dissemination of the project.
Soggetto finanziatore: MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.Resposabile Scientifico: Daniele PASSERIDurata del progetto: 28/09/2023 -28/02/2026Totale progetto: € 80.706,00Finanziamento MUR: € 54.466,40CUP B53D23014060006
- Disentangling human infants' Plasticity during sUbsistEnce tRansitIons: an innovative integrated approach (PUERI)
Progetto PRIN 2022: Disentangling human infants' Plasticity during sUbsistEnce tRansitIons: an innovative integrated approach (PUERI)
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23002070006 - Codice Progetto 2022Z4LL54
PNRR M4.C2.1.1L'adozione dell'economia agricola e pastorale tra l'Olocene inferiore e il IV millennio a.C. fu probabilmente la più grande innovazione nella storia umana. La diffusione dei nuovi agricoltori, delle loro idee e delle nuove economie nello spazio e nel tempo ha portato ad alterazioni dei comportamenti sociali e a cambiamenti nella biologia umana su scala planetaria. Le nuove strutture sociali emerse gettarono le basi per le antiche società urbane e continuano a influenzare il modo in cui viviamo oggi. Il passaggio dalla raccolta all’agricoltura e all’allevamento fu un processo lungo e non lineare, probabilmente radicato nell’Epipaleolitico e poi sviluppatosi nel corso di lunghi millenni e sviluppatosi in tempi diversi in diverse parti del mondo. Sebbene questo processo si rifletta chiaramente nei cambiamenti nelle tradizioni della cultura materiale, può essere altrettanto ben osservato su prove scheletriche. Tra gli altri resti umani, i denti forniscono prove dirette della dieta (compreso lo svezzamento), della salute, della mobilità, dei bioritmi e del ritmo di crescita dalla nascita fino ai primi anni di vita e quindi sono in grado di riflettere i cambiamenti bioculturali e gli stress che hanno colpito le popolazioni umane del passato. Il presente progetto si concentra sui cambiamenti cruciali nella plasticità adattiva del corpo umano, in particolare nei neonati. Utilizzerà strumenti analitici virtuali all’avanguardia per districare le traiettorie di resilienza dei bambini durante alcuni contesti archeologici esemplari del tardo Pleistocene e dell’Olocene inferiore. In particolare, ciò verrà perseguito determinando la variazione nel tempo delle traiettorie di crescita dei neonati e la prevalenza degli stress fisiologici letta attraverso l’istomorfometria dentale. Naturalmente, quest'ultimo è (micro-)distruttivo per sua essenza, e spesso prevenuto per la maggior parte degli esemplari antichi e fossili. Questa limitazione può essere superata utilizzando approcci virtuali non distruttivi, basati sulla microtomografia a raggi X ad alta risoluzione (μCT e SR μCT) e sulla microimaging a risonanza magnetica (μMRI). Gli obiettivi del presente progetto sono quantificare i parametri di crescita dentale, le traiettorie di crescita individuali e la prevalenza degli stress fisiologici durante la transizione di sussistenza dal foraggiamento all'agricoltura. Di conseguenza, sarà possibile quantificare se i cambiamenti nelle strategie di sussistenza abbiano influenzato la crescita e il benessere del segmento infantile delle popolazioni antiche. Il progetto ha già assicurato tre straordinarie serie odontoscheletriche: Arene Candide (Italia nord-occidentale), un unico sito che spazia dal Paleolitico superiore al Neolitico medio;
Contesto funerario di Ras al Hamra (costa dell'Oman) che rappresenta il primo adattamento alla sussistenza marina durante il V millennio a.C.; il sito aceramico del primo neolitico di Mehrgarh (Pakistan) che rappresenta l'inizio della domesticazione e dell'agricoltura al confine della valle dell'Indo.The adoption of farming and herding economies between the Early Holocene and the 4th millennium BCE was probably the greatest innovation in human history. As the new farmers, their ideas, and the new economies spread across space and time it led to altered social behaviors and changes to human biology on a planetary scale. The new social structures that emerged laid the foundations for ancient urban societies and continue to influence the way that we live today. The transition from foraging to farming and husbandry was a long-lasting and nonlinear process, probably rooted in Epipaleolithic times and then developing over long millennia and enfolded at different times in different parts of the world. While this process is clearly reflected in changes in material culture traditions, it can equally well be observed on skeletal evidence. Among other
human remains, teeth provide direct evidence of diet (including weaning), health, mobility, biorhythms and the pace of growth from birth until the first years of life and thus are capable to reflect the biocultural changes and stresses that affected past human populations. The present project focuses on crucial changes in the adaptive plasticity of human body, particularly on infants.
It will use cutting-edge virtual analytical tools to disentangle the resilience trajectories of infants during some exemplar Late Pleistocene-Early Holocene archaeological contexts. Particularly, this will be pursued by determining the variation through time of the infants’ growth trajectories and physiological stresses’ prevalence read through dental histomorphometry. Of course, the latter is (micro-)destructive by its essence, and often prevented for most ancient and fossil specimens. This limitation can be overcome using of non-destructive virtual approaches, based on high-resolution X-ray microtomography (μCT and SR μCT) and magnetic resonance microimaging (μMRI). The present project aims are to quantify dental growth parameters, individual growth trajectories, and physiological stresses prevalence across the foraging-to-farming subsistence transition. As a result, it will be possible to quantify whether the changes in subsistence strategies affected the growth and well-being of the infant segment of ancient populations. The project has already secured three extraordinary odontoskeletal series: Arene Candide (Northwest Italy), a single site spanning from the Late Upper Palaeolithic to the Middle Neolithic; Ras al Hamra (coastal Oman) funerary context representing the earliest adaptation to marine subsistence during the 5th millennium BCE; the early neolithic aceramic site of Mehrgarh (Pakistan) which represents the beginning of domestication and early agriculture at the borderline of the Indus valley.Soggetto finanziatore: MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.Resposabile Scientifico : Anna Candida FELICIDurata del progetto: 28/09/2023 -28/02/2026Totale progetto: € 61.377,60Finanziamento MUR: € 42.809,10CUP B53D23002070006
- C-MOOVO: Combined Molibdenum trioxide/Vanadium dioxide structures for a new class of tunable photonic devices in the mid-infrared
Progetto PRIN 2022: C-MOOVO: Combined Molibdenum trioxide/Vanadium dioxide structures for a new class of tunable photonic devices in the mid-infrared
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23009050006- Codice Progetto 2022ZRN4LX
PNRR M4.C2.1.1Abstract: ITALIANO
Il progetto C-MOOVO è finalizzato allo sviluppo di elementi ottici integrati, a basso costo e scalabili, per il controllo della polarizzazione della luce nel medio e lontano infrarosso (IR). Lo sviluppo di una piattaforma fotonica in questo intervallo di frequenza è cruciale e motivato da applicazioni, come il rilevamento di tracce di biomolecole e sostanze nocive/esplosive, il
raffreddamento radiativo passivo e la realizzazione di dispositivi per l'imaging termico e per la diagnostica medica.La maggior parte dei progressi in questo campo sono stati ottenuti tramite l'eccitazione di polaritoni plasmonici di superficie (SPP) supportati da semiconduttori drogati o in grafene. Gli approcci più recenti si basano sull’utilizzo di particolari modi di eccitazione collettiva degli ioni reticolari denominati polaritoni fononici di superficie (SPhP), ottenibili in una nuova classe di materiali emergenti 2D, i cosiddetti materiali van der Waals (vdW). In questo contesto, utilizzeremo un materiale vdW 2D innovativo, il triossido di molibdeno (MoO3) in combinazione con un mezzo termocromico, il diossido di vanadio (VO2). Nella struttura risultante, la transizione di fase da semiconduttore a metallo, tipica del VO2, consentirà lo spostamento e la modulazione delle risonanze fononiche all'interfaccia MoO3/VO2, tramite l'applicazione di uno stimolo esterno (temperatura). Inoltre, esploreremo anche la possibilità di strutturare lo strato superiore di MoO3 della struttura MoO3/VO2 con elementi dielettrici sub-lunghezza d'onda (inclusioni cilindriche d'aria) e/o elementi metallici al fine di ottimizzare l'eccitazione e l'ibridizzazione delle onde di superficie SPhP.
Il progetto C-MOOVO porrà le basi per la realizzazione di sistemi sintonizzabili e controllabili dinamicamente come elementi costitutivi per lo sviluppo di piattaforme per ottimizzare l'interazione radiazione-materia nelle diverse funzionalità IR, inclusa la sensoristica IR e/o lo sviluppo di sorgenti IR.
Abstract: ENGLISH
C-MOOVO Project is focused on the development of an efficient class of scalable, low cost and integrated optical elements for light polarization control in the mid to far infrared (IR). The development of a photonic platform in this frequency range is crucial and motivated by applications, such as detection of traces of biomolecules and harmful/explosive substances,
passive radiative cooling as well as devices for thermal imaging and for medical diagnostics.Most of the advances in this field have been achieved by excitation of surface plasmon polaritons (SPPs) supported by doped semiconductors or in graphene. Recent approaches are based on the exploitation of different polaritonic modes called surface phonon polaritons (SPhPs) in a new class of 2D- emerging materials, so called van der Waals (vdW) materials. Within this frame, an innovative 2D vdW material, molybdenum trioxide (MoO3) will be explored in combination with thermochromic vanadium dioxide, VO2. As a result, the semiconductor to metal phase transition of VO2 will allow the shifting and switching of phonon resonances at the MoO3/VO2 interface, through application of an external stimuli (temperature). Furthermore, we will explore the possibility to pattern the MoO3 top layer of the MoO3/VO2 stack with subwavelength dielectric elements (air cylindrical inclusions) and/or metallic elements in order to optimize excitation and hybridization of SPhPs surface waves.
C-MOOVO Project will set the basis for the realization of tunable and dynamically controllable systems as building blocks for the development of platforms providing enhanced radiation-matter interaction for IR functionalities including IR sensors and/or tailored iR sources.
Soggetto finanziatore: MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.PI : Maria Cristina LARCIPRETEDurata del progetto: 28/09/2023 -28/02/2026Totale progetto: € 198.232,00Finanziamento MUR: € 134.339,00CUP B53D23009050006
- SPIRAL - Lossless surface waves for chiral spectroscopy
Progetto PRIN 2022: SPIRAL - Lossless surface waves for chiral spectroscopy
Finanziato dall'Unione europea - Next Generation EU
CUP B53D23004580006 - Codice Progetto 2022WFM5MZ
PNRR M4.C2.1.1
ITALIANO
Recentemente, le tecniche di spettroscopia assistite da superfici hanno suscitato un forte interesse grazie alla vasta gamma di applicazioni. La maggior parte di esse sfrutta l’aumento estremamente forte del campo nelle vicinanze di nanostrutture metalliche che sostengono plasmoni di superficie (SPP) sia propaganti che localizzati. La spettroscopia Raman assistita da superfici e da punte nanometriche (SERS e TERS), la risonanza plasmonica di superficie (SPR) e l'assorbimento infrarosso assistito da superfici (SEIRA) sono tra le tecniche più diffuse di questa famiglia, con il potenziale di diventare un asset fondamentale nella biofotonica, nella scoperta di farmaci e nella ricerca biomedica in generale, valutando la concentrazione, l'orientamento, la conformazione o la configurazione delle biomolecole organiche.
Tuttavia, per sfruttare appieno la natura vettoriale del campo elettromagnetico e usarla per caratterizzare la struttura tridimensionale delle biomolecole nel loro ambiente acquoso naturale, l'uso di modi elettromagnetici superficiali polarizzati ortogonalmente è una caratteristica fondamentale non disponibile con gli SPP, poiché sono intrinsecamente solo polarizzati TM (magnetico trasversale). In effetti, gli SPP polarizzati TE sono stati effettivamente dimostrati all'interfaccia tra un metallo e un cristallo uniassico, il che tuttavia non li rende applicabili per il biosensing, dove la superficie sensibile deve essere fisicamente accessibile e in contatto con il campione acquoso. Questa è una delle ragioni per cui recentemente la propagazione di modalità elettromagnetiche superficiali all'interfaccia tra cristalli fotonici dielettrici e un mezzo dielettrico omogeneo, inclusi acqua e qualsiasi tampone biologico, ha suscitato un rinnovato interesse. Infatti, oltre a presentare perdite di assorbimento materiali trascurabili, possono essere polarizzate sia TM che TE (elettrico trasversale), con la straordinaria opportunità di un controllo completo sullo stato di polarizzazione risultante dalla loro sovrapposizione.
SPIRAL si propone di dimostrare sperimentalmente la validità di un tale concetto per un caso di studio specifico: l'analisi delle biomolecole chirali. Le biomolecole chirali sono onnipresenti negli organismi viventi e la stragrande maggioranza dei nuovi farmaci sviluppati dall'industria farmaceutica sono chirali. Le proteine sono anch'esse chirali e i cambiamenti nella loro conformazione ripiegata sono legati a molte malattie degenerative. Le tecniche chiro-ottiche impiegano luce polarizzata per la caratterizzazione della struttura molecolare e sono flessibili, a basso costo e time-effective. Tuttavia, soffrono di una sensibilità limitata, impedendo la loro integrazione per l'analisi chirale on-chip. Il progetto si propone di formulare il nuovo paradigma delle onde superficiali superchirali sulla superficie di multistrati dielettrici, con un miglioramento del segnale di due ordini di grandezza nell'analisi delle molecole chirali rispetto all'illuminazione standard. Questo permetterà l'integrazione delle tecniche chiro-ottiche con reti microfluidiche, arricchendo la tecnologia lab-on-chip con nuove funzionalità finora non disponibili. Come caso di studio, applicheremo questi concetti alla sintesi enzimatica di molecole chirali. Qui, l’aumento della sensibilità apre la strada allo studio delle interazioni molecolari sulle superfici enzimatiche per la sintesi biocatalizzata on-chip in microreattori, una tendenza condivisa da molti approcci moderni volti a processi più sicuri ed economici, caratterizzati da una bassa impronta di carbonio.ENGLISH
Recently, surface-enhanced spectroscopy techniques have attracted a strong interest due to the large variety of applications. Most of them exploit the extremely strong field enhancement in proximity of metal nanostructures that sustain either traveling or localized surface plasmon polaritons (SPPs). Surface- and tip-enhanced Raman scattering (SERS and TERS), surface plasmon resonance (SPR), and surface-enhanced infrared absorption (SEIRA) are among the most widely spread techniques of this family, with the potential to become a fundamental asset in biophotonics, drug discovery, and for biomedical research in general by assessing the concentration, orientation, conformation, or configuration of organic biomolecules.
However, to take full advantage of the vectorial nature of the electromagnetic field and make use of that to characterize the three-dimensional structure of biomolecules in their natural aqueous environment, the use of differently polarised surface electromagnetic modes is a key feature not available with SPPs, since they are inherently only TM-polarised (transverse magnetic). Indeed, TE-polarised SPP were actually demonstrated at the interface between a metal and an uniaxial crystal, which however does not make them applicable for biosensing where the sensitive surface must be physically accessible and in contact with the aqueous sample. This is one of the reasons why recently the propagation of surface electromagnetic modes at the interface between a dielectric photonic crystals and a dielectric homogeneous medium, including water and any biological buffer, has attracted a renewed interest. In fact, besides featuring negligible material absorption losses, they can be both TM and TE (transverse electric) polarized, with the exciting opportunity of a full control over the polarization state resulting from their superposition.
SPIRAL aims at experimentally demonstrating the strength of such a concept for a specific case of study, the analysis of chiral biomolecules. Chiral biomolecules are ubiquitous in living organisms and the vast majority of new drugs developed by the pharmaceutical industry are chiral. Proteins are also chiral and changes in their folded conformation are linked with many degenerative diseases. Chiroptical techniques employ polarized light for the molecular structure characterization and are flexible, low-cost, and time-effective. However, they suffer from a limited sensitivity, preventing their integration for on-chip chiral analysis. We will establish the novel paradigm of superchiral surface waves at the surface of dielectric multilayers, with a signal enhancement of two orders of magnitude in the analysis of chiral molecules compared to standard illumination. This will allow for the integration of chiroptical techniques with microfluidic networks, enriching the widespread lab-on-chip technology with new functionalities not available so far. As a test case, we will apply these concepts to the enzyme-catalysed synthesis of chiral molecules. Here, the enhanced sensitivity paves the way towards studying molecular interactions on enzymatic surfaces for the on-chip biocatalysed synthesis in microreactors, a trend shared by many modern approaches aiming at safer and cost-effective processes, characterized by a low carbon footprint.Soggetto finanziatore:MURDecreto Direttoriale n. 104 del 2 febbraio 2022, Avviso pubblico per la presentazione di Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale (PRIN) da finanziare nell’ambito del PNRR.Responsabile Scientifico: Francesco MichelottiDurata del progetto:28/09/2023 - 31/12/2025Finanziamento: € 48.880,00CUP B53D23004580006