Articolazione Regionale - CNR · DCSPI Articolazione regionale delle Attività 2009 Programmazione Operativa Regione Sicilia Mediterraneo. Introduzione e conservazione di tutte le

DCSPI Programmazione Operativa

Articolazione

Regionale delle attività del CNR

2009

Consiglio Nazionale delle Ricerche

DCSPI Programmazione Operativa

REGIONE

SICILIA Istituti esecutori di attività svolte nella Regione Sicilia:

AMBIENTE MARINO COSTIERO (SEDE DI MESSINA, SEDE DI MAZARA DEL VALLO)

BENI ARCHEOLOGICI E MONUMENTALI (SEDE DI CATANIA)

BIOFISICA (SEDE DI PALERMO) BIOMEDICINA E IMMUNOLOGIA MOLECOLARI "Alberto Monroy" (SEDE PRINCIPALE ISTITUTO)

BIOSTRUTTURE E BIOIMMAGINI (SEDE DI CATANIA)

CALCOLO E RETI AD ALTE PRESTAZIONI (SEDE DI PALERMO)

CHIMICA BIOMOLECOLARE (SEDE DI VALVERDE)

CHIMICA E TECNOLOGIA DEI POLIMERI (SEDE DI CATANIA)

GENETICA VEGETALE (SEDE DI PALERMO)

MICROELETTRONICA E MICROSISTEMI (SEDE PRINCIPALE ISTITUTO)

PROCESSI CHIMICO-FISICI (SEDE DI MESSINA)

SCIENZE NEUROLOGICHE (SEDE DI CATANIA)

SISTEMI AGRICOLI E FORESTALI DEL MEDITERRANEO (SEDE DI CATANIA)

STUDI SUI SISTEMI INTELLIGENTI PER L’ AUTOMAZIONE (SEDE DI PALERMO)

STUDIO DEI MATERIALI NANOSTRUTTURATI (SEDE DI PALERMO)

TECNOLOGIE AVANZATE PER L’ENERGIA "Nicola Giordano" (SEDE PRINCIPALE ISTITUTO)

TECNOLOGIE DIDATTICHE (SEDE DI PALERMO)

ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA DELLA MATERIA (CRS MATIS – MA)

DCSPI Articolazione regionale delle Attività 2009 Programmazione Operativa Regione Sicilia


Provincia di Palermo



Miglioramento genetico e valorizzazione delle specie arboree Dati generali

Progetto: Risorse biologiche e tutela dell'agroecosistema Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di genetica vegetale Sede principale svolgimento: Sede di Palermo Dip. di prevista afferenza: Agroalimentare Responsabile indicato: FRANCESCO CARIMI Temi

Tematiche di ricerca Approcci genetici e molecolari per risalire ai geni che controllano la qualità. Miglioramento genetico di specie arboree per mezzo di approcci convenzionali e biotecnologici delle specie di interesse agronomico; individuazione, raccolta, caratterizzazione e conservazione in vivo ed in vitro di biotipi di pregio, di entità nuove e in via di estinzione, nonché di specie di interesse per interventi di ripristino ambientale; analisi della variabilità genetica naturale e indotta e impiego di marcatori molecolari associati a caratteri di pregio; ibridazione somatica, mediante fusione di protoplasti, allo scopo di creare nuovi ibridi somatici allotetraploidi da utilizzare nel miglioramento varietale del genere Citrus; ottenimento di progenie triploidi apirene di limone e mandarino mediante incrocio interploide (2x X 4x); approcci genetici e molecolari per individuare i geni che controllano caratteri agronomici di pregio in Citrus. Conservazione in situ ed ex situ della popolazione endemica relitta di Zelkova sicula. Recupero, conservazione e valorizzazione delle risorse genetiche di olivo selvatico e vite selvatica in Sicilia.

Stato dell'arte Le tecniche di miglioramento genetico, sia convenzionali che biotecnologiche, consentono di ottenere genotipi migliorati per i caratteri bioagronomici e fitopatologici di interesse per l'agricoltura. In particolare, sono di fondamentale importanza l'identificazione e l'analisi funzionale di geni che controllano caratteri di rilevanza agronomica, come l'incremento della qualità e della produttività. I programmi di miglioramento genetico delle specie legnose sono particolarmente lunghi e costosi a causa della prolungata fase giovanile e delle superfici richieste per il mantenimento e la valutazione del materiale ottenuto. Perciò, assieme all'individuazione e alla caratterizzazione del germoplasma, la sua conservazione costituisce il presupposto indispensabile per la creazione di un pool genico utile per le attività di miglioramento. L'IGV detiene in Sicilia un campo collezione germoplasma di circa 10 ha, nel quale sono conservate diverse accessioni di specie arboree (vite, agrumi, olivo, fruttiferi) e alcune popolazioni provenienti da incroci ed ibridazione. Inoltre, possiede una BAC library di Citrus sinensis per la caratterizzazione del patrimonio genico della specie. Azioni

Attività da svolgere Agrumi Introduzione di nuovo germoplasma di Citrus e valutazione in situ; creazione di nuovi ibridi somatici allotetraploidi da utilizzare nel miglioramento varietale del genere Citrus; ottenimento e selezione di progenie triploidi apirene di limone e mandarino; miglioramento genetico e sanitario per la creazione di nuovi genotipi da sottoporre ad osservazioni bio-agronomiche; caratterizzazione (marcatori molecolari) dei nuovi genotipi ottenuti; determinazione dei geni che controllano caratteri agronomici di pregio in Citrus. Per l'isolamento e la caratterizzazione di geni coinvolti nel processo di sviluppo e maturazione dei frutti in Citrus sinensis, particolare attenzione dovrà essere rivolta alla selezione delle overgo probes, allo scopo di evitare fenomeni di cross hybridization all'interno delle famiglie genetiche. Olivo selvatico Completamento delle campagna di raccolta, inserendo provenienze da settori della Sicilia non ancora o poco rappresentati (aree interne, area nord-orientale, isole circumsiciliane). Caratterizzazione genetica e confronto con le principali cultivar locali e di altre aree del bacino del Mediterraneo. Introduzione e conservazione di tutte le provenienze nel campo collezione di Collesano. Creazione di ibridi o nuove varietà con caratteristiche di interesse sia per fini agronomici che forestali. Realizzazione di piccoli campi sperimentali per la coltivazione delle nuove entità e la valutazione qualitativa dei prodotti ottenuti (frutti, olio, legno). Vite selvatica Completamento delle campagna di raccolta, inserendo provenienze da settori della Sicilia non ancora o poco rappresentati (area centro-meridionale e distretto etneo, area nord-occidentale, isole circumsiciliane). Caratterizzazione genetico-morfologica e confronto con le principali cultivar siciliane e di altre aree del bacino del


Mediterraneo. Introduzione e conservazione di tutte le provenienze nel campo collezione di Collesano. Creazione di progenie ottenute mediante incrocio delle forme selvatiche con varietà locali. Realizzazione di piccoli campi sperimentali per la coltivazione delle nuove entità e la valutazione qualitativa dei prodotti di vinificazione ottenuti. Interventi di reintroduzione e diffusione della specie in siti pilota nell'ambito di azioni di ripristino ambientale. Zelkova sicula Alla luce degli ultimi episodi di forte mortalità, a seguito delle condizioni climatiche avverse nella stagione estiva, rimane di fondamentale importanza la messa a punto di un efficace protocollo di propagazione vegetativa al fine di moltiplicare e conservare tutti gli eventuali genotipi diversi, o quantomeno il germoplasma della specie. Introduzione e conservazione di un congruo numero di esemplari nel campo collezione di Collesano e in altri conservatori botanici nazionali ed internazionali. Prove di introduzione in ambiti naturali ecologicamente idonei in aree forestali protette della Sicilia.

Punti critici e azioni da svolgere La lunga fase giovanile e l'elevata complessità del genoma delle specie arboree costituiscono il principale ostacolo al lavoro di miglioramento genetico e agli studi di genetica. Inoltre, la messa a punto di un efficace protocollo di moltiplicazione dipende non solo dalle tecniche di laboratorio utilizzate, ma anche dal periodo di raccolta del materiale di propagazione. Ciò implica che un campionamento effettuato in un momento inappropriato può compromettere i risultati per l'intero anno, rimandando alla nuova stagione vegetativa la possibilità di sperimentare un protocollo alternativo. Per specie rare, come Zelkova sicula e Vitis sylvestris, esiste il limite ulteriore legato all'inopportunità di prelevare il materiale di propagazione, con il rischio di aggravare il già precario stato di conservazione delle popolazioni.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Da oltre 20 anni l'IGV si occupa del miglioramento genetico di specie arboree. L'elevata qualificazione e le rilevanti competenze conseguite dai ricercatori e tecnici in questi settori rappresentano dei punti di forza salienti ai fini degli obiettivi previsti. In particolare, l'IGV ha maturato una consolidata esperienza nel campo delle colture cellulari in vitro finalizzate al miglioramento genetico e alla conservazione delle specie legnose, con la messa a punto di diversi protocolli per la rigenerazione e la coltura in vitro di differenti specie. Inoltre, ha sviluppato competenze nelle tecniche di clonaggio e nell'uso di marcatori molecolari per lo studio della struttura genetica di popolazioni e fingerprinting molecolare per l'identificazione varietale. Infine, sono state acquisite competenze sull'uso di strumentazioni GIS e GPS per il campionamento e la costruzione di database georiferiti, relativi a indagini su specie selvatiche di interesse agrario e forestale, ancora presenti in ambiti naturali e seminaturali del territorio regionale.

Strumentazione 1) Laboratorio di Biologia Cellulare (cappe a flusso laminare orizzontale, cappe chimiche, pHmetro, distillatori, autoclave, agitatori orbitali, armadi termostatati e camere di crescita, microscopi); 2) Laboratorio di Biologia Molecolare (centrifughe, PCR, camere elettroforetiche, transilluminatore, stazione per acquisizione immagini, spettrofotometro, cappe a flusso laminare verticale, shaker e camere di crescita, freezer -20°C e -80°C) 3) Campo sperimentale di 10 ettari ubicato a Collesano (Pa), dotato di impianti di conservazione germoplasma, screenhouse di 100 m2, bancali riscaldati, camere di crescita, impianto di irrigazone; 4) Laboratorio di microscopia; 5) Dispositivo GPS Trimble GeoXT ad alta risoluzione spaziale e relativi software applicativi.

Tecniche di indagine Pianificazione di campagne di raccolta per il recupero del germoplasma vegetale autoctono presente nel territorio regionale. Studio della diversità genetica del materiale collezionato mediante l'uso di marcatori morfologici, marcatori molecolari (AFLP, ISSR, SSR, ecc.) in relazione alla struttura delle popolazioni ed alla loro dislocazione sul territorio. Isolamento e caratterizzazione di geni coinvolti nel processo di sviluppo e maturazione dei frutti in Citrus sinensis, attraverso lo screening di una BAC library con sonde di tipo overgo disegnate sulla base delle ESTs, presenti nel database HarvEST:Citrus versione (http://harvest.ucr.edu/).

Tecnologie


Collaborazioni (partner e committenti) Mikeal L. Roose, University of California – Riverside: selezione di oligonucleotidi (overgo probes) da utilizzare per lo screening di una BAC library di Citrus sinensis Dr. Giuseppe Reforgiato Recupero, Centro di Ricerca per l'Agrumicoltura e le Colture Mediterranee (CRA-ACM), Acireale: raccolta di germoplasma agrumicolo e tecniche di ibridazione somatica per fusione di protoplasti Dr. Giuseppe Ruberto, Istituto di chimica biomolecolare CNR, Valverde (CT): indagine biochimica sulla distribuzione dei polifenoli nei succhi dei frutti di ibridi somatici di Citrus e delle loro progenie triploidi Prof. J. Grosser e F. Gmitter, ISAF-CREC (University of Florida): scambio colture cellulari e tecnologie di caratterizzazione molecolare Dr. Sergio Lucretti, ENEA, BAS-BIOTEC-Sezione Genetica e Genomica Vegetale, Roma Dott. Luca Nardi, Centro Ricerche Trisaia, Rotondella (MT) Centro Ricerche - Società Agricola FLORAMIATA S.p.A, Piancastagnaio (Siena) Dr. Giuseppe G. Vendramin, IGV-CNR, U.O.T. Firenze: caratterizzazione genetica e struttura delle popolazioni forestali D.ssa L. Baldoni, IGV-CNR, U.O.T. Perugia: diversità genetica e relazioni parentali fra entità selvatiche e cultivar del genere Olea Dr. Ranjith Pathirana, Crop & Food Research Ltd, Palmerston North,. New Zealand: selezione di mutanti di Vitis vinifera in vitro. Dr. Bart Panis, Catholic University of Leuven, Belgium: tecniche di crioconservazione.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Particolare attenzione sarà dedicata alla costituzione della società consortile prevista per la creazione del Distretto Tecnologico Agrobio e Pesca compatibile – Sicilia. Il Distretto Tecnologico costituirà un soggetto privilegiato nella gestione dei fondi strutturali 2007-2013 destinati alle regioni della convergenza.

Finalità

Obiettivi Miglioramento della qualità e della quantità delle produzioni agricole di alcune specie importanti per l'economia

italiana; Miglioramento genetico per la creazione di nuovi genotipi; Risanamento attraverso la rigenerazione di embrioni somatici; Identificazione delle tecniche più idonee per la conservazione del germoplasma in vivo ed in vitro; Isolamento e caratterizzazione di geni coinvolti nel processo di sviluppo e maturazione dei frutti in Citrus

sinensis; Iscrizione alle liste varietali nazionali di nuovi genotipi migliorati e costituzione di eventuali brevetti; Mantenimento ed incremento delle collezioni di germoplasma; Sviluppo di database in un sistema avanzato di gestione dei dati; Conservazione della biodiversità.

Risultati attesi nell'anno Durante il prossimo anno di attività si prevede di ottenere i seguenti risultati: Agrumi Prosecuzione delle attività di: 1) caratterizzazione della popolazione ibrida triploide di limone ottenuti per incrocio tra ibridi somatici allotetraploidi (ottenuti da fusione di protoplasti) e la cultivar di limone Femminello, per l'ottenimento di nuovi genotipi di limone apireno; 2) caratterizzazione della popolazione ibrida triploide costituita da nuovi genotipi di mandarino provenienti dal recupero di embrioni immaturi ottenuti da incroci interploidi (tetraploide x diploide), per l'ottenimento e la selezione di nuovi genotipi di mandarino apireno; 3) Selezione delle sonde "overgo" e individuazione di una frazione dei cloni appartenenti allo spazio genico. Olivo selvatico Completamento delle campagna di raccolta, inserendo provenienze da settori della Sicilia non ancora o poco rappresentati (aree interne, area nord-orientale, isole circumsiciliane). Caratterizzazione genetica e confronto con alcune cultivar locali e di altre aree del bacino del Mediterraneo. Introduzione e conservazione di tutte le provenienze nel campo collezione di Collesano. Avvio di attività per la creazione di ibridi o nuove varietà con caratteristiche di interesse sia per fini agronomici che forestali. Vite selvatica Completamento delle campagna di raccolta, inserendo provenienze da settori della Sicilia non ancora o poco rappresentati (area centro-meridionale e distretto etneo, area nord-occidentale, isole circumsiciliane). Caratterizzazione genetica e confronto con le principali cultivar locali e di altre aree del bacino del Mediterraneo. Introduzione e conservazione di tutte le provenienze nel campo collezione di Collesano. Avvio attività per la


creazione di progenie con caratteristiche di interesse a fini agronomici. Creazione di una popolazione di mutanti di vite in vitro. Zelkova sicula Messa a punto di un efficace protocollo di propagazione vegetativa. Introduzione e conservazione di un congruo numero di esemplari nel campo collezione di Collesano.

Potenziale impiego - per processi produttivi I risvolti applicativi del miglioramento genetico in ambito agricolo-forestale vanno in diverse direzioni: recupero di varietà locali di specie arboree che non possono più essere coltivate in modo economicamente remunerativo, creazione di nuove cultivar specificamente destinate al consumo fresco o all'industria di trasformazione, maggiore resistenza ad avversità biotiche e ambientali, restauro ambientale e naturalistico, selezione di ecotipi per la produzione di assortimenti legnosi di pregio, etc. Il contributo delle biotecnologie in questo settore riguarda sia la creazione di nuovi genotipi, utilizzando l'embriogenesi somatica e l'ibridazione somatica, sia la selezione assistita da marcatori molecolari. Negli agrumi l'identificazione dei geni responsabili dello sviluppo e della qualità del frutto possono migliorare le produzioni e la qualità dei prodotti tipici, rendendoli più attrattivi e competitivi nei mercati. Per le entità selvatiche di olivo e vite, la stretta relazione parentale con le rispettive cultivar domestiche conferisce loro una duplice valenza, agronomica e forestale, rendendo il pool genico di entrambe di estremo interesse per un'ampia gamma di possibili impieghi. - per risposte a bisogni individuali e collettivi La creazione di nuovi genotipi superiori rispetto agli standard attualmente in commercio, ha effetti benefici sulla salute dei consumatori. La conservazione del germoplasma e lo sviluppo di database in un sistema avanzato di gestione dei dati consentirebbe l'accesso a studiosi di altre istituzioni ad un patrimonio genetico utilizzabile per programmi di miglioramento genetico. Le azioni riguardanti Zelkova sicula e Vitis vinifera ssp. sylvestris soddisfano pienamente le finalità dell'iniziativa IUCN «Countdown 2010», volta a frenare significativamente la perdita di biodiversità a scala mondiale entro il 2010. Entrambe si prestano ad essere utilizzate in azioni di ripristino ambientale su basi naturalistiche. Moduli

Modulo: Miglioramento genetico e valorizzazione delle specie arboree Istituto esecutore: Istituto di genetica vegetale Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo


COMMESSA DI MEDICINA Dati generali

Progetto: Malattie Cardiopolmonari Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Medicina Responsabile indicato: GIOVANNI VIEGI Temi

Tematiche di ricerca Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Stato dell'arte Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli. Azioni

Attività da svolgere Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Punti critici e azioni da svolgere Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Strumentazione Altre apparecchiature non incluse nell'elenco generale "Principali Apparecchiature": •Spirometri portatili;Localizzatore GPS per la georeferenziazione delle abitazioni dei soggetti studiati;Campionatori passivi per NO2 e COV (Radiello®) Utilizzazione di data-base relazionali e software statistici dedicati come SAS, STATA e REWMAN;Congelatori, bilance analitiche, ultracentrifughe, lettore ELISA;Holter pressorio;Apparecchi per erogazione di pressione positiva continua (CPAP) a regolazione manuale e automatica; Attrezzature base di laboratorio per analisi biochimiche e molecolari; Attrezzature base per biologia cellulare;Sistemi per produzione ed eluizione di proteine ricombinanti; camera sterile per le colture cellulari, spigmanometri, macchina produttrice di ghiaccio

Tecniche di indagine Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Tecnologie Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Collaborazioni (partner e committenti) Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Finalità

Obiettivi Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Risultati attesi nell'anno Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Potenziale impiego - per processi produttivi Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.


Moduli

Modulo: Epidemiologia delle broncopneumopatie e di altre malattie croniche non comunicabili

Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Diagnostica Funzionale e Trattamento di Alterazioni Cardiorespiratorie durante Il Sonno


Modulo: Meccanismi di Neurodegenerazione e Neuroprotezione Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Processi di aggregazione, misfolding di proteine e neuropatologie Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Immunopatologia e Farmacologia Clinica e Sperimentale nelle pneumopatie e nei trapianti


Modulo: Immunopatologia e Farmacologia Clinica nelle Pneumopatie: studi in vivo Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Sistemi/modelli in vitro per lo studio delle pneumopatie Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


COMMESSA DI SCIENZE DELLA VITA Dati generali

Progetto: Funzione, regolazione ed evoluzione dei genomi eucariotici Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Scienze della Vita Responsabile indicato: AGATA GIALLONGO Temi

Tematiche di ricerca Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Stato dell'arte Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli. Azioni

Attività da svolgere Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Punti critici e azioni da svolgere Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Strumentazione Altre apparecchiature non incluse nell'elenco generale "Principali Apparecchiature": Termociclatore (standard e Real Time), strumentazione di base utile per tecniche di biologia cellulare e molecolare, compresi termociclatori ed apparati per ibridazione in situ. Laboratorio di Biologia Molecolare, Laboratorio di Colture Cellulari, Citofluorimetria a flusso.Cappe a flusso laminare, incubatori CO2, apparati per elettroforesi, apparati semy-dry per il trasferimento di gel, frezer -80, frezer -20, camera fredda, macchina produttrice di ghiaccio, ultracentrifuga, stufa vetreria, distillatore millipore e sistema acqua milliq, autoclavi Asal, bagnetti termostatati, agitatori a ruota, agitatori a piatto basculante.

Tecniche di indagine Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Tecnologie Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Collaborazioni (partner e committenti) Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Finalità

Obiettivi Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Risultati attesi nell'anno Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.

Potenziale impiego - per processi produttivi Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Le descrizioni richieste sono riportate nei moduli.


Moduli

Modulo: Controllo trascrizionale e post-trascrizionale nello sviluppo, nella proliferazione e nel differenziamento cellulare


Modulo: Segnali cellulari critici nella biologia della cellula neoplastica Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Stress Cellulare ed Ambiente Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Biotecnologie Molecolari per la Progettazione di Vaccini Innovativi Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Individuazione, recupero e conservazione della biodiversità dei lieviti siciliani e loro catalogazione territoriale


Modulo: Liberazione, diffusione e deposizione delle componenti biologiche dell'atmosfera ed effetto sulla salute.


Modulo: Nuovi pollini provenienti da coltivazioni OGM? studio della biodiversità Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Catalizzatori per l'abbattimento di inquinanti atmosferici Dati generali

Progetto: Prodotti e processi innovativi per la chimica sostenibile Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati Sede principale svolgimento: Palermo Dip. di prevista afferenza: Progettazione Molecolare Responsabile indicato: ANNA MARIA VENEZIA Temi

Tematiche di ricerca 1. Studio di catalizzatori a base di Au/CeO2 'Al2O3 per la riduzione di NOx, con CO e idrocarburi;aumento della stabilità termica dei supporti. Valutazione dell'effetto dell'acqua sulla attività e selettività 2. Nuovi catalizzatori per il miglioramento dei combustibili fossili in particolare; sistemi a base di Co promossi da metalli nobili supportati su ossidi amorfi o con struttura mesoporosa tipo,MCM-41,SBA-15, per processi di idrodesolforazione(HDS) e sistemi a base di metalli nobili per HDS e idrogenazione di aromatici(HDA)per upgrading del Diesel. 3. Sviluppo di nuovi sistemi catalitici a base di metalli supportati su ossidi misti Co3O4/CeO2 per la combustione totale del metano. Ricerca di additivi per aumentarne la resistenza all'avvelenamento da SO2. 4. Catalizzatori catodici tipo La1-aSraCo1-bFebO3-x e tipo Sr1-aCeaFeO3-x selettivi per la riduzione dell'ossigeno in miscele idrocarburi/aria. 5.Catalisi dell'oro per l'abbattimento dei VOC.6. Catalizzatori per reazione PROX per applicazioni in tecnologia delle celle a combustibile (PEM).

Stato dell'arte La catalisi è coinvolta in problematiche di salvaguardia ambientale come le piogge acide, derivanti dai gas NOx, SO2 emessi dai veicoli,immissione di particolato respirabile (PM10) nell'atmosfera ed emissioni di gas ad effetto serra. I risultati della ricerca in questo specifico settore sono comunque di interesse sia per il "settore energetico", per quanto riguarda l'utilizzo di combustibili fossili, di gas naturale e di tecnologia FC, sia per il settore "valorizzazione di risorse rinnovabili" per quanto riguarda l’abbattimento e valorizzazione delle sostanze inquinanti. L'uso del metano come alternativa alla benzina e diesel richiede catalizzatori per la combustione totale del metano incombusto, che siano resistenti allo zolfo. Gli attuali catalizzatori per HDS sono in grado di ridurre lo zolfo ai livelli richiesti di 10 ppm. Tuttavia il continuo esaurirsi dei giacimenti di petrolio e la necessità di utilizzare risorse non convenzionali, richiede sistemi molto più efficienti che oltre alla attività di HDS siano anche in grado di idrogenare (HDA) gli aromatici e siano facilmente rigenerabili.


Azioni

Attività da svolgere 2009- 1) Ottimizzazione di catalizzatori contenenti oro per abbattimento di sostanze organiche volatili (VOC) e per la riduzione di NOx con CO o idrocarburi. 2) preparazione di supporti mesoporosi funzionalizzati con gruppi –SH all'interno dei canali per catalizzatori di cobalto e misti CoMo per le reazioni di idrotrattamento (HDS e HDA); 3)Sintesi di catalizzatori a base di Pd su supporti mesoporosi di silice, quali HMS, SBA-15, MCM-41 per la ossidazione totale del metano; Si prevede, inoltre, di espandere ulteriormente, sino a diametri di 30 nm, la struttura porosa di talune silici, ad es. SBA-15, tramite l'introduzione di uno spaziatore come il mesitilene oppure tramite trattamento idrotermale con N,N-dimetildecilammina (DMDA). Nel caso delle silici trattate con DMDA, la presenza dei gruppi amminici all'interno dei pori faciliterà la complessazione di cationi metallici, quali ad es. il Pd 2+. Ciò dovrebbe permettere una grande dispersione dei siti metallici all'interno dei pori, riducendo la sinterizzazione del metallo ad alte temperature e/o impedendo l'avvelenamento dei siti di palladio da parte di SO2/SO3. 4) Drogaggio di silice mesostrutturata con ossidi riducibili, quali titania, ceria, ossido di manganese, al fine di modularne l'attività catalitica e la resistenza allo zolfo. 5) messa a punto di un sistema ad alta pressione per lo studio delle reazioni di idrodesolforazione spinta ("deep desulfurization"); 6) Preparazione di sistemi bimetallici (Pd/Pt or Pd/Ag) supportati su ossidi misti per la riduzione di NOx con CH4 e VOC; 7) Sviluppo di catalizzatori a base di Au e Au/Pd su allumina dopata con ossidi riducibili; e su perovskiti per reazioni di ossidazione dei VOC. L'effettiva applicabilità di tali sistemi, sarà valutata in confronto con catalizzatori commerciali di Pt su allumina. 8) Sintesi di polveri tramite auto-combustione mirata a ottenere informazioni utili all'applicazione di tali polveri come catodi o elettroliti per SOFC. In particolare, catalizzatori catodici tipo La1-a SraCo1-bFebO3-x e tipo Sr 1-a CeaFeO 3 -x selettivi per la riduzione dell'ossigeno in miscele idrocarburi/aria; 9)Messa a punto di un sistema catalitico non inquinante costituito da Fe/AcOH e utilizzo di sali di Au(III) e Au colloidale per reazioni a basso impatto ambientale; 10) Sintesi di metallo -porfirine con Mn(III) o Zn(II) coordinati agli azoti pirrolici per catalisi di processi di epossidazione di olefine; 2010- Nel secondo anno, sulla base dei risultati catalitici e delle analisi strutturali si potranno avere delle variazioni delle attività programmate e comunque sulla base delle correlazioni tra proprietà strutturali e attività catalitica si potrà procedere alla ottimizzazione dei sistemi. 2011- Quei materiali che hanno dimostrato un buon comportamento catalitico saranno saggiati nelle reazioni di interesse in condizioni sperimentali vicine alle condizioni di utilizzo reale. In casi particolari e per determinati processi di interesse industriale si cercherà di avvalersi di impianti pilota in collaborazione con soggetti esterni.

Punti critici e azioni da svolgere a) La realizzazione della messa a punto di catalizzatori per la ossidazione del metano comporta una crescente interazione con il mondo industriale. In particolare dovranno essere rafforzati i rapporti di collaborazione con il Centro Ricerche FIAT che si occuperà del testing di tali sistemi in condizioni di utilizzo reali. Progetti congiunti verranno presentati nell'ambito del programma quadro europeo FP7. b) Nell'ambito della attività sui catalizzatori per HDS si cercherà di mantenere la interazione con una azienda petrolchimica di Gela e con l’ENI ricerche di San Donato Milanese, al fine di verificare la utilizzazione pratica dei sistemi sviluppati nella commessa; c) Per quanto riguarda le attività relative alla preparazione di materiali multifasici con elevata stabilità termica, essendo questa attività finanziata da un progetto FISR dal quale non sono ancora pervenuti i fondi 2007 e 2008, occorrerà reperire fonti alternative per la sua continuazione.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Sono necessarie competenze in chimica inorganica e fisica dello stato solido per la preparazione di sistemi multifasici e per la sintesi di catalizzatori eterogenei. Competenze nella sintesi sol-gel per la preparazione di supporti mesoporosi ad alta area superficiale e con porosità controllata. Competenze di chimica organica per la funzionalizzazione di supporti e l'ottenimento di elevata selettività. Conoscenza dei processi catalitici e analisi dei dati per l'ottenimento delle costanti cinetiche e del meccanismo di reazione. Competenze in reattoristica per l'assemblaggio di linee di reazione. Competenze nelle tecniche spettroscopiche di XPS, FTIR, UV, SAXS, WAXS, EXAFS, TPR/TPO, metodi di assorbimento e desorbimento di gas, BET Capacità di interpretazione dei spettri XPS, analisi Rietveld di diagrammi di diffrazione. Competenze nell'utilizzo della tecnica EXAFS presso il sincrotrone e nella interpretazione delle curve di assorbimento EXAFS


Strumentazione Strumentazioni piccole-medie (valore 10,000-50,000 euro) . 1)Celletta disponibile alla linea Gilda di Grenoble per analisi XRD in situ. 2)reattori discontinui (autoclavi) e continui per reazioni ad alta pressione 3)reattori a flusso 4)2 muffole t max=1000°C) 5)Bilancia analitica 6)pressa idraulica 7)spin coater Grandi (valore > 50,000 euro) 1) strumentazione per spettroscopia fotoelettronica (XPS) 2)Diffrattometro a raggi X per polveri per analisi ad alto angolo (WAXS) 3) Diffrattometro a raggi X per scattering a basso angolo (SAXS) 4) strumentazione per la determinazione di aree superficiali (BET) 5) Apparecchio per studi di assorbimento di gas a temperatura programmata (TPR, TPO, TPD) 6) Gas cromatografo GC-massa 7) HPLC 8) Fluorescenza a raggi X

Tecniche di indagine E stata messa a punto una cella collegata alla linea di diffrazione Gilda al sincrotrone di Grenoble per studi di diffrazione "in situ" che permettono la caratterizzazione strutturale durante l'esperimento di catalisi. L'utilizzo di tale sistema richiede una notevole esperienza acquisita nel corso degli ultimi anni all'interno del gruppo di ricerca.

Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) La commessa coinvolge rapporti di collaborazione con numerosi Istituti di ricerca Italiani e stranieri e mondo industriale quali: Dipt. di Chimica and Dipt. di Ingegneria dei Materiali-Palermo; Dipt di Chimica- Messina; Istituto CNR 'ITAE- Me; IENI-Pd; ISMN-Bo; ICCOM-Fi; ISTM-Mi; Dipt. Chimica- Valencia Spagna; Istituto de Tecnologia Quimica, UPV-CSIC, Valencia, Spain; CNRS, Villeurbanne, France; Hungarian Academy of Science ' BUDAPEST; Bulgarian Academy of Science-SOFIA; Dept. Chem. Technical University, Lynghj, Denmark; Indian Institute of Petroleum- Dehradun India; RCAST (Research Center for Advanced Science and Tecnology) dell'Università di Tokyo, ENI Tecnologie- San Donato; Centro Ricerche FIAT. Collaborazione con il Dipartimento Energia e Trasporti, Progetto Generazione distribuita di energia e Commessa "Materiali metallici e ceramici per l'accumulo, la produzione e la distribuzione dell'energia" nell'ambito del progetto MIUR-FISR (2005-2007) Materiali e componenti per lo sviluppo di celle a combustibile di nuova generazione. Inoltre la commessa svolge una attività di ricerca per conto di un'azienda del settore petrolchimico (ECORIGEN di GELA)rivolta allo studio dei processi di invecchiamento e rigenerazione di catalizzatori CoMo per HDS:

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate La commessa si costituirà come unità di ricerca in nuovi progetti da presentare nell'ambito dei prossimi PRIN il cui bando è previsto per il 2009. b)Partecipazione a progetti in ambito POR e PON. c) Continuerà la partecipazione al progetto europeo, IDECAT il cui ente erogatore è l'ICCOM di Firenze. d) Progetto FISR del MIUR in collaborazione con il dipartimento Energia e Trasporti. Cifra prevista per 2009 e 2010 di 53000€/anno. e)Collaborazione con Mintek con auspicabile supporto finanziario


Finalità

Obiettivi a)Sintesi di catalizzatori, a base di metalli supportati su ossidi, altamente attivi e selettivi e con elevata stabilità. È importante che riducano gli NOx in condizioni di eccesso di aria nella miscela combustibile e in "cold start". b)Preparazione via sol-gel di ossidi ad alta area e resistenti alla sinterizzazione come supporti per la fase attiva nella ossidazione del metano. c)Nuovi sistemi per HDS di molecole refrattarie. d) (iv) Catalizzatori catodici tipo La1-aSraCo1-bFebO3-x e tipo Sr1-aCeaFeO3-x selettivi per la riduzione dell'ossigeno in miscele idrocarburi/aria per applicazioni in celle a combustibile del tipo SOFC. e) Supportazione di oro metallico su ossidi redox per la ossidazione selettiva del CO in assenza ed in presenza di idrogeno (PROX) e per ossidazione dei VOC.Catalisi mediante complessi di oro per processi chimici a basso impatto ambientale.

Risultati attesi nell'anno 1) Catalizzatori di oro supportato su ossidi riducibili tipo TiO2, CeO2 per abbattimento di sostanze organiche volatili (VOC). 2) La messa a punto di catalizzatori a base di palladio per l'ossidazione totale del metano che operino a temperatura d 350 °C e siano stabili all'avvelenamento da SO2; 3) Sintesi di catalizzatori capaci di abbattere NOx in presenza di metano incombusto; 4) Sintesi di catalizzatori a base di oro per l'abbattimento di sostanze volatili organiche con prestazioni vantaggiose in termini di efficienza e costi rispetto a quelli attualmente in commercio a base di platino su allumina; 5) Aumento dell'attività di "deep desulfuration" di catalizzatori a base di cobalto.

Potenziale impiego - per processi produttivi I risultati della commessa, relativamente allo sviluppo dei catalizzatori per l'abbattimento degli NOx, CO e CHx possono aver una applicazione tecnologica nello sviluppo delle marmitte catalitiche e quindi nel settore autotrasporti. In particolare la catalisi dell'oro suscita interesse industriale per il costo minore e la disponibilità maggiore di tale metallo rispetto al Pd o Pt attualmente utilizzati. Similmente, lo sviluppo di catalizzatori per la combustione totale del metano è al vaglio dell'interesse applicativo da parte della FIAT. In collaborazione con il centro ricerche FIAT vengono provati nelle condizioni di utilizzo reali i sistemi sviluppati dalla commessa. Lo studio sui catalizzatori per la combustione del metano possono trovare un impiego potenziale nella messa a punto di sensori. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Catalizzatori per l'abbattimento di inquinanti trovano possibile impiego sia nel settore dei veicoli da trasporto, che nei sistemi stazionari di produzione di energia. Possibile applicazione anche in filtri per la purificazione dell'aria sia in zone di uso domestico che collettivo. Moduli

Modulo: Catalizzatori per l'abbattimento di inquinanti atmosferici Istituto esecutore: Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati Luogo di svolgimento attività: Palermo

Modulo: Modulo per incremento attrezzature scientifiche per CdS095-DPM (Intesa di programma MIUR/CNR)

Istituto esecutore: Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati Luogo di svolgimento attività: Palermo


Nanomateriali multifunzionali per applicazioni chimiche avanzate Dati generali

Progetto: Progettazione e modifica su base molecolare di film e di interfacce Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati Sede principale svolgimento: Palermo Dip. di prevista afferenza: Progettazione Molecolare Responsabile indicato: MARIO PAGLIARO Temi

Tematiche di ricerca In collaborazione con laboratori di tutto il mondo, a Palermo vengono realizzati materiali nanostrutturati di varia forma per applicazioni tecnologiche che vanno dalla sensoristica al coating di superfici; dalla catalisi al drug delivery; dalla microelettronica alle sintesi multistep in reattori capillari ad alte prestazioni.Inoltre, la commessa riguarda lo sviluppo di compositi metallici innovativi basati su metalli dopati con molecole organiche e polimeriche per applicazioni alla catalisi di ossidazione. In particolare, si prevede la realizzazione di ossidi sol-gel nanoibridi (organico-inorganici) ottenuti con tecniche innovative sotto forma di xerogel e di idrogel dopati tanto con molecole organiche e specie catalitiche che con entità biologiche (enzimi, liposomi, microorganismi ecc.) per svariate applicazioni. SINTESI. I materiali vengono usati per la sintesi di fine chemicals in processi multistep condotti in one-pot che in soluzione siano incompatibili. PROCESSI ELETTROCHIMICi. I materiali sotto forma di film sottili vengono usati come elettrodi. FOTOCHIMICA.I materiali dopati con specie fotoattive vengono usati per applicazioni innovative come il light-upgrading.

Stato dell'arte Le ricerche internazionali nel campo della nanochimica sono analogamente orientate alla creazione di materiali multifunzionali ad alte prestazioni con proprietà controllabili e versatili (adatti ad applicazioni in ambienti diversi). Materiali multifunzionali di tipo sol-gel per la sintesi chimica sono commercializzati dalla metà degli anni '90. La commessa si inserice nel contesto delle ricerche per sviluppare materiali sol-gel di seconda generazione altamente stabili e selettivi, adatti alla commercializzazione Inoltre, gli studi focalizzano sui metalli dopati con molecole organiche per i quali sono state già dimostrate numerose applicazioni utili, incluse l'alterazione delle proprietà fisiche del metallo, la formazione di nuovi catalizzatori di superiori prestazioni, e l'induzione di reattività nuove e non ortodosse. La commessa si propone di sfruttare tali modificazioni per l'ossidazione selettiva del metano e di altri idrocarburi. In generale, tali ricerche unite a quelle sui biomateriali per la produzione di fine chemicals; e alla protezione chimica e fisica delle superfici di interesse industriale sono alla frontiera della ricerca chimica accademica e applicata. Azioni

Attività da svolgere

Punti critici e azioni da svolgere

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine I ricercatori che collaborano nell'ambito della commessa posseggono competenze avanzate nei campi della nanochimica sintetica e strutturale e nella gestione dei processi di trasferimento tecnologico. Gli stessi ricercatori accedono a simili avanzate competenze presso alcuni dei migliori laboratori di chimica dei materiali del mondo, fra cui quelli di Avnir a Gerusalemme e Ozin a Toronto.


Strumentazione Le tecnologie usate sono di tipo sintetico (processi sol-gel, polimerizzazioni, sintesi organica, elettrochimica, dip e spin coating ecc.); e analitico (spettroscopie elettroniche, nucleari ESR ed NMR, infrarosso, visibile, di massa; sistemi cromatografici ecc.). Inoltre, utilizziamo una nuova metodologia di per la preparazione di compositi metallici attraverso la sintesi del metallo a temperatura ambiente via riduzione chimica del catione in presenza della molecola organica desiderata. I ricercatori accedono infine a metodologie per la valutazione delle proprietà biologiche dei materiali presso alcuni i Laboratori di biologia dei ricercatori afferenti al Dipartimento di Scienze della Vita.

Tecniche di indagine Le tecnologie usate sono di tipo sintetico (processi sol-gel, polimerizzazioni, sintesi organica, elettrochimica, dip e spin coating ecc.); e analitico (spettroscopie elettroniche, nucleari ESR ed NMR, infrarosso, visibile, di massa; sistemi cromatografici ecc.). Inoltre, utilizziamo una nuova metodologia di per la preparazione di compositi metallici attraverso la sintesi del metallo a temperatura ambiente via riduzione chimica del catione in presenza della molecola organica desiderata.

Tecnologie Le tecnologie usate sono di tipo sintetico (processi sol-gel, polimerizzazioni, sintesi organica, elettrochimica, dip e spin coating ecc.); e analitico (spettroscopie elettroniche, nucleari ESR ed NMR, infrarosso, visibile, di massa; sistemi cromatografici ecc.).

Collaborazioni (partner e committenti) Univ. Toronto, Instituto de Materiales, CSIC; Ecole de Metallurgie de Poitiers, CNRS; Hebrew Univ. of Jerusalem; New York Univ. at Buffalo; New York Univ. at Ithaca-Cornell; Univ. Técnica de Lisboa; Ecole National Supérieure de Chimie-Univ. Montpellier; Univ. Aachen RWTH; Univ. de Valencia; Grace Construction Products; SiliCycle; Univ. Calabria; Univ. Milano, Univ. Padova; Univ. Amsterdam; Kokura Synthetic Industries; Univ. Palermo.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Sarà valutata la possibile adesione a proposte per progetti di Ricerca e di Innovazione a livello regionale, nazionale ed internazionale (Comunità Europea). Domande di finanziamento sono state presentate alla Regione Veneto e Fondazioni Bancarie (CARIPARO) mentre altre sono incorso di presentazione al MIUR (Progetti PRIN) ed al Ministero delle Attività Produttive (Industria 2015). Contratti già attivi con Industrie verranno rinnovati (Electrolux, SICC….) ed altri verranno avviati (Riello, Tegola Canadese...). Verrà richiesto il rinnovo di Programmi Bilaterali per collaborazione scientifica e tecnologica finanziati dal Ministero degli Affari Esteri (Italia – Austria, Italia – Slovenia, Italia –Germania, Italia-Spagna).

Finalità

Obiettivi L'obiettivo è quello di realizzare materiali nanostrutturati di varia natura -- ossidi sol-gel e metalli dopati -- per applicazioni tecnologiche di rilevante interesse industriale definendo le relazioni struttura-attività in modo da consentire l'ingegnerizzazione dei trovati in campi che vanno dalla sensoristica al coating di superfici; dalla catalisi per la chimica fine al drug delivery; dalla microelettronica alla sintesi del metanolo a partire dal metano.

Risultati attesi nell'anno

Potenziale impiego - per processi produttivi Impiego del metano al posto degli alcheni come feedstock dell'industria petrolchimica. Nuovi catalizzatori solidi per sintesi fine chemicals al posto di metalli pesanti. Impiego di solventi atossici come il biossido di carbonio allo stato supercritico o l'acqua in sostituzione dei solventi organici volatili tossici e inquinanti. Impiego dei nuovi materiali in sostituzione di analoghe formulazioni farmaceutiche a basse prestazioni. Impiego di nuovi coating al posto delle formulazioni chimiche tossiche per la protezione di superfici industriali. Sviluppo di materiali fotoattivi per il light-upgrading. Impiego di nuovi coatings dielettrici sol-gel ad alte prestazioni in sostituzione dei polimeri organici. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Nel campo della salute, così come nei settori dei rivestimenti industriali e della sintesi chimica l'impatto in termini di bisogni collettivi è valutabile tenendo conto che le relative industrie sono (insieme a quella del cibo) quelle a maggior fatturato a livello mondiale. Lo sviluppo di una metodologia efficace per l'ossidazione del metano avrebbe inoltre enormi ricadute in termini di benefici ambientali ed economici.


Moduli

Modulo: Nanomateriali multifunzionali per applicazioni chimiche avanzate Istituto esecutore: Istituto per lo studio dei materiali nanostrutturati Luogo di svolgimento attività: Palermo


Processi di aggregazione biomolecolare Dati generali

Progetto: Biofisica e Soft Matter Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di biofisica Sede principale svolgimento: Sede di Palermo Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: PIER LUIGI SAN BIAGIO Temi

Tematiche di ricerca L’attività riguarda lo studio di diversi tipi di aggregazione biomolecolare che avvengono su una scala di lunghezze intermedia tra quella macro e quella microscopica. Diverse forme di aggregazione di biomolecole portano ad una significativa varietà di strutture sopramolecolari più o meno ordinate: associazione di proteine, formazione di fibrille polipeptidiche, gelificazione (jamming) di biopolimeri, cristallizzazione di proteine. Vengono studiati gli effetti di diversi fattori capaci di controllare l’aggregazione, quali i cambiamenti di conformazione molecolare, le proprietà del solvente, la presenza di ioni in soluzione. L’interesse di tali studi risiede nel fatto che i processi di aggregazione biomolecolare interessano campi diversi della scienza che vanno dalla food technology (nuovi additivi per controllare la “consistenza” dei cibi) alla industria farmaceutica (biopolimeri adatti al trasporto mirato di farmaci), dalla microelettronica (DNA chip e nuovi materiali biopolimerici adatti alla costruzione di memorie ottiche) alla medicina (processi di aggregazione di proteine con effetti tossici come nel caso di alcune malattie neurodegenerative: Alzheimer, BSE, ecc.)

Stato dell’arte La ricerca sui biomateriali rientra in quella sui materiali avanzati che da alcuni anni e’ considerata ricerca strategica nell’ambito non solo nel PNR, ma anche del V PQ della CE,rifinanziato, con un notevole aumento, anche nel VI. La multidisciplinarietà in termini di conoscenze tecniche (fisiche, chimico-fisiche, biochimiche) e di background culturale (chimici, fisici,biologi) dei ricercatori di questo progetto soddisfa pienamente le richieste di una moderna politica della ricerca. Azioni

Attività da svolgere Nel 2009, oltre a continuare le ricerche già in corso nel 2008 e non ancora concluse, si intende: proseguire lo studio commissionato da Alfa-Wassermann sulla stabilità nel tempo dello xyloglucano, iniziando

una ricerca di più ampio respiro sul meccanismo di gelazione del polimero in oggetto. iniziare lo studio comparativo delle proprietà di aggregazione della hungtitina e di un suo dominio (josephina )

nell’ambito di un progetto nazionale finanziato dalla Fondazione San Paolo. studiare gli effetti dell’alfa caseina (sia in forma monomerica/polimerica sia in forma micellare) sulla stabilità di

biomolecole, ed in particolare studiarne l’effetto come chaperone molecolare nelle aggregazioni proteiche: BLG, BSA, CONA e Abeta40.

continuare gli studi sulle proprietà reologiche di: i) gel chimici ottenuti da polisaccaridi dopo funzionalizzazione con raggi UV; ii) gel proteici ottenuti dopo denaturazione termica di Lisozima e Insulina.

caratterizzare alcuni peptidi sintetici per la cura dello shock settico. continuare la collaborazione con alcuni ricercatori del Dip. Di Chimica Fisica dell’Università di Buenos Aires

sulla relazione tra proprietà strutturali e di rilascio di matrici biopolimeriche. In particolare verrà studiato il sistema alfa-caseina e aldeide benzoica.

utilizzare sonde fluorescenti o proteine marcate con sonde fluorescenti per lo studio delle cinetiche di aggregazione utilizzando la tecnica di correlazione di fluorescenza (FCS).

studiare le proprietà dinamiche e strutturali di gel biopolimerici mediante la tecnica di eco-DLS recentemente messa a punto nei nostri laboratori.

Studiare l’interazione dell’Abeta 40 con membrane modello. Iniziare lo studio sui meccanismi di formazione di fibrille in soluzioni di una serpina, l’antitripsina. Lo studio

verrà esteso anche a mutanti patogeni. Studiare gli effetti dell’unfolding parziale sulle proprietà di aggregazione di alcune proteine in differenti

condizioni sperimentali (temperatura, pH, presenza di cosoluti, ecc.). Verrà inoltre studiato come il processo di aggregazione è influenzato dalla presenza di inibitori dell’unfolding.


Punti critici e azioni da svolgere Vale quanto enunciato nello stato di avanzamento.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine

Strumentazione

Tecniche di indagine

Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) Le competenze relative a questa linea sono in gran parte interne all’Istituto. Sono attualmente in atto collaborazioni con diverse istituzioni, alcune delle quali qui di seguito riportate: Dept. of Biochem., Univ. of Groningen, Olanda; Dip. di Scienze e Tecnologie Chim. Roma II; Dip. di Chimica e Tecnologie Farmaceutiche Univ Palermo; Dip. de Quim. Inorg. Analit.y Quim. Fis. Buenos Aires Argentina; Istituto Pasteur Parigi, Francia MRC Londra UK ST-Microelectronics, Catania Medical Research Center- Londra, UK.

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate **Sui temi della commessa e sugli argomenti correlati l’Istituto intende promuovere progetti di ricerca, sia svolgendo attività per Imprese sia partecipando a bandi nazionali ed internazionali.** Progetto FIRB – MERIT Progetto di collaborazione con la Alfa-Wassermann Progetto di collaborazione con la Bionat Italia Progetto della Fondazione San Paolo

Finalità

Obiettivi Comprensione della relazione esistente tra struttura, funzione ed interazione tra biomolecole; processi di aggregazione; nuove tecnologie di assemblaggio biomolecolare. Competenze: Spettroscopia(UV, Vis, IR, Fluorescenza, Fosforescenza risolta nel tempo, DLS, LALS, ORD); Reologia; DSC; PCR; Spettrometria di massa;AFM;NMR 3D;Microscopia confocale;Dinamica molecolare; Genetic engineering;Genome screening. Le competenze sono interne alla linea o rientrano in quelle dei gruppi con i quali si collabora.

Risultati attesi nell’anno Pubblicazioni su riviste scientifiche ad alto impatto. Brevetti.

Potenziale impiego - per processi produttivi I biopolimeri strutturali che sono oggetto di studio nella presente commessa sono utilizzati in diversi settori industriali. Essi costituiscono l’elemento di base in cui disperdere sostanze bioattive (fragranze, farmaci, olii essenziali, ecc). La possibilità, nel processo produttivo, di intervenire sulla struttura di tali biopolimeri e, quindi, di controllare le proprietà di rilascio permetterà, ad esempio, di progettare nuovi farmaci capaci di rilasciare nei tempi e nei luoghi opportuni le sostanze bioattive. - per risposte a bisogni individuali e collettivi L’aggregazione di proteine in peculiari strutture ordinate e filamentose, dette fibrille amiloidi, ha un ruolo cruciale in molte patologie tra le quali la malattia di Alzheimer. Essa oggi colpisce circa il 5% delle persone con più di 60 anni e in Italia si stimano circa 500mila ammalati. Gli studi condotti nella presente commessa hanno permesso di chiarire i meccanismi responsabili per la formazione delle strutture amiloidiche e di individuare quali strutture risultano essere più dannose per l’organismo vivente. Questo costituisce un primo passo per la verifica dell’efficienza di alcune sostanze che sembrano ritardare l’insorgere di tale patologia. Moduli

Modulo: Processi di aggregazione biomolecolare Istituto esecutore: Istituto di biofisica Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR – Incremento attrezzature scientifiche Istituto esecutore: Istituto di biofisica Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo


Convertitori, attuatori e azionamenti elettrici Dati generali

Progetto: Sistemi per movimentazione e lavorazione in ambienti non strutturati Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l’automazione Sede principale svolgimento: Sede di Palermo Dip. di prevista afferenza: Sistemi di Produzione Responsabile indicato: CALOGERO SERPORTA Temi

Tematiche di ricerca Sistemi di conversione dell’energia elettrica: progetto e costruzione di convertitori con basse perdite e minime

emissioni elettromagnetiche. Azionamenti elettrici intelligenti: progetto e costruzione di azionamenti ad alte prestazioni con controllo

intelligente e minor numero di sensori. Metodologie di compatibilità elettromagnetica: criteri di progetto di sistemi elettromagneticamente compatibili e

di metodi numerici per il calcolo dei campi, alternativi a strumentazione di misura costosa e siti di prova.

Stato dell’arte Il 60% dell’energia elettrica generata in un paese industrializzato viene utilizzata da azionamenti elettrici. Le principali applicazioni in campo industriale sono: macchine a controllo numerico, macchine utensili, laminatoi, manipolatori robotici. Sistemi di conversione elettromeccanica sono stati impiegati per ottenere energia elettrica da fonti rinnovabili. Per ottenere sistemi affidabili bisogna garantire la compatibilità elettromagnetica anche nel rispetto della Direttiva Europea 2004/108/CE. Azioni



Competenze, tecnologie e tecniche di indagine I partecipanti alla commessa hano maturato negli anni ampie e consistenti competenze nei seguenti campi: elettronica industriale di potenza (convertitori elettronici di potenza multilivello, soft-switching, a matrice,

multisorgente) azionamenti elettrici ad alte prestazioni con controllo intelligente controlli automatici con intelligenza artificiale elaborazione numerica dei dati compatibilità elettromagnetica dei dispositivi elettrici ed elettronici.

Strumentazione Laboratorio sperimentale di ricerca e prove sulla compatibilità elettromagnetica (EMC) dell’ISSIA-CNR sez. di

Palermo. Dotato di strutture e strumentazioni che consentono di realizzare tutte le tipologie di prove di EMC su prototipi o su apparecchiature elettriche finite secondo le norme internazionali. Inoltre la disponibilità di una camera schermata elettromagnetica anecoica di dimensioni 9.4x6.4x5.55 m, consente di effettuare misure su sistemi di telecomunicazione per caratterizzare il loro comportamento fino alla frequenza di 18 GHz.

Laboratorio Elettronica di Potenza attrezzato per effettuare simulazioni numeriche e costruire prototipi di convertitori elettronici di potenza e relativi sistemi di controllo.

Laboratorio Azionamenti elettrici attrezzato per effettuare simulazioni numeriche e prove sperimentali su banchi prova per l’implementazione di tecniche di controllo per azionamenti e sistemi di generazione.

Laboratorio energie rinnovabili.


Tecniche di indagine Si svilupperanno strutture innovative di convertitori (multilivello, soft-switching, a matrice, multisorgente) e algoritmi di pilotaggio elettromagneticamente compatibili. Si svilupperanno convertitori per applicazioni di filtri attivi per la Power-Quality. Si definiranno specifiche di progetto di dispositivi elettronici di potenza con al loro interno la parte di potenza, la sensoristica e la parte di elaborazione dei segnali. Con riguardo agli azionamenti elettrici, si svilupperanno tecniche innovative di controllo non lineare, controllo intelligente, controllo adattativo. Con riguardo agli attuatori, si svilupperanno tecniche di controllo basate su reti neurali per manipolatori robotici a diversi gradi di libertà. Si progetteranno prototipi di macchine elettriche a struttura innovativa (a flusso assiale o trasverso) rotanti e lineari per applicazioni di automazione industriale. Con riguardo alla EMC dei dispositivi elettrici si svilupperanno modelli numerici per la simulazione di sorgenti di disturbi elettromagnetici che potranno essere validati nella camera anecoica e costituiscono uno strumento utile per la sintesi e per l’analisi dei circuiti elettrici ed elettronici.

Tecnologie Costruzione e messa a punto di sistemi di conversione con basse perdite di potenza, che garantiscano la minimizzazione dell’emissione elettromagnetica e ottimizzazione della prestazione del carico, seguendo la filosofia del BIS (Built-In-Silicon). Attuatori intelligenti (macchine elettriche rotanti e lineari a struttura innovativa controllate da intelligenza artificiale, manipolatori robotici) pensati per essere inseriti in piattaforme per l’automazione industriale con intelligenza distribuita e cioè dotati di intelligenza locale e capacità di dialogo con l’intelligenza centrale della piattaforma. Applicazioni software basate su metodi numerici per la previsione dei disturbi elettromagnetici da impiegare in alternativa a strumentazione di misura e siti di prova costosi.

Collaborazioni (partner e committenti) University of Picardie-Jules Verne, University of Nottingham, Helsinki University of Technology, University of Palermo, University of Aberdeen, University of Braunschweig, University of Malta, University of Ankara (METU), University of Dortmund, University of Coimbra, Fraunhofer Institut Techno, ELECTA-KU Leuven, ETSII Gijon, Elettronica Santerno, FAVI (SME ‘ France), CIRTEM (SME ‘ France), TFE (SME ‘ France).

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate È possibile che ulteriori entrate possano derivare dalle valutazioni applicative delle prestazioni di trattrici agricole e loro parti nonché dei dispositivi di sicurezza delle macchine, tutte valutate in termini prudenziali in sede di preventivo – Contatti con l’UNACOMA e con la Regione Piemonte per la stipula di altrettante Convenzioni sulla sicurezza delle macchine e con un’Agenzia Regionale per progetti in viticoltura – Partecipazione a bandi regionali e nazionali su temi connessi alle sollecitazioni vibrazionali del corpo umano e delle macchine - Iniziative per l’avvio di rapporti di collaborazione finanziati che si sviluppino negli anni successivi in modo da dare continuità all’avanzamento delle conoscenze e al loro impiego pratico.

Finalità

Obiettivi Sistemi di conversione dell’energia elettrica: sviluppo di strutture di convertitori elettronici di potenza che siano

elettromagneticamente compatibili. Azionamenti elettrici intelligenti: sviluppo di tecniche di controllo di motori e generatori basate sul controllo non

lineare e controllo intelligente. Metodologie di compatibilità elettromagnetica: sviluppo di modelli delle sorgenti di campo elettromagnetico

basati su metodi numerici da validare con misure in camera semianecoica.

Risultati attesi nell’anno

Potenziale impiego - per processi produttivi L’ottimizzazione delle prestazioni di azionamenti elettrici con motore ad induzione nell’industria garantirebbe una riduzione dei costi legati all’economia di esercizio del tipo di motore rispetto alle altre tipologie e, parimenti, un aumento di affidabilità legato alla riduzione del numero di sensori adottato e alla loro compatibilità elettromagnetica che può essere definita in fase di progetto. L’uso di fonti rinnovabili per la produzione dell’energia elettrica consente un risparmio energetico rispetto alla produzione con sorgenti tradizionali. L’ottimizzazione delle prestazioni di azionamenti consente di sfruttare al meglio l’energia elettrica richiesta sia in termini di costi sia in termini di rendimento.


- per risposte a bisogni individuali e collettivi Ai fini dei bisogni per la collettività l’uso delle fonti rinnovabili consente di avere una disponibilità inesauribile di energia con il minimo danno all’ambiente e consente di abbattere l’immissione nell’aria di agenti inquinanti dovuti alla combustione di prodotti petroliferi. Con riferimento ai sistemi di trasporto a trazione elettrica, l’uso nei centri abitati migliora il comfort acustico e riduce l’inquinamento da CO2. Migliore utilizzo dell’energia elettrica implica minor costo a carico dell’utente e minori sostanze inquinanti generate Le nuove tecnologie sono basate su scoperte scientifiche che siano compatibili con l’ambiente e interessanti economicamente Moduli

Modulo: Convertitori, attuatori e azionamenti elettrici Istituto esecutore: Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l’automazione Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR Istituto esecutore: Istituto di studi sui sistemi intelligenti per l’automazione Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo


F.A.C.I.L.E. - Framework ad agenti cognitivi per la gestione e fruizione intelligente di informazioni sensoriali, conoscenze e servizi avanzati Dati generali

Progetto: Data Mining, Ontologie e Web Semantico Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Sede principale svolgimento: Sede di Palermo Dip. di prevista afferenza: ICT Responsabile indicato: IGNAZIO INFANTINO Temi

Tematiche di ricerca Le tematiche di ricerca coinvolte nello studio e nello sviluppo di agenti cognitivi sono relative a: modelli di rappresentazione formali della conoscenza, reti neurali e tecniche di machine learning per l'elaborazione di dati sensoriali, collegamento delle informazioni percettive con le rappresentazioni linguistiche e semantiche, modelli di interazione semplificata tra agenti software e utenti umani. Tali tematiche sono sviluppate sia sotto un approccio teorico e metodologico, che un approccio implementativo e sperimentale nell'ambito di applicazioni robotiche, sistemi autonomi intelligenti, sistemi ed architetture multi-agente, sistemi bio-inspired, sistemi per la gestione di reti di sensori wireless, sistemi di analisi, elaborazione e annotazione automatica di immagini e video. Tale impostazione si riflette nella suddivisione delle attività di ricerca i tre task che riguardano: T1 Intelligent Data Analysis - Studio di modelli di rappresentazione della conoscenza; T2 Cognitive System Architectures - Applicazioni robotiche, sistemi autonomi intelligenti, software basato su

agenti; T3 Data Management - Integrazione di dati sensoriali e interfacce avanzate.

Stato dell'arte L'evoluzione del paradigma delle architetture ad agenti coinvolge sempre più aspetti cognitivi e consentirà nel futuro di disporre dei cosiddetti "servizi intelligenti". Tale aspetto si può cogliere ad esempio in una classica definizione di agenti: "hardware o software che è dotato delle seguenti proprietà: autonomia (gli agenti operano senza il diretto intervento umano e hanno una sorta di controllo sulle loro azioni e sul loro stato interno); capacità sociali (gli agenti interagiscono tra loro e con gli utenti umani mediante un linguaggio comune); reattività (gli agenti percepiscono l'ambiente operativo, e rispondono ai cambiamenti che si verificano); pro-attività (gli agenti non agiscono semplicemente in risposta al loro ambiente ma sono in grado di esibire comportamenti per raggiungere i goal prendendo delle iniziative)". Per rispondere a queste esigenze, l'agente "cognitivo" percepisce l'ambiente, immagazzina ed elabora conoscenza e si propone come una potente interfaccia "intelligente" tra la società di agenti software e gli utenti umani, consentendo una reale cooperazione durante l'esecuzione di task complessi nell'ambiente reale.


Azioni

Attività da svolgere L'attività da svolgere nell'ambito delle tematiche affrontate dalla commessa riguarderanno: Sviluppo dell'architettura intenzionale per l'interazione uomo-macchina basata sull'elaborazione di immagini e

video, integrazione di inferenza e reasoning basata sullo sviluppo di opportune ontologie; Studio e sperimentazione di nuove metodologie e miglioramento di metodologie avanzate per implementare

agenti per il riconoscimento di volti, espressioni facciali, stati emotivi, posture umane e la determinazione dei movimenti umani;

Studio di nuovi approcci per il mapping di concetti in uno spazio semantico per l'arricchimento automatico delle ontologie;

Studio di metodologie di progettazione ed implementazione di sistemi multi-agente, definizione di nuovi criteri di composizione di processi di progettazione specifici (method engineering per sistemi multi-agente);

Studio di tecniche per la classificazione ed indicizzazione di contenuti multimediali generici in base a informazione globale e puntuale, ottimizzazione della ricerca basata sul contenuto in grandi repository di immagini;

Studio ed implementazione di soft sensors nell'ambito del pattern recognition e i beni culturali. Ulteriori attività che saranno svolte qualora le proposte progettuali presentate nell'anno passato siano valutate positivamente e finanziate riguarderanno: metodologie ICT a supporto della filiera produttiva del pescato, la sicurezza in mare, i sistemi informativi a bordo

di natanti in collaborazione con l'Istituto Ambiente Marino e Costiero del CNR di Mazara del Vallo(TP); elaborazioni di dati sensoriali mediante agenti intelligenti per la logistica dei trasporti e delle merci; sviluppo di un sistema informativo (ad agenti) che permetta di usare il cellulare per organizzare una rete di car-

pooling da utilizzare per il trasporto casa-lavoro; SDBE (Sicilian Digital Business Ecosystem) che mira a realizzare un sistems in grado di catalizzare le PMI

regionali ed incrementare la loro capacità competitiva a livello globale attraverso un sistema centralizzato di controllo chiamato ISE (Intelligent System Engine);

definizione di soluzioni sulla architettura, funzionalità e interoperabilità, di un sistema informativo integrato per la gestione di informazioni relative al paziente (informazioni cliniche, informazioni gestionali-amministrative, storia sanitaria, interventi socio-assistenziali, ecc.);

sviluppo di metodologie per l'estrazione e l'integrazione delle informazioni diagnostiche per la definizione di percorsi clinici terapeutici personalizzati in patologie ad elevato impatto sociale;

sviluppo di un'architettura di riferimento per la definizione di sistemi software dinamici e collaborativi, componibili e configurabili ad-hoc, dotati di capacità introspettiva, basati su agenti per la gestione e la fruizione intelligente di informazioni e servizi in maniera globale ed integrata.

Punti critici e azioni da svolgere Per sviluppare ulteriormente alcune delle tematiche di ricerca di base trattate dalla commessa occorrerebbero ulteriori risorse umane sia a tempo indeterminato che determinato. Analoga criticità è riferibile anche al trasferimento tecnologico e i rapporti con le aziende, pubbliche amministrazioni, industrie che naturalmente si unisce alla effettiva concretizzazione dei finanziamenti esterni richiesti su varie misure europee, nazionali e regionali. Una criticità che condiziona le attività di ricerca sin dalla nascita della commessa è quella della disponibilità di una sede adeguata del personale della sede di Palermo dell'ICAR.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le competenze possedute dai partecipanti alla commessa riguardano gli strumenti teorici e metodologici di sistemi autonomi intelligenti, machine learning, reti neurali innovative, mappe autorganizzanti, reti bayesiane, reti bayesiane dinamiche, tecniche basate sulla latent semantic analysis, intelligenza artificiale, reti semantiche, tecniche geometriche di rappresentazione della conoscenza, sistemi multi-agente, analisi ed elaborazione delle immagini e video, reti di sensori wireless, elaborazione distribuita. Le competenze coinvolte inquadrano l'attività di ricerca della commessa nell'ambito dell'ingegneria della conoscenza, sviluppando dal punto di vista degli agenti cognitivi le problematiche tipiche del data mining, delle ontologie, del web semantico, dei sistemi autonomi intelligenti. Inoltre esperienze significative sono da rilevare nell'applicazione delle metodologie studiate in vari domini applicativi: beni culturali, sicurezza, sistemi informativi geografici, controllo e monitoraggio ambientale, applicazioni nell'agricoltura, sistemi a supporto di utenza debole, e-learning, e-government.


Strumentazione Cluster di 16 nodi biprocessore ad alte prestazioni con sottosistema di storage e rete di interconnessione ad alta

velocità Myrinet, utilizzato per elaborare grossi moli di dati sensoriali e sperimentare servizi intelligenti innovativi basati su agenti.

Cluster di 40 nodi Pentium IV Coprocessore Programmabile FPGA CELOXICA-RC per l'analisi e elaborazione di immagini ad alta risoluzione

in tempo reale, utilizzata per lo sviluppo di agenti per il controllo ed il monitoraggio. Rete di 8 sensori wireless standard IEEE 802.15.4 ZigBee MICA Z, con componenti per il monitoraggio di

temperatura, suono, luce, orientamento, per l'integrazione di dati sensoriali in architetture e sistemi ad agenti cognitivi.

Sistema robotico composto da un braccio robotico PUMA 200, controllore, e mano robotica antropomorfa della GraalTech, per le sperimentazioni di architetture cognitive, l'apprendimento per imitazione e l'interazione uomo-macchina.

Tecniche di indagine L'attività di ricerca è condotta secondo le metodologie standard di indagine scientifica e mira all'ottenimento di risultati di rilevanza significativa nell'ambito internazionale. Particolare attenzione è rivolta all'analisi e valutazione delle possibili ricadute applicative delle indagini portate avanti con un continuo scambio di informazioni e conoscenze con i partner industriali, accademici e istituzionali che collaborano con la commessa. L'istituzione del "Laboratorio di sistemi intelligenti" e la convenzione con l'Università di Palermo sono un esempio di fruttuoso impiego combinato di competenze e strumentazione sia interne che esterne.

Tecnologie Metodologie di modellazione per sistemi autonomi intelligenti, machine learning, reti neurali innovative, mappe autorganizzanti, reti bayesiane, reti bayesiane dinamiche, latent semantic analysis, intelligenza artificiale, reti semantiche, sistemi multi-agente, elaborazione distribuita, tecniche di method engineering.

Collaborazioni (partner e committenti) Sono previste collaborazioni con le varie commesse del progetto, allo scopo di creare piattaforme comuni che includano i vari aspetti dei sistemi distribuiti basati sulla conoscenza. Con il Dipartimento di Ingegneria Informatica di Palermo sono gestiti laboratori comuni, portate avanti attività di partecipazione a progetti, coordinamento di tesisti, assegnisti, dottorandi. Inoltre sono attive collaborazioni con vari centri di ricerca internazionali, molteplici aziende nel campo dell'ICT, PP.AA. Tra queste si evidenziano: Lund University, Sweden; Georgia Institute of Technology , USA; Boston University, USA; International Computer Science Institute (Berkeley, USA); Leiden University (NL); SRI’Stanford Research Institute (USA); INSA di Lione, France; Università di Reading, UK; CRATOS ‘ Università Cattolica Sacro Cuore ‘ Piacenza; EPFL (Ecole Polytechinque Federale de Lausanne); UTBM - Université de Technologie Belfort-Montbéliard (France); Universiteì Paul Sabatier, Toulouse (France); Universidad Complutense Madrid, (Spain); University of Technology, Sydney (Australia); Lancaster University (UK); RMIT University, Melbourne (Australia); Kansas State University (USA); Università di Bologna; Università della Calabria; ISTC-CNR; IAMAC-CNR; Agenzia Spaziale Italiana; ALCATEL; Tecnomare di Venezia; ST di Catania; Engineering Ingegneria Informatica s.p.a.; Regione Sicilia.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Sono in fase di valutazione e preparazione varie proposte progettuali per Industria 2015, PON, POR. Altre iniziative in ambito europeo riguardano la call IDEAS; una collaborazione con Univ. Trento, Univ. Madrid, Univ. Belfort, Telefonica (Spagna) per la presentazione di un progetto in ambito EU in tema di car pooling.

Finalità

Obiettivi L'attività è focalizzata sull'obiettivo di fornire strumenti e metodologie per la definizione di agenti cognitivi autonomi per la realizzazione di servizi innovativi e intelligenti quali: sistemi software che percepiscono, comprendono, imparano, ed agiscono autonomamente, sistemi di apprendimento attraverso l'interazione con l'utente, sistemi di supporto alle decisioni, sistemi intelligenti (development tool ad agenti) per lo sviluppo di altri sistemi. In particolare gli obiettivi perseguiti da ognuno dei task sono: T1 - Ideazione e sperimentazione di architetture software basate su paradigmi cognitivi; modelli gerarchici basati

su reti neurali e reti bayesiane; T2 - Applicazioni di robotica antropomorfica, sistemi di interpretazione automatica del linguaggio, di analisi delle

espressioni facciali, di estrazione automatica di caratteristiche da dati sensoriali; T3 - Elaborazione di flussi di dati sensoriali da reti wireless per il monitoraggio di scene complesse, estrazione di

caratteristiche di alto livello da immagini e video; T4 - Studio del processo di creazione/miglioramento di metodologie di progettazione di MAS, agent-pattern,

aspetti, sviluppo di tool di supporto.


Risultati attesi nell'anno I risultati attesi nell'anno sono strettamente collegati alle attività di ricerca affrontate dalla commessa e sono i seguenti: integrazione di inferenza e reasoning nell'architettura intenzionale per l'interazione uomo-macchina; analisi dello stato dell'arte sull'integrazione di algoritmi di riconoscimento di volti, espressioni facciali e stati

emotivi umani; risultati sperimentali e prototipo per l'arricchimento automatico delle ontologie basato su LSA; definizione metodologie e tecniche per l'utilizzo di sistemi holonici nella risoluzione di problemi complessi; definizione di criteri di ottimizzazione dello sfruttamento di energia prodotta da sorgenti rinnovabili; lo studio di processi e infrastrutture di sviluppo sistemi ad agenti; definizione di metodologie di documentazione di processi e definizione di metamodelli; applicazioni di soft sensors nell'ambito dei beni culturali.

Potenziale impiego - per processi produttivi I sistemi software del futuro saranno prevalentemente ubiquitous e gran parte dei dispositivi digitali saranno dotati di una propria capacità elaborativa. La prossima generazione di aziende e-business utilizzerà in maniera sempre più intensiva e convinta la rete Internet e le sue tecnologie al fine di creare nuovi mercati dinamici basati su nuovi modelli di business, ottenendo notevoli vantaggi nella catena distributiva (business-to-business) e nelle relazioni con i clienti (business-to-consumer). Le aziende svilupperanno ed adotteranno applicazioni dinamiche ed adattive che si auto-configurano continuamente per plasmarsi all'evoluzione delle relazioni di business, combinando i recenti sviluppi nelle aree dei sistemi distribuiti, dei sistemi di workflow management, dei sistemi informativi, del knowledge management, ecc. Tali applicazioni saranno prevalentemente costituite da servizi Web che abiliteranno lo sviluppo di un modello transazionale del Web, con interazioni "intelligenti" via software sia al livello di dati che al livello applicativo. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Il framework proposto, oltre ad avere possibili ricadute sui processi produttivi e di innovazione tecnologica, risponde anche ad esigenze che emergono in vari campi applicativi e nell'utilizzo quotidiano delle tecnologie informatiche: semplicità di utilizzo di sistemi complessi ed interazioni semplificate. In tal senso, parte delle attività di ricerca sono dedicate al concepimento di prototipi che prevedano un'utenza generica e senza conoscenze approfondite delle tecnologie informatiche, ma che siano in grado di disporre e di utilizzare servizi avanzati. Si riportano esperienze positive nell'ambito della fruizione dei beni-culturali, nella didattica, nei sistemi di sicurezza, nell'ambito medicale, nel monitoraggio ambientale, nei servizi delle filiere, nel controllo e monitoraggio ambientale, l'assistenza dell'utenza debole. Moduli

Modulo: F.A.C.I.L.E. - Framework ad agenti cognitivi per la gestione e fruizione intelligente di informazioni sensoriali, conoscenze e servizi avanzati

Istituto esecutore: Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR Istituto esecutore: Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo


Analisi intelligente dei dati per la bioinformatica Dati generali

Progetto: Bioinformatica Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Sede principale svolgimento: Sede di Palermo Dip. di prevista afferenza: ICT Responsabile indicato: ALFONSO URSO Temi

Tematiche di ricerca Le tematiche affrontate nell'ambito della commessa riguardano lo sviluppo di applicazioni intelligenti su architetture distribuite ad alte prestazioni per l'analisi, la gestione e la simulazione di dati biologici e molecolari. In particolare, vengono proposti approcci basati su metodi di machine learning applicabili a problematiche riguardanti: la ricerca di pattern e motivi funzionali in sequenze genomiche, proteomiche e in strutture molecolari, il supporto al processo di identificazione di nuovi farmaci, la visualizzazione ed esplorazione di vaste collezioni di dati genomici, proteomici e molecolari. Inoltre, viene affrontato lo studio e l'analisi di metodologie per la valutazione di software per analisi di immagini di microarray e di metodologie di indicizzazione di immagini biomedicali basata sul contenuto. Infine per l'analisi di grandi quantità di informazioni eterogenee riguardanti l'ambito biomedico e bioinformatico, vengono proposte metodologie per la creazione di spazi concettuali automaticamente indotti dai dati.

Stato dell'arte Nella maggior parte delle applicazioni riguardanti l'analisi e la gestione di dati biologici, molecolari e biomedici, la velocità di acquisizione dei dati è di gran lunga superiore alla capacità di elaborarli; si è pertanto nelle condizioni di possedere più dati che ipotesi in grado di spiegarli. L'idea che il problema biologico sia maggiormente riconoscibile al crescere della risoluzione è vera solo nel caso in cui sia nota la natura dell'oggetto rappresentato. In realtà spesso ci si trova in presenza di relazioni non ancora note o non del tutto chiare e la complessità della ricerca di informazioni è aggravata dall'elevata dimensionalità dei dati. Negli ultimi anni, le tecniche di machine learning sono state impiegate in aree applicative riguardanti l'ambito biologico, bio-chimico e biomedico, in quanto tale approccio ben si adatta a domini caratterizzati da una notevole quantità di dati, da pattern affetti da rumore e da situazioni in cui la complessità dei sistemi non permette agevolmente la definizione di modelli teorici. Ad esempio, nel settore farmaceutico tali tecniche vengono utilizzate per la scoperta di nuovi composti o per evidenziare le relazioni esistenti tra essi. Azioni

Attività da svolgere Studio delle tecniche di compressione di sequenze genomiche. Studio della tecniche di rappresentazione delle

sequenze al fine di ricavare nuove tecniche di confronto. Studio delle tecniche di rappresentazione delle sequenze genomiche basate sulla teoria della informazione. Definizione e caratterizzazione statistica di misure di distanze tra sequenze genomiche.

Studio sull'applicazione di approcci di tipo probabilistico alla ricerca e analisi di moduli funzionali all'interno di Protein-Protein Interaction Networks (PPIN). Studio sull'applicazione di tecniche di machine learning per la predizione della struttura terziaria delle proteine a partire dalla conoscenza delle "contact map".

Sperimentazioni estese per la validazione del tool di simulazione di immagini di microarray: estensione dello studio ai microarray di oligonucleotidi.

Creazione di una base dati di immagini sintetiche correlate da valori noti delle grandezze biologiche rilevanti da utilizzare come benchmark per l'ottimizzazione degli strumenti di analisi di immagini e per la determinazione o lo sviluppo di metodi statistici più adeguati all'analisi dei dati. Integrazione dei dati testuali con i dati visuali estratti dalle immagini di database biomedicali

Etichettatura complessa degli spazi concettuali indotti automaticamente dai dati e realizzazione di sistemi di interrogazione in linguaggio naturale. Studio di modelli per la simulazione di comportamenti associativi/intuitivi della mente umana e di comprensione/creazione di frasi.

Definizione di test per la validazione di algoritmi di clusterizzazione di dati bioinformatici.

Punti critici e azioni da svolgere L'attività di ricerca prevista nel modulo può ulteriormente svilupparsi attraverso collaborazioni con gli altri moduli all'interno dell'Istituto e del Progetto, perseguendo azioni di scambio di conoscenze, integrazione e rafforzamento di linee tematiche strategiche di interesse comune, acquisizione di strumentazione e risorse umane che permettano di incrementare la produttività scientifica e progettuale. Infine, tra le criticità, si evidenzia che l'effettiva capacità di


produrre nuovi risultati e più complessi prototipi sperimentali è legata anche alla possibilità di avere a disposizione fondi esterni da destinare a borse, assegni di ricerca ovvero di disporre di ulteriori risorse umane e finanziare.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine L'analisi dei dati multidimensionali e di struttura complessa tipici dei sistemi biologici richiede l'applicazione di diverse competenze. Le competenze dei partecipanti alla commessa nel campo dell'intelligenza artificiale e del machine learning riguardano tecniche statistiche e neurali che possono essere adattate alla elaborazione di dati di struttura complessa. Ad esempio l'analisi della semantica latente (LSA) consente la costruzione di spazi concettuali indotti automaticamente dai dati, le reti neurali autoorganizzanti sono utili per la visualizzazione e la clusterizzazione non supervisionata di dati genomici e molecolari, le tecniche avanzate di segmentazione possono essere usate per l'elaborazione delle immagini biomediche, le metodologie di indicizzazione di immagini basate sul contenuto possono essere utilizzate per lo sviluppo di sistemi di ricerca su database di immagini biomedicali

Strumentazione Cluster di 16 nodi biprocessore ad alte prestazioni con sottosistema di storage e rete di interconnessione ad alta

velocità Myrinet, utilizzato per elaborare grossi moli di dati biologici e biomedici Cluster di 40 nodi Pentium IV.

Tecniche di indagine L'attività di ricerca è condotta secondo le metodologie standard di indagine scientifica e mira all'ottenimento di risultati di rilevanza significativa nell'ambito internazionale. Particolare attenzione è rivolta all'analisi e valutazione delle possibili ricadute applicative delle indagini portate avanti con un continuo scambio di informazioni e conoscenze con i partner industriali, accademici e istituzionali che collaborano con la commessa. In tal senso l'istituzione del "Laboratorio di informatica per i sistemi intelligenti", attraverso una convenzione stipulata con l'Università di Palermo, rappresenta un fruttuoso esempio di impiego combinato di competenze e strumentazione interne ed esterne.

Tecnologie Le tecnologie utilizzate sono funzionali allo sviluppo di applicazioni intelligenti su architetture distribuite ad alte prestazioni per l'analisi, la gestione e la simulazione dei dati riguardanti i sistemi biologici. Vengono utilizzate le tecnologie proprie dell'intelligenza artificiale e del machine learning come i sistemi multi-agente e le reti neurali. Inoltre, come strumento di supporto all'integrazione delle tecniche proposte si ricorrerà a sistemi di calcolo distribuito ad alte prestazioni basati sui paradigmi di Grid, Peer to Peer computing e Web services.

Collaborazioni (partner e committenti) Sulle attività di ricerca sono in corso collaborazioni con le seguenti istituzioni scientifiche italiane e straniere: University of Reading (UK) – Dr. Giuseppe Di Fatta; Università di Palermo: Dipartimento di Ingegneria Informatica – Prof. Salvatore Gaglio, Prof. Edoardo Ardizzone, Prof. Roberto Pirrone, Dr. Giorgio Vassallo; Università di Palermo: Dipartimento di Biotecnologie Mediche e Medicina Legale – Ing. Salvatore Vitabile; Università di Palermo: Dipartimento di Matematica e Applicazioni – Prof. Raffaele Giancarlo; Università di Palermo: Dipartimento di Igiene e Microbiologia – Dr. Giovanni Giammanco; Università di Palermo: Dipartimento di Ingegneria e Tecnologie Agro-Forestali – Dr. Maurizio Ciofalo; Azienda di Rilievo Nazionale e di Alta Specializzazione Ospedale Civico e Benfratelli G. Di Cristina e M. Ascoli, Palermo - U.O. di Radiodiagnostica e Radiologia Vascolare ed Interventistica, - U.O. di Oncologia Sperimentale.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Per l'acquisizione di ulteriori entrate si parteciperà alla proposizione di iniziative progettuali rispondenti a specifici bandi nazionali e internazionali, che richiedano lo sviluppo di tematiche di ricerca strettamente legate alle competenze presenti all'interno del modulo. In particolare, saranno formulate specifiche iniziative progettuali con riferimento a bandi comunitari (7° PQ), bandi ministeriali (PON 2007-2013, Industria 2015, FIRB, PRIN) e bandi regionali (POR Sicilia 2007-2013). In tale contesto sarà di fondamentale importanza la sinergia con le altre commesse partecipanti al progetto.


Finalità

Obiettivi Gli obiettivi che si intendono perseguire riguardano: la progettazione e la sperimentazione di algoritmi per l'elaborazione di dati genomici, proteomici e molecolari al

fine di ottenerne la semplificazione, l'identificazione e la rappresentazione di pattern e caratteristiche rilevanti; la definizione e caratterizzazione statistica di nuove misure di distanze tra sequenze genomiche; la valutazione di software per analisi di immagini prodotte da esperimenti con DNA microarray; lo sviluppo di metodologie di indicizzazione di immagini biomedicali basate sul contenuto. il miglioramento delle prestazioni dei sistemi tradizionali di information retrieval, nell'ambito biomedico e

bioinformatico, attraverso la creazione di spazi concettuali automaticamente indotti dai dati e la realizzazione di sistemi di interrogazione in linguaggio naturale;

la messa a punto e la sperimentazione di metodologie di simulazione di sistemi biologici basate su sistemi multi-agente distribuiti;

l'integrazione delle applicazioni in ambienti di sviluppo basati su moduli funzionali che consentano l'implementazione rapida e la realizzazione di test di confronto

Risultati attesi nell'anno Sviluppo di algoritmi innovativi di compressione e rappresentazione di sequenze genomiche. Studio e

implementazione di metodi di classificazione basati sulla metrica della informazione. (compressione) per sequenze genomiche. Sviluppo di un modello di caratterizzazione della misura per l'analisi comparata di algoritmi di misura di distanza tra sequenze genomiche.

Sviluppo e implementazione come servizio web di un sistema in grado di integrare gli strumenti di predizione di struttura proteica e di ricerca/analisi di moduli funzionali all'interno di Protein-Protein Interaction Networks

Proposizione di nuovi di indici di qualità dei software di analisi di microarray. Implementazione di nuove funzionalità basate sul contenuto nelle ricerche sui database di immagini biomedicali.

Sviluppo di un sistema di interrogazione in linguaggio naturale di una base di conoscenza in ambito biomedico e bioinformatico. Messa a punto di modelli che simulino le funzionalità del cervello umano con particolare riguardo alla capacità di sviluppare le attività parallele del pensiero laterale (Lateral Thinking), attività tipica dell'emisfero destro.

Messa a punto di software per test e validazione di algoritmi di clusterizzazione di dati in ambito biomedico e bioinformatico.

Potenziale impiego - per processi produttivi Le tematiche affrontate nell'ambito della commessa presentano rilevanti ricadute applicative. Ad esempio nel processo di scoperta di nuovi principi attivi di sostanze farmaceutiche assume rilevanza la fase in cui viene effettuato il cosiddetto "High Throughput Screening" dei dati rappresentati da strutture molecolari. Durante tale fase una centinaia di migliaia di potenziali strutture molecolari candidate per lo svolgimento dell'attività desiderata deve essere testata in modo automatico, allo scopo di selezionare un ristretto numero di componenti che, in seguito, saranno oggetto di analisi più approfondite. Si prevede, quindi, che a partire dall'accumulo di una rilevante quantità di dati, si proceda ad una loro interpretazione. Per tali problematiche riveste fondamentale rilevanza il ricorso ad algoritmi efficienti per l'interpretazione dei dati riguardanti le strutture molecolari da testare e le tecniche di machine learning rispondono in modo adeguato a tale esigenza. Un altro esempio riguarda la semplificazione dell'interpretazione dei dati di espressione genica prodotti da esperimenti con DNA microarray introdotta da opportune tecniche di segmentazione delle immagini. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Anche per quanto riguarda i bisogni collettivi e individuali, i risultati della commessa potranno essere di immediata applicazione. Infatti i miglioramenti dei processi produttivi e di diagnosi descritti in precedenza hanno una immediata ricaduta in termini di riduzione dei tempi e dei costi del processo di sviluppo di nuovi farmaci, di ausilio alla comprensione delle patologie e alla prescrizione di cure più adeguate. Inoltre le attività potranno avere ulteriori ricadute in termini di formazione di figure di alta professionalità che vengono sempre più richieste dal settore biomedico e bioinformatico. Moduli

Modulo: Analisi intelligente dei dati per la bioinformatica Istituto esecutore: Istituto di calcolo e reti ad alte prestazioni Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo


Progettare la qualità dell'e-learning Dati generali

Progetto: Qualità e identità nei sistemi educativi e nella ricerca Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per le tecnologie didattiche Sede principale svolgimento: Sede di Palermo Dip. di prevista afferenza: Identità Culturale Responsabile indicato: MARIO ALLEGRA Temi

Tematiche di ricerca Le attività della commessa sono focalizzate sulle seguenti tematiche di ricerca: Analisi della qualità nei processi di insegnamento/apprendimento basati su ICT. Progettazione, sviluppo e sperimentazione di metodologie/tecnologie di supporto a processi di insegnamento e

apprendimento a distanza e per la gestione della conoscenza in rete, anche attraverso dispositivi mobili. Processi di apprendimento collaborativi e comunità di pratica. Open Educational Resources, Learning Objects 2.0. Tecnologie e metodologie per il Lifelong Learning. Analisi e studio delle strategie di apprendimento della c.d. Net Generation.

Stato dell'arte I riferimenti principali sono le iniziative promosse dall' Unione Europea sull' apprendimento continuo (2007-2013) finalizzate alla promozione dello sviluppo di contenuti, servizi, sistemi, soluzioni pedagogiche e prassi a carattere innovativo basati sulle ICT; in particolare il VII Programma Quadro tra le tematiche di ricerca propone "Knowledge, cognitive and learning systems", "ICT for content", "creativity and personal development". Il rapporto 2007 dell'OCSE intitolato: "Giving Knowledge for Free: The Emergence of Open Educational Resources" evidenzia l'importanza delle "risorse didattiche aperte" per il mondo della scuola e della formazione. Lo stesso rapporto OCSE evidenzia tuttavia come il rapido aumento del numero delle scuole e delle università, in Europa e nel mondo, che hanno iniziato a condividere risorse didattiche digitali "aperte" attraverso la rete Internet, non sia stato adeguatamente supportato a livello politico-istituzionale, rischiando di vanificare le potenzialità delle risorse didattiche aperte. Le attività di ricerca previste nell'ambito delle OER costituiscono ad oggi uno dei pochi esempi in Europa in grado di competere con le istituzioni americane. Azioni

Attività da svolgere Le attività connesse al progetto TeNEGEN: "Connect the TEachers to reach and Teach the NEt GENeration" finanziato dalla Commissione Europea nell'ambito del programma LifeLong Learning, avviate nell'ottobre 2008, esploreranno i problemi connessi al rinnovamento della didattica in funzione delle mutate esigenze di apprendimento della c.d. "generation Y" o "net generation". Tali studi si baseranno sui risultati già conseguiti negli anni passati, ed in particolare sui risultati del progetto SLOOP: "Sharing Learning Objects in an Open Perspective", finanziato dalla Comm.EU, e sugli studi che sono seguiti a tale progetto. Centrale al progetto Sloop è stata la realizzazione, da parte di una comunità di docenti, di materiali didattici innovativi basati sul modello dei Learning Objects aperti e riusabili. Nei mesi seguenti la conclusione del progetto, tale approccio è stato generalizzato al concetto di Open Educational Resources (OER). Nel 2009, le attività in questo settore mireranno ad approfondire tematiche connesse all'uso e alla realizzazione collaborativa di OER. Accanto ad aspetti pedagogici e metodologici, le attività si concentreranno anche sulle criticità connesse al mondo delle OER, e che spesso non trovano un adeguato riscontro nel mondo della scuola e dell'università: la sostenibilità economica del settore, e la gestione dei diritti d'autore delle risorse prodotte e riusate in maniera collaborativa. Altro ambito di ricerca che verrà sviluppato riguarda la progettaz di Personal Learning Environment (PLE), ambienti di apprendimento personali che integrano strumenti del c.d. Web2.0, in cui ogni utente ha la possibilità di personalizzare gli strumenti di studio, di selezionare diversi contenuti, e di accedere alle proprie reti sociali a cui normalmente partecipa. Tale attività di ricerca verrà svolta in parte nell'ambito del progetto Tenegen, specialmente per quanto attende alle esigenze della net generation, in parte continuando la collaborazione con il partenariato dell'ERT "Conditions of productive learning in networked learning environments", già finanziato dalla C.E. nell'ambito della Rete Kaleidoscope, e con cui prosegue la collaborazione scientifica. Supportare le competenze di lettura e comprensione è diventato un obiettivo prioritario a livello europeo. Il 44% degli studenti europei possiede competenze di base nella lettura che consentono una comprensione superficiale del contenuto. Occorre stimolare tali competenze sperimentando nuovi approcci metodologici e tecnologici a sostegno di


una modalità di lettura critica che consenta un apprendimento approfondito dei contenuti. In questa direzione si prevede di presentare un progetto europeo (LLP) per la creazione e la sperimentazione di un nuovo ambiente sociale di apprendimento sul web, che stimoli l'applicazione di strategie e abilità di lettura e comprensione del testo. In particolare, le tematiche di ricerca su cui verterà il progetto riguardano: le abilità metacognitive, le interazioni sociali a supporto del processo di lettura e comprensione, la didattica della comprensione, la progettazione e sviluppo di dispositivi metacognitivi. Progetto Mathemiamo: si prevede di continuare l'attività di ricerca per migliorare, alla luce delle sperimentazioni

effettuate, la definizione di percorsi per supportare i bambini nella comprensione del testo matematico attraverso l'implementazione di nuove funzionalità del software Mathemiamo. Si prevede inoltre il coinvolgimento di partner interessati a collaborare per il miglioramento e l'internalizzazione del sistema.

Progetto MOTILL: Progetto di ricerca finanziato dalla Comunità Europea nell'ambito del LLP(Lifelong Learning Programme-KA1, prevede la definizione di linee guida sull'utilizzo delle tecnologie mobili nel Lifelong learning. L'ITD è partner capofila del progetto a cui collaboreranno, come partner, per la realizzazione degli obiettivi della ricerca (definizione di linee guida e produzione di report scientifici) l'Open University(UK), Il Trinity College(IE) e la Corvinus University of Budapest. Le attività inizieranno l'1 Marzo 2009.

Progetto Gym2Learn: Si continuerà l'analisi dei dati raccolti durante le sperimentazioni per valutare ulteriori effetti che il sistema ha prodotto sulla capacità di auto-regolare il processo di comprensione attraverso l'analisi delle strategie applicate dagli studenti durante la comprensione del testo on-line.

Progetto MoULe: Si procederà all'analisi della notevole mole di dati raccolti durante le sperimentazioni svolte nel 2007-2008 al fine di pubblicare i risultati scientifici della ricerca.

Esplorare nuove opportunità di ricerca e sviluppo in ambito educativo offerte dai display interattivi e dalle nuove superfici multi-touch (interactive walls and tables, multi-touch device) che rendono l'interazione con le informazioni più naturale e offrono meccanismi di comunicazione tra dispositivi tali da aprire nuovi orizzonti applicativi per l'apprendimento.

Punti critici e azioni da svolgere Aspetto critico centrale a molte delle attività che si svolgono nell'ambito della commessa riguarda la ricezione da parte dei c.d. policy makers dei risultati di ricerca conseguiti dall'Istituto. Accade spesso, infatti, che le ricerche nel settore delle Tecnologie Didattiche non trovino un riscontro a livello normativo, cosicché le riforme che interessano il mondo della scuola o dell'universitài non considerano i risultati ottenuti. Ad esempio, le politiche italiane nel settore del Lifelong Learning (l'apprendimento lungo l'arco della vita), oggetto del progetto Motill finanziato dalla Commissione Europea, risultano estremamente carenti anche rispetto altri paesi europei (si veda, ad esempio, la situazione in Gran Bretagna); o ancora i settori del mobile learning e, più in generale, dell'e-learning, che nella scuola italiana continuano ad avere ancora un ruolo marginale, spesso legato a progetti delle singole scuole, e che non riescono quindi ad avere quell'impatto a livello di sistema che sarebbe necessario per modernizzare la didattica, passando attraverso la riqualificazione dei docenti. Soffre di problemi analoghi lo stesso progetto Tenegen, i cui risultati, seppure diffusi in Italia, rischiano di essere recepiti dalle singole scuole e non dal sistema nella sua interezza. Al fine di ovviare a tali problemi, l'Istituto coinvolgerà i policy makers in seminari e incontri finalizzati a far conoscere i propri risultati di ricerca, e far emergere la loro importanza nei vari settori affrontati nei progetti. Ad esempio, il progetto Motill finanziato dalla Commissione Europea, il cui avvio é fissato il 1 marzo 2009, prevede già il coinvolgimento dei policy makers durante le attività progettuali. Un discorso a se merita il problema dell'adozione delle Open Educational Resource. Sebbene vi siano indirizzi politici importanti a livello internazionale, l'idea che i docenti possano collaborare per la realizzazione di risorse educative personalizzabili, e quindi adattabili al contesto in cui operano, trova non pochi ostacoli, specialmente in Italia. Accanto a problemi riguardanti la certificazione dei contenuti prodotti, che sarà argomento di ricerca nel corso del 2009, particolari preoccupazioni emergono dalla sostenibilità economica delle iniziative di Open Educational Resource e dalla legislazione in materia di diritto d'autore che limita enormemente la diffusione di un modello che ha prestigiosi sostenitori, tra cui l'OCSE e alcuni organismi dell'ONU. Un aggiornamento di tale normativa, con particolare riguardo alle risorse educative, appare sempre più pressante e fondamentale per sviluppare un settore in cui, altrimenti, l'Italia rischia di rimanere estremamente arretrata. Prova ne sia il fatto che nessuna istituzione accademica italiana aderisce all'Open Courseware Consortium. Per quanto riguarda la realizzazione di alcuni progetti che prevedono lo sviluppo di prototipi, come ad esempio la realizzazione di un Personal Learning Environment o il progetto Mathemiamo, fattore critico è la disponibilità di risorse umane che possano essere allocate allo sviluppo dei prototipi o all'implementazione di nuovi moduli dei sistemi già esistenti. Anche in risposta a tali esigenze, si prevede di elaborare proposte per rispondere a bandi nazionali e internazionali che possano consentire di creare sinergie con partner italiani e stranieri e ottenere fondi che possano portare


all'attivazione di contratti per nuovo personale. Si tratta tuttavia di azioni che, anche nel caso di proposte già in stato avanzato di preparazione (ad esempio, il progetto inerente il supporto dei processi di lettura e comprensione di un testo), prevedono il coinvolgimento di partner europei, la stesura del progetto e la presentazione alla commissione europea in occasione dei bandi, e subordinati all' approvazione delle proposte presentate. Ne consegue che gli eventuali progetti approvati si avvierebbero non prima della fine dell'anno, rischiando di perdere del tempo prezioso nelle ricerche connesse alle proposte.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine I ricercatori e i collaboratori coinvolti nei progetti della commessa, hanno competenze informatiche e psico-pedagogiche, in quanto centrali per il raggiungimento degli obiettivi previsti. Infatti le competenze di carattere tecnico-informatico sono centrali per la realizzazione dei prototipi e dei sistemi basati su ICT; tali competenze devono essere relative non solo alle capacità operative legate allo sviluppo di sistemi informatici, ma anche alla progettazione di sistemi informatici complessi. Tale progettazione non può prescindere dalle competenze psico-pedagogiche che sono alla base delle metodologie didattiche che i sistemi implementano.

Strumentazione Vengono utilizzati diversi server di rete e piattaforme software per lo sviluppo di nuovi ambienti per l'apprendimento in rete e per la gestione di piattaforme di e-learning. Tra gli strumenti utilizzati vi sono: Ambienti di sviluppo (Eclipse, Visual Studio, JBossIDE, Macromedia Flash), Application Server (JBoss, Tomcat, Apache & PHP), Database (Mysql, Postgresql), Motore di ricerca FAST, Dispositivi mobili (PDA, Ricevitori GPS), Piattaforme e-learning (Moodle) , Content Repository (Alfresco).


Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) I progetti della commessa sono finanziati dall'Unione Europea, dalla Regione Siciliana e dal MIUR. I principali partner sono: Università di Palermo (Dipartimento di Informatica, Facoltà di Scienze); Università di Pisa (Dipartimento di Informatica); Università di Milano(Dipartimento di Informatica); METID - Metodi e Tecnologie Innovative per la Didattica - Politecnico di Milano; Intesa Interistituzionale per l'ammodernamento della P.A.; Rete di Eccellenza Europea "Kaleidoskope"; Aalborg University, Denmark; E-learning Lab/Faculty of Humanities, Dep. of Communication; University of Birmingham, U.K., Centre for Educational Technology and Distance; ICAR-CNR; IAMC-C.N.R di Mazara del Vallo; ITSOS "M. Curie", Cernusco sul Naviglio (MI); DEIS ' Department of Education Development - CorkInstitute of Technology, Ireland ; University "Dunarea de Jos ' Galati, Romania; Fondazione RUI (Milano); Techsystem S.p.A. di Palermo.The Open University (UK), Trinity College of Dublin e Corvinus University of Budapest.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate È in fase di definizione un accordo di programma con la Prefettura di Agrigento e il comune di Canicattì per la progettazione e sviluppo di strumenti per l'analisi automatizzata di archivi digitali per la produzione e gestione di nuova conoscenza. Inoltre si prevede di partecipare alle call dei programmi europei relativi alle metodologie e tecnologie di supporto all'apprendimento nei diversi contesti applicativi (scuola, università, imprese. Un'altra iniziativa in atto per l'acquisizione di ulteriori entrate riguarda l'attivazione di collaborazioni a livello nazionale ed internazionale al fine di elaborare una proposta di ricerca, per l'apprendimento permanente degli utenti disabili. Infatti, è in atto la costituzione di un partenariato per la partecipazione alle call relative il Lifelong Learning Programme e/o altri programmi europei, dando continuità alle attività di ricerca, nonché sfruttando i risultati ottenuti dai progetti, connessi a tali tematiche e portati avanti in istituto negli ultimi anni. A livello nazionale, di particolare interesse per l'acquisizione di nuovi finanziamenti saranno il PON ricerca 2007-2013 e la programmazione 2007-2013 della regione Sicilia, di imminente pubblicazione.


Finalità

Obiettivi Gli obiettivi generali della commessa, che si ritrovano nei progetti attivi, riguardano la definizione di nuove metodologie didattiche attraverso l'utilizzo e/o la realizzazione di prototipi di supporto a docenti e discenti nei processi di insegnamento e apprendimento. In particolare si vogliono definire e sviluppare metodi e strumenti volti a migliorare la qualità nei processi di eLearning. A tal fine verranno progettate e sviluppate nuove architetture di servizi eLearning, e attivata la loro sperimentazione con scuole e università, come previsto nei progetti attivi afferenti alla commessa. Molto importante per la commessa è il collegamento con altre istituzioni di ricerca a livello internazionale e con scuole, università, P.A. e imprese del territorio siciliano, che avviene attraverso la partecipazione a progetti europei,nazionali e regionali.

Risultati attesi nell'anno Nell'ambito del progetto Tenegen, si procederà all'integrazione della piattaforma FreeLOms, realizzata nel corso del progetto SLOOP, con altri strumenti per l'e-learning, al fine di produrre un ambiente integrato pedagogicamente valido, che sia in grado di supportare la riqualificazione dei docenti coinvolti nel progetto, consentendo loro un'efficace gestione dei processi didattici e comunicativi rispondenti alle esigenze della c.d. net generation. Si progetterà una piattaforma Personal Learning Environment che consente l'attivazione di percorsi di apprendimento personalizzati. La piattaforma integrerà meccanismi e strumenti del c.d. web 2.0, strumenti per la gestione di social network, e meccanismi per la gestione e produzione di Open Educational Resources. Dal punto di vista tecnologico, si analizzeranno tecnologie del mondo dell'Oper Source. Propedeutici alla progettazione di tale piattaforma saranno i risultati delle ricerche che si condurranno relativamente all'uso pedagogico delle OER, alle strategie per la loro integrazione nelle organizzazioni scolastiche, ai modelli di sostenibilità e alla gestione dei diritti di autore. Nell'ambito del progetto MOTILL si procederà alla realizzazione di un portale per la diffusione e condivisione dei risultati del progetto e dove verranno rese disponibili alla comunità scientifica delle linee guida sull'utilizzo delle tecnologie mobili per l'apprendimento permanente. Inoltre, il portale sarà integrato con una base di dati, consultabile on-line, per la raccolta e catalogazione delle risorse scientifiche connesse agli obbiettivi del progetto. Infine, verrà progettata e utilizzata, tra i partner del progetto, una piattaforma, basata su tecnologie web 2.0, per la condivisione, collaborazione e pubblicazione di risorse scientifiche connesse alla ricerca. Relativamente alle attività di ricerche connesse al Mobile Learning, portate avanti con il progetto MoULe, pur concentrandosi sull'analisi, condivisione e pubblicazione dei risultati scientifici frutto delle sperimentazioni effettuate nei precedenti anni, si prevede la progettazione e prototipizzazione del sistema sui dispositivi multi-touch di nuova generazione al fine di valutare le notevoli potenzialità in ambito didattico del connubio fra i nuovi device e le tecnologie software di mobile learning sviluppate presso l'istituto. Specificatamente al social networking, argomento trasversale a diversi progetti di ricerca realizzati in seno alla commessa, si svilupperanno metodologie per l'analisi e lo studio di reti sociali. Per il progetto Gym2Learn si prevede l'aggiornamento del software alla versione di firefox 3.0. Per il progetto Mathemiamo si prevede l'implementazione di nuove funzionalità del sistema per rendere più agevole l'utilizzo da parte degli studenti e per consentire ai docenti di creare nuovi percorsi di apprendimento personalizzati per specifici alunni e difficoltà. I ricercatori della commessa prevedono di mantenere e incrementare le collaborazioni nazionali ed internazionali. I risultati di tutti i progetti della commessa saranno presentati a conferenze internazionali e pubblicati su riviste scientifiche.

Potenziale impiego - per processi produttivi Le competenze sviluppate nell'ambito della commessa e gli ambienti software realizzati hanno un notevole interesse per i processi produttivi; a testimonianza di questo interesse, vi sono le collaborazioni e i finanziamenti ottenuti negli ultimi anni da parte di imprese che operano nel settore delle ICT. In particolare, alcuni degli ambienti software che si intende progettare e sviluppare possono avere un interesse anche commerciale, soprattutto per quanto riguarda le applicazioni basate su tecnologie mobili. Infatti si trovano nei programmi europei riferimenti ad ambienti in grado di supportare la mobilità dell'individuo che apprende in contesti e momenti diversi. Infine, le risorse digitali costituiscono un importante settore per il mercato dell'editoria elettronica. La definizione di modelli che possano migliorare tali risorse non può che avere importantissime ripercussioni a livello di mercato,


contribuendo infatti al superamento dei limiti attualmente esperiti dai fruitori delle risorse digitali concepite secondo gli attuali modelli. - per risposte a bisogni individuali e collettivi I risultati previsti nell'ambito della commessa, sono rivolti ai bisogni individuali dei docenti/formatori che decidono di sfruttare la potenzialità della tecnologie informatiche per attività di e-learning; in particolare si vuole dare loro la possibilità di utilizzare nuovi strumenti per: condividere risorse didattiche; realizzare efficaci processi di apprendimento basati sulla navigazione in rete Internet; supportare l'insegnante nelle attività finalizzate allo sviluppo e al recupero di abilità implicate nella soluzione di problemi. Alcune applicazioni che si prevede di sviluppare hanno inoltre un possibile impiego come strumenti di supporto alle attività lavorative e di studio per persone con disabilità della vista. Il settore della didattica sta cercando, ormai da diversi anni, soluzioni che consentano ai docenti di accedere a risorse didattiche digitali pedagogicamente valide, che non hanno ancora trovato risposte valide nel mercato. Le attività di ricerca proposte nell'ambito dell'OER possono contribuire alla soluzione di tale problema promuovendo modelli che consentano la realizzazione di LO pedagogicamente validi da parte del settore editoriale. Moduli

Modulo: Progettare la qualità dell'e-learning Istituto esecutore: Istituto per le tecnologie didattiche Luogo di svolgimento attività: Sede di Palermo



Provincia di Catania



Tecniche agroforestali per l'uso sostenibile del territorio rurale Dati generali

Progetto: Sviluppo rurale e territorio Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per i sistemi agricoli e forestali del mediterraneo Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Agroalimentare Responsabile indicato: VALERIA CAVALLARO Temi

Tematiche di ricerca Conservazione e valorizzazione del germoplasma di specie diverse; valorizzazione di colture erbacee tradizionali e non con riconosciuto valore agronomico nel ripristino degli agroecosistemi degradati; miglioramento della efficienza di uso degli elementi minerali e dell'acqua anche attraverso l'utilizzo di microrganismi utili; la micropropagazione per la rapida moltiplicazione e per il risanamento del materiale di propagazione, studio delle caratteristiche della germinazione in risposta a stress abiotici, analisi dal punto di vista agronomico ed agrotecnico di un ventaglio di colture e varietà compatibili con i cambiamenti climatici in atto nell'area mediterranea sull' orizzonte temporale dei prossimi 30 anni.

Stato dell'arte Il sistema agricolo convenzionale prevalente nei paesi più sviluppati ha comportato incrementi consistenti nella produttività e un miglioramento nel tenore di vita delle popolazioni. Tuttavia sono pesanti le influenze di questo sistema agricolo sull'ambiente (perdita di fertilità del terreno, inquinamento delle acque di falda, depauperamento delle risorse idriche, diffusione di patogeni resistenti ad uno o più antiparassitari, riduzione della diversità genetica per il ricorso a poche varietà omogenee). Gli impatti ambientali negativi dei sistemi agricoli inoltre sono sempre più evidenti per l'opinione pubblica conscia dei rischi per la salute legati al passaggio di sostanze tossiche o nocive agli alimenti. Occorre un ulteriore sforzo della ricerca al fine di comprendere le complesse interazioni tra i fattori naturali e non della produzione e pervenire a un sistema agricolo sostenibile, capace cioè mantenere la produttività anche per le generazioni future, di conservare le risorse ma allo stesso tempo di essere commercialmente competitivo ed ecologicamente compatibile. Azioni

Attività da svolgere Studi sul comportamento biologico, fisiologico, produttivo e qualitativo del pomodoro da industria in risposta a ridotti apporti irrigui ed alla somministrazione di compost. Studio del comportamento biologico e produttivo di genotipi di pomodoro da serbo in condizioni di deficit idrico del terreno. Studio delle relazioni tra contentuto idrico del terreno e indici fisiologici nei genotipi di pomodoro da serbo in collezione. Miglioramento della tecnica di micropropagazione mediante l' adozione di nuove tecniche (sistemi a immersione temporanea-RITA) in Arundo donax e valutazione in ambiente protetto e in pieno campo delle piantine micropropagate. Prosieguo della valutazione del comportamento biologico e produttivo di varietà micropropagate di carciofo. Studio degli effetti dell'impiego di micorrize sull'efficienza di uso di elementi minerali e acque di bassa qualità. Studio sugli effetti del potenziale idrico sulla germinazione di genotipi di sorgo aridoresistenti e non, in condizioni termiche subottimali. Studi sul comportamento germinativo in condizioni termiche e idriche subottimali in varietà di Brassica carinata di recente costituzione.

Punti critici e azioni da svolgere Si segnala l'entrata in quiescenza di un'unità di personale tecnico, l'obsolescenza di alcune apparecchiature, la scarsità di fondi istituzionali che impedisce il proseguo di alcune promettenti attività di ricerca. Si sottolinea inoltre la necessità dell'assunzione di una unità di personale a tempo determinato che contribuisca alle prove sui microrganismi e sulla micropropagazione, dati l'intensificarsi dell'attività di ricerca sulla propagazione di colture da biomassa e l'estensione dell'attività di micropropagazione a nuove specie promettenti.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine " Determinazione delle caratteristiche dei suoli e della qualità di prodotti vegetali mediante strumentazioni di laboratorio. Messa a punto di tecniche agronomiche per la riduzione degli input colturali e la salvaguardia degli aspetti produttivi e qualitativi. Messa a punto di tecniche di micropropagazione in specie diverse per la rapida propagazione di materiale di propagazione sano. Sviluppo di metodologie per il miglioramento delle caratteristiche germinative dei semi di specie diverse. Uso di metodologie per la caratterizzazione quali-quantitativa e tecnologica del germoplasma di specie diverse."


Strumentazione "Osmometro crioscopico Osmomat, psicrometro a termocoppie, TDR, estrattore di solventi Velp scientifica, spettrofotometro portatile Hach DR/2010,pHmetro, ionometro con elettrodi di riferimento per i nitrati, penetrometro, consistometro Bostwick, rifrattometro, muffola, n.2 stufe essiccatrici Falk, sistema High Pressure Liquid Chromatography (HPLC), centrifuga refrigerata ALC 4236, sistemi IRGA per la misura degli scambi gassosi (LiCor 6200 e EGM4 PP system) autoporometro LiCor 1600, rotavapor Buchi, bagnetto a ultrasuoni, gas cromatografo 8000 top-CE instruments, spettrofotometro Perkin Helmer, autoporometro, termometro all'infrarosso, SPAD-502, fluorimetro portatile, sistema Buchi per analisi dell'azoto mediante metodo Kjeldhal, microscopio e stereomicroscopio Olympus, germinatoio a 4 scomparti, cappa a flusso laminare; camera di crescita; bomba calorimetrica di Mahler. "

Tecniche di indagine " Determinazione del contenuto di composti nutraceutici (licopene, b-carotene, ecc.) mediante Sistema High Pressure Liquid Chromatography (HPLC) in prodotti agroalimentari diversi. - Metodologie per la misura degli scambi gassosi del suolo e della canopy in colture erbacee e loro relazioni con fattori ambientali (temperatura, umidità, CO2), genetici e colturali mediante sistema IRGA (LiCor 6200 ed EGM4 PPsystem) sia in condizioni controllate (camera di crescita) che di pieno campo. - Induzione di condizioni di stress salino, idrico (mediante diverse concentrazioni di polietilene glicole-PEG o di di NaCl misurate attraverso osmometro crioscopico) e termico per lo studio della capacità germinativa di specie diverse in condizioni di stress abiotico. Moltiplicazione in vitro di piante di specie diverse per l'ottenimento di elevate quantità di plantule sane. Determinazione del potere calorifero di biomasse di diversa natura attraverso bomba calorimetrica."

Tecnologie "Risanamento e rapida moltiplicazione di cultivar selezionate di carciofo mediante micropropagazione.Messa a punto di sistemi di propagazione in vitro per la rapida moltiplicazione di specie per le quali si prevede una rapida espansione delle superfici. Miglioramento delle caratteristiche germinative dei semi in condizioni subottimali mediante tecniche di osmopriming. "

Collaborazioni (partner e committenti) DACPA- Sez. di Scienze agronomiche Università degli studi di Catania per le ricerche sulla potenzialità produttiva in ambiente caldo arido di colture diverse da biomassa per energia. Advanced Agroindustries Technology SPA per il progetto dal titolo:" Produzione di materiale vegetale virus esente per la valorizzazione della cinaricoltura siciliana" . La proposta progettuale prevede la produzione di materiale vegetale virus esente attraverso la tecnica della micropropagazione e la produzione su larga scala di piantine di carciofo prodotte attraverso sia la micropropagazione che la propagazione fuori suolo dei carducci. Inoltre l'isolamento, la selezione e la produzione di ceppi di micorrize, con lo scopo di impiegarle come biofertilizzanti alle piante di carciofo prodotte, permetterà di superare l'ostacolo dell'ambientamento in campo migliorando le caratteristiche qualitative del materiale vegetale prodotto e riducendo i costi di coltivazione.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate È stata presentata una proposta di progetto nell'ambito del bando MIPAF 'bioenergiè per possibili finanziamenti per il triennio 2009-2011 a sostegno di una ricerca su 'Ottimizzazione delle filiere bioenergetiche esistenti per una sostenibilità economica e ambientalè, coordinata dal Dipartimento di Scienze e Tecnologie Agroambientali di Bologna. È stata presentata anche una proposta di progetto nell'ambito 'agricoltura biologicà del MIPAF per un possibile finanziamento per il triennio 2009-2010 a sostegno di una ricerca su 'Ecotipi di pomodoro da serbo da destinare alla coltivazione in regime biologico: recupero, caratterizzazione e valorizzazionè. Sempre nell'ambito dello stesso progetto è stata presentata una seconda proposta dal titolò Valutazione dell'impiego di micorizze in agricoltura biologica in relazione al miglioramento dell'efficienza d'uso dei principali elementi nutritivì

Finalità

Obiettivi Conservazione e valorizzazione del germoplasma di specie mediterranee diverse. • Messa a punto di tecniche innovative per la propagazione e il risanamento di materiale di propagazione. •Riduzione degli input colturali mediante anche l'utilizzo di microrganismi utili .

Risultati attesi nell'anno "Determinazione della variabilità genotipica nel comportamento fisiologico del pomodoro da serbo. Individuazione di caratteri di interesse agronomico nella selezione di genotipi di pomodoro da serbo. Miglioramento della efficienza di uso di elementi minerali e di acque di bassa qualità, in ambiente confinato attraverso anche l'utilizzo di micorrize. Ottimizzazione della tecnica di mipropagazione di Arundo donax. Determinazione delle caratteristiche biologiche e produttive, in ambiente protetto e in pieno campo, di piantine di Arundo donax micropropagate. . Selezione di


genotipi di sorgo zuccherino capaci di germinare in condizioni di spinto stress idrico e salino a temperature sub e supraottimali. Individuazione di genotipi di Brassica carinata in grado di germinare in condizione di stress idrico e/o salino. Valutazione della risposta biologica, fisiologica, produttiva e qualitativa di pomodoro da industria alla riduzione dell'apporto irriguo ed alla fertilizzazione con compost. "

Potenziale impiego - per processi produttivi Nel settore vivaistico: miglioramento della qualità delle piantine prodotte mediante il risanamento di varietà di pregio di carciofo. Rapida propagazione di cloni di specie diverse (da biomassa e ortive) per le quali si prevede una rapida estensione delle superfici. - per risposte a bisogni individuali e collettivi "L'aumentata disponibilità di risorse agroalimentari e il crescente benessere economico ha comportato, nei paesi più avanzati dell'Europa, il soddisfacimento delle esigenze alimentari di base e il passaggio ad un'agricoltura alla quale viene sempre più richiesto l'innalzamento qualitativo della produzione e una sempre maggiore riduzione dell'impatto ambientale. La qualità dei prodotti agroalimentari inoltre costituisce, lo strumento essenziale per la valorizzazione ed il raggiungimento di elevati livelli di competitività sul mercato globale. Un esemplificazione di ciò, è la valorizzazione delle produzioni mediterranee per le quali un progressivo apprezzamento è derivato dal riconosciuto valore di alcune caratteristiche di qualità di particolare significato dal punto di vista nutrizionale e salutistico tra cui in particolare il significativo contenuto di sostanze antiossidanti." Moduli

Modulo: Tecniche agroforestali per l'uso sostenibile del territorio rurale Istituto esecutore: Istituto per i sistemi agricoli e forestali del mediterraneo Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR Istituto esecutore: Istituto per i sistemi agricoli e forestali del mediterraneo Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania


Basi molecolari della fibrillogenesi di proteine e peptidi amiloidi:studi per la diagnosi e la terapia Dati generali

Progetto: Progettazione di nuove molecole con specifiche proprietà biochimiche Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di biostrutture e bioimmagini Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Progettazione Molecolare Responsabile indicato: GIUSEPPE PAPPALARDO Temi

Tematiche di ricerca Negli ultimi anni è stato dimostrato che l'insorgere di molte malattie può essere correlato ad alterazioni nella conformazione di specifiche proteine. Tale fenomeno può determinare direttamente la malattia, come nel caso delle malattie da prioni o nel morbo di Alzheimer, oppure contribuire al peggioramento del quadro clinico come nel caso dell'amilina che appare essere coinvolta nel diabete di tipo 2. La presente proposta di ricerca si inserisce principalmente nel contesto delle Neuroscienze e si propone di indagare sugli aspetti molecolari associati con il "mis-folding" di proteine responsabili di malattie neurodegenerative e di individuare peculiari fenomeni patologici indotti da ioni metallici. La conoscenza dettagliata dei fenomeni associati ad ogni stadio molecolare caratterizzante il processo di "mis-folding" proteico è un ulteriore obiettivo da perseguire per la realizzazione di nuovi agenti terapeutici mirati al trattamento specifico di queste patologie. In questa direzione sono anche riconducibili gli studi computazionali per l'identificazione di possibili siti di interazione con opportune molecole organiche quali ad esempio le tetracicline.

Stato dell'arte La comunità scientifica è sempre più impegnata nella ricerca di nuovi strumenti terapeutici volti a contrastare i fenomeni molecolari che stanno alla base di molte patologie riconducilbili a disordini della conformazione di proteine (PCD). La complessa etiopatologia che caratterizza questo tipo di condizioni patologiche richiede anche un approccio scientifico innovativo prevalentemente rivolto alla comprensione delle interazioni molecolari esistenti fra i vari distretti cellulari e le proteine responsabili delle malattie, nonché dell'influenza di tale "microambiente" sulla loro stabilità conformazionale ed invecchiamento. Se da una parte, esistono documentate conoscenze relativamente agli aspetti genetici e clinici di molte malattie associate con le PCD, dall'altra poco si conosce, a livello molecolare, circa le caratteristiche strutturali delle specie chimiche coinvolte nei primi eventi del processo di alterazione conformazionale e come queste entità molecolari si relazionano con il distretto biologico in cui si ritrovano. Azioni

Attività da svolgere L'attività di ricerca proseguirà in accordo con il programma stabilito e verterà sullo studio delle problematiche inerenti ai processi molecolari associati al fenomeno delle patologie conformazionali ed in particolare a quelli correlati con l'invecchiamento e la neurodegenerazione. In tale contesto si proseguirà nell'analisi sistematica dell'interazione rame dominio N-terminale della proteina prione con particolare riguardo alla determinazione delle specie complesse multinucleari che si formano a pH fisiologici. Saranno altresì studiati i complessi con lo ione zinco al fine di valuare l'affinità della proteina prione per questo metallo. Poichè è noto che a livello biologico la coordinazione del rame nella regione delle sequenze ottaripetitiva promuove l'internalizzazione dell'intera proteina, saranno studiate le interazioni peptide membrana sia in presenza che in assenza di ioni metallici quali rame e/o zinco. L'attività di ricerca prevede inoltre di studiare anche l'affinità del peptide beta amiloide per le membrane biologiche. In particolare studi condotti in presenza di ioni metallici forniranno dati circa la possibilità che il beta amiloide possa subire variazioni conformazionali in presenza di ioni metallici, che possono dar luogo alla formazione di pori pregiudicando l'integrità e la funzione della membrana. Verranno quindi condotte indagini DSC, CD e di fluorescenza su membrane artificiali per verificare il ruolo dei metalli nell'interazione dell'Abeta con le membrane anche in presenza di agenti ossidanti. Seguendo il percorso ormai tracciato che consiste nell'individuazione di tutti i siti di legami con il rame all'interno del dominio N-terminale della proteina prione. Saranno studiati i complessi multinucleari formati dal beta amiloide con lo ione Zinco. Si prevede inoltre di sintetizzare analoghi fluorescenti del beta amiloide e di studiare la degradazione enzimatica dello stesso sia in presenza che in assenza di metalli nonchè di membrane artificiali. In relazione al progetto amilina saranno condotti studi su nuovi bioconiugati solubili nonchè su peptidi analoghi legati a sistemi fluorescenti per studi FRET. Accanto a questi studi saranno condotti esperimenti di NMR allo stato solido utilizzando peptidi con opportuni residui amminoacidici marcati(15N e 13C). Si proseguiranno inoltre gli studi


indirizzati alla progettazione e sintesi di molecole in grado di inibire i primi eventi del processo di aggregazione e quindi svolgere un attività neuroprotettiva. Tali molecole potrebbero anche potenzialemente essere utilizzate per uno specifico e sensibile il test per la rilevazione di aggregati amiloidi nei primi stadi di polimerizzazione.

Punti critici e azioni da svolgere Le maggiori difficoltà nel portare avanti le azioni previste sono da attribuire principalmente alla inerente scarsa solubilità delle molecole studiate che rende spesso difficoltosa la messa a punto di modelli sperimentali riproducibili. Per ovviare a queste difficoltà sono stati messi a punto dei protocolli di monomerizzazione che permettono di ottenere una migliore riproducibilità sperimentale, potendo stabilire un punto di partenza certo comune a tutti gli esperimenti eseguiti. Inoltre bisogna puntualizzare che accanto agli studi condotti sui sistemi "wild-type", in questa commessa sono stati messi a punto modelli sperimentali generalmente basati su sistemi peptidici semplificati nonchè opportuni bioconiugati. Tutto ciò ha contribuito all'individuazione degli steps critici che caratterizzano il processo di aggregazione e auspicabilmente faciliterà l'identificazione di potenziali punti di intervento per lo sviluppo di una strategia farmacologica mirata. Le attività rimangono sempre finalizzate alla progettazione di nuove molecole in grado di interagire selettivamente con sistemi fibrillogenici nonchè per la progettazione e sintesi di sistemi molecolari in grado di riconoscere sistemi aggregati da impiegare per la diagnosi precoce di queste patologie. I punti critici negativi sono da individuare nella scarsezza delle infrastrutture, del personale e delle risorse finanziarie. Questi aspetti sebbene i ricercatori afferenti a questa commessa hanno dimostrato una notevole capacità di attirare risorse,dovrebbero essere risolte dall'amministrazione centrale.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Il gruppo di ricerca afferente alla presente commessa è formato da ricercatori che operano nei diversi campi della chimica, della biologia, della medicina e della farmacologia conferendo al team di ricerca una valenza multidisciplinare. In particolare presso la struttura CNR esistono consolidate esperienze nel campo della sintesi peptidica, della loro caratterizzazione chimico fisica e nel delivery sito specifico di derivati ciclodestrinici coniugati con composti di interesse biologico e farmaceutico nonché nella caratterizzazione termodinamica di complessi di ioni metallici. Sono anche presenti competenze relative all'utilizzo di tecniche automatizzate di screening di composti bioattivi e di modellistica molecolare per la ricostruzione di modelli computazionali di proteine e loro complessi.

Strumentazione Piccole-medie (valore 10,000-50,000 euro): Spettrofotometro UV/VIS HP 8452; Cromatografo Liquido HP1050; Cromatografo Varian prepstar mod. SD-1; Cromatografo liquido Waters 1525; Analizzatore Voltammetrico BAS CV-50W. Grandi (valore > 50,000 euro): Sintetizzatore automatico di peptidi. Milligen-9050; Sintetizzatore di peptidi Pioneer- Applied Biosystem; Sistema a Microonde "Liberty" per sintesi peptidica in fase solida; Spettropolarimetro Jasco mod. J-600; Spettropolarimetro Jasco mod. J-810; NMR Varian INOVA 500 MHz; Spettrometro EPR Bruker Elexsys E500 CW-EPR; Spettrofluorimetro Fluorolog 3 Horiba Jobin Yvonne; Spettrofotometro Cary 500; microcalorimetro isotermo a titolazione CSC, microcalorimetro a scansione differenziale WP-DSC microcal, Spettrometro ESI-MS ThermoFinnigan LxQ; Sistema LC-MS ThermoFinnigan LCQ Deca XP; Microscopio confocale Olympus IX81; Sistemi per analisi SPR (Biacore 300); sistema integrato per saggi di screening automatizzati (HTS).

Tecniche di indagine L'approccio sperimentale comunemente utilizzato prevede l'utilizzo di svariate tecniche di indagine sia termodinamiche che spettroscopiche. In particolare le tecnologie più comunemente utilizzate consistono nell'analisi potenziometrica e calorimetrica (DSC ed ITC) di sistemi metallo-peptidi e/o metallo-proteina in aggiunta all'utilizzo di tecniche spettroscopiche quali la spettroscopia CD, UV-Vis, NMR, EPR, fluorescenza, ESI-MS e di imaging molecolare come la SPR e la microscopia confocale. Attraverso l'utilizzo di queste metodologie si procede verso la definizione dei processi che regolano le interazioni esistenti tra i vari compartimenti biologici, (intra-cellulari, extra-cellulari, membranosi) e le proteine coinvolte nelle patologie neurodegenerative. Gli studi computazionali tra le proteine bersaglio e molecole che interferiscono con il processo di alterazione conformazionale permettono l'identificazione di regioni proteiche strutturalmente instabili come ipotetico sito attacco per la definizione di una strategia farmacologica.

Tecnologie Le attività di ricerca connessa alle tematiche di ricerca non prevedono, almeno nel breve termine, sviluppo di tecnologie.


Collaborazioni (partner e committenti) Esistono consolidate collaborazioni con Università nazionali ed internazionali nonché con realtà industriali presenti nel territorio. Consorzi interuniversitari: Consorzio Interuniversitario di Ricerca in Chimica dei Metalli nei Sistemi Biologici (CIRCMSB) Consorzio Catania Ricerche. Istituto Nazionale di Biostrutture e Biosistemi. Collaborazioni con gruppi di ricerca nelle seguenti Università: University of Debrecen, Debrecen, Hungary (Progetto bilaterale CNR-MTA) Department of Psychiatry-Harvard Medical School, Boston USA: (Progetto bilaterale FIRB internazionale) Department of Neurology, CESI-Center for Excellence on Aging, University 'G. d'Annunziò, Chieti, Italy; Aix en Provance, Marsiglia III, (Francia); University of Leiden, (Olanda); Department of Chemistry, University of Goeteborg(Svezia); Piemonte Orientale "A. Avogadro" Alessandria; Università della Calabria, Arcavacata di Rende (Cs); Università di Napoli "Federico II"; Università di Bologna; Messina, Trieste. Collaborazioni con Istituti di Ricerca: Istituto Mario Negri, Milano IRCSS Neuromed di Venafro (Isernia). Collaborazioni con unità di ricerca di imprese: Whyeth Lederle Spa (Laboratorio pubblico-privato- art 12 del D.M. 593/2000-lab.10) Forth Dodge Animal Health Division of Whyeth Spa.,Catania (Progetto Ricerca applicata D.Lgs. n° 297/1999.) Contratto conto terzi con Meridionale Impianti Spa durata 2006-2007. ST Microelectronics, Catania Bausch & Lomb, Catania.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Sono stati presentati progetti FIRB nell'ambito dell'accordo MIUR-CNR per il programma MERIT, nonchè richieste di finanziamento nell'ambito dei progetti PRIN. E stata inoltre promossa dal laboratorio pubblico privato Wyeth-CNRIBB una iniziativa per la creazione di una piattaforma tecnologica per il discovery di farmaci multifunzionali e tool per l'imaging nelle neuroscienze e nell'oncologia. Tale proposta è stata presentata nell'ambito dei programmi POR-PON 2007-2013.

Finalità

Obiettivi Possono essere così elencati: 1)Effetto del microambiente nel processo di formazione di aggregati amiloidi: determinazione in vitro degli effetti generati dalla variazione dell'ambiente chimico (pH, ioni metallici, interazioni idrofobiche, sistemi membranosi, stress ossidativo) sul processo di fibrillogenesi e sull'attività citotossica degli aggregati. Definizione delle condizioni ambientali critiche che si possono generare nei vari distretti biologici e che preludono all'aggregazione delle catene polipeptidiche. 2)Progettazione, sintesi e veicolazione sito-specifica di nuovi bioconiugati ad attività antifibrillogenica: ottenimento di nuove molecole in grado di interagire specificamente con le proteine coinvolte nei processi di "misfolding" per l'impostazione di una strategia farmacologica mirata. 3)Interazioni non-covalenti per la diagnostica e la terapia: utilizzo di complessi supramolecolari in grado di riconoscere selettivamente aggregati proteici derivati dal "misfolding". Le proprietà di auto-aggregazione e la scarsa tossicità dei derivati porfirinici (già testati in letteratura come agenti terapeutici anti-TSE) possono essere favorevolmente sfruttate per questo obiettivo.

Risultati attesi nell'anno Attraverso un approccio multidisciplinare ci si aspetta di contribuire all'avanzamento delle conoscenze sui processi molecolari e biologici che inducono il "misfolding" proteico con particolare riferimento agli eventi patologici che caratterizzano la malattia di Alzheimer, le malattie da prione e l'amiloidosi associata con il diabete di tipo 2. La determinazione delle relazioni esistenti tra misfolding proteico assistito da metalli e tossicità cellulare, in aggiunta alla caratterizzazione e quantificazione delle specie molecolari (oligomeri, etc. ) responsabili del danno cellulare, contribuiranno alla validazione delle attuali ipotesi sui meccanismi patogenetici che caratterizzano queste patologie. Ci si aspetta inoltre di ottenere molecole in grado di esplicare la loro attività in situ in relazione alla loro capacità di competere con i leganti amiloidogenici per la complessazione del rame e dello zinco nello stesso tempo funzionare da scavenger di ROS e di RNS entro il sistema nervoso centrale favorendo l'attività degradativa di specifiche proteasi e quindi la clearance di forme aggregate tossiche. Un ulteriore aspettativa riguarda la possibilità di disporre di una classe di composti in grado di ripristinare l'omeostasi dello zinco e del rame intracellulare controllando anche il livello di questi ioni a livello extracellulare. Verrà inoltre studiata la capacità dei complessi di agire da ionofori e di


attivare l'attività metalloproteasica nei confronti del beta amiloide. Attraverso questo approccio sperimentale sarà anche possibile mettere a punto nuove molecole in grado di inibire i primissimi stadi del processo di aggregazione, annullando di fatto la possibilità di formazione di quelle specie oligomeriche responsabili degli effetti dannosi sulle cellule neuronali.

Potenziale impiego - per processi produttivi Non si possono prevedere immediate ricadute nell'ambito di processi produttivi. Tuttavia è opportuno sottolineare in questa sede, come alcuni studi condotti nell'ambito delle attività di questa commessa, sono stati considerati propedeutici per applicazioni in settori della chimica dei materiali quali quello dei nanocristalli e delle superfici funzionalizzate con prevedibili ricadute nel campo della biosensoristica. - per risposte a bisogni individuali e collettivi L'attività di ricerca in questo settore contribuisce allo sviluppo di nuovi strumenti terapeutici per contrastare vere e proprie malattie sociali che drenano significative risorse economiche alla società. Inoltre sono chiare le potenziali ricadute nell'ambito della diagnostica molecolare e della terapia farmacologica. Moduli

Modulo: Studio degli effetti di ioni metallici e membrane sulle proprietà conformazionali di sistemi amiloidogenici.

Istituto esecutore: Istituto di biostrutture e bioimmagini Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania

Modulo: Caratterizzazione di complessi metallici formati da proteine coinvolte in patologie correlate al disordine conformazionale proteico.

Istituto esecutore: Istituto di chimica biomolecolare Luogo di svolgimento attività: Sede di Sassari

Modulo: Modelli molecolari per lo studio di malattie conformazionali Istituto esecutore: Istituto di biostrutture e bioimmagini Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Sviluppo e caratterizzazione di materiali polimerici biocompatibili e/o biodegradabili di origine sintetica e naturale Dati generali

Progetto: Sistemi polimerici nanostrutturati, multicomponente e membrane per applicazioni funzionali e strutturali

Tipologia di ricerca: Progetti di sviluppo competenze Istituto esecutore: Istituto di chimica e tecnologia dei polimeri Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Progettazione Molecolare Responsabile indicato: CONCETTO PUGLISI Temi

Tematiche di ricerca Le attività di ricerca che saranno sviluppate nel corso del triennio 2009-2011 seguiranno essenzialmente le seguenti tematiche: 1. Sviluppo e caratterizzazione di materiali polimerici multicomponente biocompatibili e/o biodegradabili a base di poliesteri, poliammidi e/o policarbonati, sintetizzati mediante processi di miscelazione reattiva allo stato fuso, per applicazioni tecnologiche avanzate. 2. Sintesi di nanomateriali ibridi organici/inorganici a base di macrocicli (porfirine e/o ftalocianine) e/o fullereni idrosolubili, capaci di interagire con numerose molecole (sia in soluzione che allo stato solido) modificando specifici parametri (lo spettro di assorbimento UV-Visibile, fluorescenza, etc.). 3. Caratterizzazione strutturale di sistemi polimerici complessi mediante metodologie avanzate di spettrometria di massa MALDI-TOF. 4. Preparazione e caratterizzazione di membrane a matrice mista organica-inorganica, per innesto del polimero sulla matrice inorganica (zeolite o silice). 5.Preparazione di nuovi copolimeri per combinazione di polimeri di policondensazione con quelli di poliaddizione (PS, PMMA), opportunamente preparati e funzionalizzati.

Stato dell'arte Le attività della commessa si inseriscono in un contesto scientifico volto a valorizzare la ecosostenibilità dei processi di produzione dei materiali polimerici. Lo scenario di riferimento è quello dei materiali innovativi, sia di origine sintetica che provenienti da fonti rinnovabili, ottenuti mediante svariati processi di produzione come, ad esempio, la miscelazione reattiva allo stato fuso. In tal senso, presso l'ICTP di Catania, è stato effettuato uno studio di base volto alla comprensione dei meccanismi coinvolti nei processi di miscelazione allo stato fuso di poliesteri, policarbonati e poliammidi; i metodi d'indagine strutturale utilizzati (spettrometria di massa ed NMR) hanno permesso di sviluppare delle competenze uniche, utili alla progettazione di nuovi materiali ingegnerizzati. L'attività di ricerca è stata anche indirizzata alla progettazione, sintesi e caratterizzazione di porfirine di natura non ionica recanti, in posizioni periferiche, catene polimeriche idrosolubili e biocompatibili, in grado di interagire con numerose molecole (protidi, basi nucleiche, etc.); tali composti possono trovare applicazione nel campo dei "sensori molecolari".


Azioni

Attività da svolgere Saranno studiate le proprietà meccaniche e, soprattutto,di barriera ai gas (vapor d'acqua, CO2, O2) dei copolimeri

PET-MXD6, PC- MXD6, Ny6-MXD6, Ny66-MXD6. Saranno sintetizzati polimetilmetacrilati (PMMA) e polistireni (PS) con specifici gruppi terminali (-NH2, -

COOH, -OH, e alogeni) mediante polimerizzazione radicalica vivente a trasferimento di atomi (ATRP). Questi polimeri saranno fatti reagire con policarbonato (PC), poliesteri (PET, PBT) e poliammidi (Ny6; Ny66; MXD6; etc.) nelle opportune condizioni per ottenere copolimeri a blocchi a composizione nota e con lunghezza dei blocchi nota e definita. I polimeri di policondensazione (policarbonati, poliesteri, poliammidi) saranno opportunamente funzionalizzati per favorire la reazione ed il legame chimico con i poliaddizionati (PMMA e PS) in presenza di opportuni agenti leganti (di-ossazoline, di acilcloruri, etc).

Saranno preparate membrane miste organiche/inorganiche per innesto dei PES sulle superfici della componente inorganica (silice o zeolite) funzionalizzata.

Saranno studiati copolimeri statistici metilmetacrilato-esilmetacrilato (PMMA-PExMA) a diversa composizione. Saranno utilizzate le porfirine elettronricche sintetizzate in precedenza per preparare nuovi sensori di tipo

organico/inorganico, sia ancorando chimicamente i cromofori su superfici di quarzo che inserendoli in opportuni copolimeri successivamente stratificati, sotto forma di films sottili, su superfici di vetro o di plastica (PMMA, PS, etc.).

Verranno sintetizzati composti modello a basso peso molecolare o copolimeri contenenti porfirine elettronricche e derivati fullerenici per studiare le loro interazioni in previsione di un loro potenziale utilizzo nell'ambito della fotoelettronica.

Punti critici e azioni da svolgere Le proprietà meccaniche e, soprattutto,di barriera ai gas (vapor d'acqua, CO2, O2) dei copolimeri PET-MXD6,

PC- MXD6, Ny6-MXD6, Ny66-MXD6, dipendono dalla loro natura (blocchi, segmentati, statistici, aggraffati) e dalla composizione delle unità co-monomeriche. Ad oggi sono state ottimizzate le condizioni di processing per il sistema PET-MXD6 per ottenere copolimeri a struttura e composizione nota e riproducibile. Gli studi proseguiranno per gli altri sistemi per determinare le condizioni che portano a superare i fattori critici che determinano le loro proprietà meccaniche e soprattutto di permeabilità e barriera ai gas.

Per la preparazione delle matrici miste organico-inorganico un fattore critico è determinato dalla funzionalizzazione delle superfici di silice o zeoliti con opportuni agenti (silani, esteri) aventi delle unità capaci di dare legami chimici con i PES aventi gruppi reattivi in catena o come terminali di catena. Altro elemento critico è dato sia dalle condizioni di reazione tra la componente inorganica funzionalizzata ed il polimero e sia dalla percentuale polimero/(componente inorganico). Attualmente sono in fase di studio ed ottimizzazione dei parametri che portano alla preparazione delle membrane in oggetto.

Un fattore critico per la preparazione di copolimeri a blocchi misti del tipo policondensazione-poliaddizione (PC-PMMA; PC-PS; Ny6-PMMA; Ny6-PS; PET-PMMA, PET-PS; etc) è dato dalla preparazione dei pre-polimeri con una stretta distribuzione delle catene macromolecolari e con gruppi terminali capaci di reagire direttamente con i terminali reattivi dell'altro pre-polimero con un agente legante capace di reagire selettivamente con i prepolimeri.

Il punto critico per la preparazione dei sensori risiede nella sintesi delle porfirine elettronricche mediante sostituzione di gruppi alogeni presenti nell'anello con gruppi alcossidici. Si tratta di una reazione molto lenta che porta a una miscela di prodotti la cui purificazione è particolarmente laboriosa.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Sintesi, modifica chimica e funzionalizzazione di polimeri. Funzionalizzazione e modifica chimica di ftalocianine, porfirine e fullereni. Preaparazione di copolimeri a blocchi mediante reazione di prepolimeri di policondensazione o di poliaddizione

opportunamente preparati e funzionalizzati con gruppi terminali reattivi. Biodegradazione, degradazione termica, termo-ossidativa e foto-ossidativa di polimeri. Caratterizzazione di materiali polimerici complessi mediante tecniche avanzate di spettrometria di massa

MALDI-TOF. Funzionalizzazione delle superfici delle zeoliti e della silice con agenti silanizzanti o esteri aventi gruppi reattivi

capaci di reagire con tecno-polimeri per la preparazione di membrane a matrice mista organica-inorganica


Strumentazione Termobilancia Calorimetria Differenziale a Scansione Cromatografia ad esclusione sterica (GPC) Cromatografia Liquida Preparativa (LC, HPLC) Dinamometro Spettrometro di massa MALDI/TOF Spettrometro di massa MALDI/TOF/TOF Spettrometro di massa ESI/TOF Spettrometro NMR Permeabilimetro Estrusore Bivite Miscelatore Brabender Spettrofotometro FT-IR Spettrofotometro UV-Vis Rivelatore Multiangolo Laser Scattering (MALLS)

Tecniche di indagine Lavorazione di polimeri mediante miscelatore Brabender ed estrusore bivite da laboratorio. Caratterizzazione molecolare mediante Spettrometria di Massa, LC/MS, NMR, FT-IR Analisi termica mediante DSC, TGA Caratterizzazione delle masse molari mediante GPC e MALLS. Misure di permeabilità ai gas e vapor d'acqua. Determinazione delle proprietà meccaniche e dinamico-meccaniche. Determinazione dei processi di degradazione di materiali polimerici mediante tecniche avanzate di spettrometria

di massa.

Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) Committenti: - Regione Sicilia:, 1) Progetto"Innovazione e Tecnologie per il miglioramento della sostenibilità agroindustriale, della sicurezza e della qualità alimentare". 2) Progetto "Tecnologie sensoristiche e sistemi automatici intelligenti per l'innalzamento competitivo delle attività produttive". 3) Ancione Spa "Riciclo di materiali polimerici post consumo". Collaborazioni: 1.CNR - Istituto di Microelettronica e Microsistemi (Catania). 2.CNR - Istituto per i Processi Chimico-Fisici (Messina). 3.CNR - Istituto per lo Studio delle Macromolecole (Milano, Genova). 4.CNR - Istituto per la Sintesi Organica e la Fotoreattività (Bologna). 5.Università di Bologna, Dipartimento di Chimica. 6.Università di Genova, Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale. 7.Università di Catania, Dipartimento di Scienze Chimiche. 8.Università di Catania, Facoltà di Ingegneria. 9.Università di Brescia, Dipartimento di Chimica e Fisica per l'Ingegneria e per i Materiali. 10.Università di Siena, Dipartimento di Scienze e Tecnologie Chimiche e dei Biosistemi. 11.Università di Palermo, Dipartimento di Ingegneria Chimica. 12.Polymer Institute, Slovak Academy of Sciences, Bratislava, Slovacchia. 13.Research Laboratory for Inorganic Chemistry, Hungarian Academy of Science, Budapest, Ungheria. 14.Centre of Molecular and Macromolecular Science, Institute of Polymer Chemistry, - Polish Academy of Science, Polonia. 15.Royal Insitute of Technology, Stoccolma, Svezia. 16.Max Planck Institute, Mainz, Germania.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate


Finalità

Obiettivi Gli obiettivi di questo progetto sono: Preparazione di copolimeri a base di poliesteri, poliammidi e policarbonati mediante miscelazione reattiva allo

stato fuso. Saranno utilizzati sia polimeri commerciali che materiali polimerici sintetizzati da prodotti a basso peso molecolare provenienti da fonti rinnovabili per l'impiego nell’imballaggio alimentare o nel settore biomedicale.

Studio dei Processi di degradazione termica, di biodegradazione e di invecchiamento accelerato di polimeri. Studio e Preparazione di Materiali polimerici nano-strutturati contenenti porfirine, fullereni o ftalocianine

biocompatibili utilizzabili nel campo della sensoristica molecolare; l'attività è rivolta alla funzionalizzazione di derivati porfirinici inserendo nella zona periferica della molecola specifici sostituenti che, interagendo con particolari molecole (amminoacidi, proteine, etc.) si comportano come sensori molecolari.

Sintesi e caratterizzazione di polieterisolfoni con specifici gruppi funzionali, in catena o come terminali, capaci di reagire con i gruppi funzionali (-OH, -NH2, o -Cl) presenti sulla superficie di cariche inorganiche (zeolite o silice) opportunamente funzionalizzate.

Risultati attesi nell'anno Nel corso del 2009 prevediamo di ottenere: Alcune membrane a matrice mista silice-PES e le proprietà membrana e si selettività ad alcuni gas. I copolimeri a blocchi e statistici PET-MXD6 e Ny6-MXD6, e le loro proprietà termiche e barriera ai gas. I copolimeri a di-blocco ed a tri-bloccco PC-PMMA; PC-PS, PET-PMMA e PET-PS a diversa composizione e

lunghezza dei blocchi. Copolimeri a basso peso molecolare contenenti porfirine elettronricche e derivati fullerenici e quindi nuovi

sensori di tipo organico/inorganico, sia ancorando chimicamente i cromofori su superfici di quarzo che inserendoli in opportuni copolimeri successivamente stratificati, sotto forma di films sottili, su superfici di vetro o di plastica (PMMA, PS, etc.).

Potenziale impiego - per processi produttivi Processi per la produzione di materiali multicomponenti con proprietà mirate a base di poliesteri, poliammidi,

policarbonati e poliaddizionati (PS, PMMA). Sistemi nanostrutturati organici/inorganici per l'utilizzo nel campo della sensoristica molecolare. Materiali per la stabilizzazione dei polimeri rispetto all'invecchiamento ambientale. Sviluppo di competenze per la progettazione di nuovi materiali. Sviluppo di competenze per la determinazione dei processi di degradazione e di stabilizzazione dei materiali

polimerici. Sviluppo di nuove membrane a matrice mista organico-inorganico (polimero-silice, polimero-zeolite) legati

chimicamente, da utilizzare nel campo di separazione e purificazione di fluidi liquidi e gassosi. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Materiali polimerici biodegradabili con proprietà mirate per una migliore qualità della vita. Sensori molecolari per la sicurezza in campo alimentare ed ambientale. Materiali polimerici per l'impiego nel packaging alimentare e nel settore bio-medicale. Nuove membrane a matrice polimerica da utilizzare nel campo di separazione e purificazione di fluidi liquidi e

gassosi. Moduli

Modulo: Sviluppo e caratterizzazione di materiali polimerici biocompatibili e/o biodegradabili di origine sintetica e naturale

Istituto esecutore: Istituto di chimica e tecnologia dei polimeri Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania

Modulo: Costituenda Area comune ICTP - ICB - ISN di Via Gaifami 9 e 18 -CATANIA



Glicomica e Proteomica per la ricerca di biomarcatori per la diagnosi e la terapia di patologie congenite, tumorali e infiammatorie. Dati generali

Progetto: Tecnologie abilitanti nel drug discovery Tipologia di ricerca: Progetti di sviluppo competenze Istituto esecutore: Istituto di chimica e tecnologia dei polimeri Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Progettazione Molecolare Responsabile indicato: DOMENICO GAROZZO Temi

Tematiche di ricerca Le modificazioni della glicosilazione possono risultare nello sviluppo di marcatori di stati patologici in malattie di rilevanza sociale quali i tumori e le malattie autoimmunitarie e in specifiche malattie genetiche. Nell'ottica della individuazione di biomarcatori per la diagnosi precoce e per il monitoraggio della risposta alla terapia delle suddette malattie, la presente commessa è finalizzata allo sviluppo di tecnologie chimiche per lo studio in stati fisiologici e patologici della glicosilazione di specifiche proteine nonché alla definizione del profilo degli N-glicani e degli O-glicani sierici in toto nelle suddette condizioni . L'analisi glicomica è strumento per la individuazione e caratterizzazione di un numero crescente di malattie genetiche multisistemiche afferenti ai disordini congeniti della glicosilazione. Sono state messe a punto metodiche di analisi glicomica tramite spettrometria che hanno consentito la scoperta di anomalie della glicosilazione utili per la diagnosi, la comprensione della patogenesi e per il monitoraggio del trattamento in specifiche condizioni patologiche.

Stato dell'arte L'analisi del glicoma umano si basa sulla caratterizzazione dei glicani, strutture oligosaccaridiche che nella glicosilazione realizzano la forma basilare di modificazione postraslazionale delle proteine. La valutazione del glicoma del siero umano ha come obiettivo principale il possibile riconoscimento di profili specifici in condizioni fisiologiche e di possibili modificazioni della glicosilazione associati allo stato di malattia in particolare in patologie congenite, infiammatorie e tumorali. L'applicazione della spettrometria di massa allo studio delle modificazioni della glicosilazione nella patologia umana, è stata fondamentale per la definizione di un gruppo di malattie note come CDG (Congenital Disorders of Glycosylation) dovute a difetti primari della glicosilazione. Alterazioni secondarie della glicosilazione ricorrono in specifiche malattie del metabolismo quali la galattosemia e l'intolleranza ereditaria al fruttosio. Abbiamo dimostrato che la galattosemia non trattata, induce l'ipoglicosilazione della transferrina sierica e nello stesso tempo anomalie di processing delle glicoforme ad essa relative (Sturiale et al. Glycobiology 2005). Azioni

Attività da svolgere Sviluppo di metodiche per lo studio glicoproteomico del liquido cefalorachidiano (CSF): l'obiettivo è quello di

valutare possibili modificazioni dello stato di glicosilazione nel corso di malattie neuroinfiammatorie e neurodegenerative. Tale procedura ci consentirà di ottenere il profilo globale (mapping) dei glicani legati alle glicoproteine liquorali. Si prevede pertanto di mettere a punto una metodica per il rilascio e la purificazione degli N- e/o degli O-glicani delle glicoproteine presenti nel CSF. Brevemente, la procedura prevede la denaturazione delle proteine liquorali seguita da un passaggio di deglicosilazione (chimica o enzimatica), ed il successivo isolamento e purificazione, tramite estrazione in fase solida, dei glicani ottenuti. La fase successiva prevederà l'ottimizzazione dell'analisi MALDI per lo studio dei glicani liquorali (selezione di parametri strumentali, matrici e tecniche di preparazione del campione).

Individuazione nel CSF di biomarcatori glicoproteici il cui stato di glicosilazione possa essere messo in relazione con una determinata patologia neurologica.

Analisi del digerito triptico del CSF tramite micro-HPLC e analisi con spettrometria di massa MALDI. Analisi del proteoma lacrimale nel modello animale della sindrome dell'occhio secco.


Punti critici e azioni da svolgere L'analisi proteomica/glicoproteomica di un fluido biologico quale il CSF è resa difficoltosa dalla concentrazione estremamente bassa di proteine candiate ad essere biomarcatori di disordini del sistema nervoso centrale, rispetto ad altre, come albumina o immunoglobuline, presenti in quantità molto più elevate. L'isolamento di queste specie di interesse dovrà quindi basarsi ancora una volta sulla "miniaturizzazione" di tutti i protocolli sperimentali utilizzati e sull'impiego di tecniche spettroscopiche ad alta sensibilità, come la spettrometria di massa MALDI ed ESI, che possono arrivare ad individuare specie presenti, anche in miscele complesse, in quantità dell'ordine di grandezza delle fentomoli. Il fluido cerebrospinale inoltre è noto per essere una matrice biologica estremamente labile a causa dell'elevata presenza di proteasi, quindi le procedure di campionamento e di conservazione dei campioni devono essere effettuati in maniera opportuna. Lo studio delle glicoproteine e dei glicani tramite spettrometria MALDI deve inoltre confrontarsi con problematiche relative al fatto che utilizzando certe matrici e certe intensità di laser, i gruppi labili quali acido sialico, glucosamina (GlcN) ed N-acetilglucosamina , possono andare incontro a frammentazione. Questi fenomeni possono causare un'ipervalutazione di forme sottosialilate e/o sottoglicosilate. Pertanto verranno utilizzate metodiche di derivatizzazione per migliorare la stabilità dei residui di acido sialico. Verrà impiegata la metodica di permetilazione (Ciucunu and Kerek,1984) con alcune modificazioni da noi adottate che ne migliorano l'efficienza.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Consolidata esperienza nella caratterizzazione tramite spettrometria di massa di biopolimeri (MALDI-TOF, MALDI TOF/TOF, LC/ESI). Analisi e identificazione di proteine e peptidi mediante l'utilizzo di microcolonne e applicazione di LC/MS. Utilizzo di di nano-HPLC RPC per la separazione, la purificazione e lo studio dei peptidi. Sono utilizzate competenze di tipo chimico, biochimico, medico, informatico e sono previste collaborazioni per competenze in ambito biologico, matematico, genetico-molecolare. È stata eseguita la caratterizzazioni di campioni di siero di pazienti con CDG e disordini correlati, provenienti da centri Italiani ed esteri. Questo a testimonianza del fatto che le infrastrutture analitiche e le competenze sono di primissimo livello ma dimensionate per piccoli gruppi di ricerca. Opportuni investimenti in termini di dotazione ordinaria e di personale strutturato, permetterebbe di sostenere il salto di qualità verso la realizzazione di un centro integrato di spettrometria di massa finalizzato alla proteomica e alla glicomica di livello internazionale.

Strumentazione Grandi (valore > 50.000 euro) MALDI TOF DE MALDI TOF DE STR MALDI TOF-TOF ESI TOF ESI Q-TOF NANO HPLC Micro HPLC Raccoglitore robotizzato di nano frazioni NMR 250 Mhz Piccole (valore 10.000-50.000) IEF Ultracentrifuga "Speed vac"® centrifuga HPLC SEC (size exclusion chromatography)


Tecniche di indagine Studio delle modificazioni proteiche postraslazionali, tramite analisi glicomica con spettrometria di massa: in particolare vengono eseguiti: 1) lo studio dello stato di glicosilazione delle proteine native intatte (definizione del numero e dell’occupazione dei siti di glicosilazione) tramite IEF del siero con immunofissazione, spettrometria di massa MALDI-TOF, MALDI-TOF/TOF ed ESI. 2) analisi degli N-glicani ottenuti da glicoproteine del siero o dal plasma in toto mediante MALDI-TOF e MALDI-TOF/TOF. 3) Analisi e identificazione di proteine e peptidi mediante l'utilizzo di microcolonne e applicazione di LC/MS. Utilizzo di di nano-HPLC RPC per la separazione, la purificazione e lo studio dei peptidi. 4) caratterizzazione di proteine da Gel mono o bidimensionale mediante Peptide Mass Fingerprint (PMF) e/o mediante Tecniche di MS/MS. 5) Proteomica quantitativa mediante ITRAC® o ICAT® per la rivelazione di biomarcatori sovra o sottoespressi.

Tecnologie Spettrometria; cromatografia; elettroforesi; proteomica; glicomica.

Collaborazioni (partner e committenti) Università di Napoli, Università di Catania, Università di Messina, Università di Trieste, Università della Calabria, Università di Avellino. Catholic University of Leuven, Belgium; CCRC University of Georgia, Athens USA; Mayo Clinic, MN USA. Hôpital Bichat, Paris; University of Nijmegen, University of Zürich, Institute of Child Health, London. Euroglycanet: CA 6th Framework Program contract number LSHM-CT2005-512131 Consortium for Functional Glycomics (CFG)

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Collaborazioni con industrie farmaceutiche per analisi proteoma lacrimale Prin 2008:Caratterizzazione glicoproteomica comparativa di fluidi lacrimali Firb "Futuro in Ricerca"

Finalità

Obiettivi Sviluppo di tecnologie per l'analisi proteomica e glicomica di singole glicoproteine e dei glicani totali in fluidi biologici e "in vitro". 1) Individuazione e validazione di profili di glicani caratteristici di condizioni fisiologiche (invecchiamento) e di stati patologici e loro possibile modificazione nel corso di specifiche terapie farmacologiche. L'approccio glicomico alla individuazione di biomarcatori tumorali comprende lo studio degli oligosaccaridi O-linked (O-glicani) ottenuti da proteine tumorali glicosilate, secrete da linee cellulari tumorali oppure ottenute da modelli animali, come fasi preliminari allo studio di questi stessi profili nei pazienti. 2) Individuazione e caratterizzazione di nuove malattie dovute a difetti congeniti della glicosilazione, patologie multisistemiche disabilitanti dovute a difetti della glicosilazione. 3) Proteoma del fluido lacrimale quale base preliminare per la individuazione di biomarkers specifici di malattie quali il dry-eye, sindrome di Sijogren o blefariti.

Risultati attesi nell'anno Implementazione delle possibilità di caratterizzare difetti della struttura di N- e di O-glicani attraverso l'analisi dei

permetilati. Caratterizzazione dei profili di glicani liquorali in soggetti controllo: valutazione possibili modificazioni per fasce

di età e per sesso. Inizio valutazioni glicani liquorali in studio caso-controllo. Caratterizzazione del proteoma lacrimale nel modello animale della sindrome dell'occhio secco.

Potenziale impiego - per processi produttivi Tale ricerca è base preliminare per lo sviluppo di metodi di potenziale applicazione in campo bio-medico ed in campo produttivo in particolare del drug-discovery. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Tale ricerca è base preliminare per la scoperta di nuovi biomarcatori non invasivi, con possibile valore diagnostico e prognostico e di monitoraggio nel corso di specifiche terapie farmacologiche. Alterazioni della glicosilazione influenzano la crescita, la differenziazione, e l'immuno-sorveglianza dei tumori. Il fenotipo tumorale è caratterizzato dalla riduzione o dalla sovraespressione di strutture di glicani presenti nelle cellule normali, oppure per la comparsa di glicani atipici che si osservano durante lo sviluppo embrionale. La


caratterizzazione di questi glicotipi tumorali è stata affrontata con l'uso di tecniche di binding con lectine o con l'impiego di anticorpi monoclonali in situ, come parte di analisi istologica di biopsia chirurgica. Negli ultimi anni, il settore è oggetto di interesse della spettrometria di massa che presenta il vantaggio di potere analizzare minime quantità di campione con elevato potere di risoluzione; lo sviluppo di biomarcatori di patologia tumorale attraverso l'analisi glicomica del siero rappresenta un target primario per lo sviluppo di metodiche non invasive di diagnosi precoce e di monitoraggio della terapia. Moduli

Modulo: Glicomica e Proteomica per la ricerca di biomarcatori per la diagnosi e la terapia di patologie congenite, tumorali e infiammatorie.



Studi molecolari e valorizzazione di risorse per il settore biomedico Dati generali

Progetto: Progettazione di nuove molecole con specifiche proprietà biochimiche Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di chimica biomolecolare Sede principale svolgimento: Sede di Catania (Valverde) Dip. di prevista afferenza: Progettazione Molecolare Responsabile indicato: GIOVANNI NICOLOSI Temi

Tematiche di ricerca In considerazione dei livelli di conoscenza raggiunti, la chimica oggi gioca un ruolo fondamentale nella scoperta di molecole capaci di migliorare la qualità della vita. Questo ruolo, in sinergia con quello di altre discipline, è particolarmente importante nel settore delle molecole biologicamente attive, che da un lato danno un diretto effetto positivo sulla salute umana, dall'altro offrono proprio nell'ambito chimico l'opportunità di attività produttive ad alto valore aggiunto (C&EN 2004, 24, 47-62; Kyung-Dall Lee, Molecular Pharmaceutics, 1, 173). L'attività di ricerca che viene svolta nell'ambito della commessa può trovare riscontro nelle prime tre Azioni di ricerca, a natura prettamente farmaceutica-biomedicale, previste dal Programma Nazionale della Ricerca, e nella tematica "Salute" contemplata dal 7PQ dell'Unione. Tre argomenti verranno trattati in modo specifico: a)Sintesi di molecole multifunzionalizzate ad attività antitumorale, b) Design e studio di molecole capaci di espletare riconoscimento molecolare per applicazioni biomediche, c)Definizione di metaboloma di piante a scopo applicativo.

Stato dell'arte L'attività che si prevede di svolgere, inserita in tre moduli, ha le sue basi/motivazioni su dati preliminari in parte da noi prodotti: a)Si dispone di una serie di dati, molto promettenti, sull'azione modulante di inositoli fosforilati verso la proliferazione di cellule tumorali. Si pone la necessità di una robusta azione di lead generation. b)Sono stati da noi sintetizzati dei macrocicli capaci di riconoscere eparine di impiego biomedicale; il procedimento è stato sottoposto a tutela brevettuale. Molecole da utilizzare nella preparazione di materiali per il sequestro/rilascio di eparina, sono di estremo interesse biomedico e una forte attivita di ricerca in questo senso è in corso in diversi laboratori, finora con scarsi risultati. c)Si dispone di una serie di indagini preliminari sulla natura chimica di metaboliti isolati da piante endemiche siciliane, utilizzate attualmente in fitoterapia per scopi vari. Non esiste uno studio esaustivo sul metaboloma di queste piante, e/o loro varietà, che permetterebbe di poter evidenziare bioattività desiderate e una loro applicazione in settori specifici quale quello degli antinfiammatori di origine naturale. Azioni

Attività da svolgere L'attività nel settore del metaboloma prevede la parte conclusiva della ricerca "Piante Officinali" finanziata dalla

Regione Siciliana. In particolare si completerà lo studio comparato del profilo molecolare di estratti di varie piante della flora officinale siciliana cresciute allo stato spontaneo e di coltivazione. Parallelamente si effettuerà uno studio della biodisponibilità di prodotti naturali di origine vegetale nella dieta umana mediante particolari sistemi modello che simulano i processi digestivi.

Nel campo dei derivati del GPI, si continuerà con il design e la realizzazione di ulteriori vie sintetiche altamente selettive al fine di disporre di nuovi derivati del GPI maggiormente resistenti all'azione demolitiva delle idrolasi.

Riguardo il settore dei vaccini a base calixarenica, si prevede la sintesi di nuovi costrutti su piattaforma calix[8]arenica portante al bordo superiore del macrociclo antigeni di natura saccaridica, over-espressi sulla mucina di alcune linee di cellule tumorali, e al bordo inferiore un gruppo immunoadiuvante. Parallelamente si prenderà in considerazione la sintesi di coniugati calixarenici portanti multiple unità di folato, da utilizzare come potenziali drug carriers nella terapia antitumorale.

Nel campo dei selettori per eparina, verrà effettuerà uno studio mirato ad ottimizzare le procedure di ancoraggio su matrice allo scopo di ottenere questo materiale in scala sufficiente a poter essere provato su dispositivo.

Punti critici e azioni da svolgere Al momento non si individuano punti critici tali da non potersi superare con il know-how posseduto o reperibile presso i partner. La mancanza di risorse finanziarie invece potrebbe avere effetti di criticità sul raggiungimento degli obiettivi che ci si prefigge.


Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le competenze che risiedono nella commessa comprendono le metodologie avanzate di sintesi organica, metodologie spettroscopiche, modeling molecolare, e metodologie di separazione cromatografia. L'esperienza che il personale possiede nei settori suindicati, consolidato nell'arco di oltre un decennio, utilizzato in sinergia permette di fornire servizi completi nel settore della chimica biomolecolare verso l'esterno e nei confronti delle istituzioni pubbliche presenti nel Territorio, di cui un esempio è la collaborazione in corso con l'Assessorato Agricoltura e Foreste della Regione Siciliana. L'alto livello scientifico dei ricercatori afferenti alla commessa è largamente riconosciuto a livello internazionale, sia mediante la partecipazione a network di ricerca (COST actions, progetti bilaterali), sia con la presenza nell'Advisory Board di congressi internazionali (un esempio recente è il "Second International Symposium on Green/Sustainable Chemistry", IUPAC, New Delhi, 2006).

Strumentazione Sistema Gas-Massa Sistema Gas-cromatografo-fast Massa Sistema HPLC-Massa Spettrofluorimetro Spettrometro NMR 400 MHz Sistema Stopped-Flow Liofilizzatore Spettropolarimetro CD Polarimetro Sistemi per HPLC (4 strumenti) Spettrofotometro IR Spettrofotometro UV Sistema estrattore a fluidi supercritici

Tecniche di indagine Tecniche spettroscopiche UV,di Fluorescenza, CD. Metodologie NMR multidimensionale e multinucleare. Metodologie MS. Tecniche di purificazione con particolare riferimento a quelle hplc e GC. Techniche di indagine analitica di tipo hplc e GC associate alla MS. Tecniche di hplc utilizzanti supporti chirali.

Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) Collaborano alla ricerca: - Consorzio Mario Negri Sud, Chieti. - Università di Roma, Dip. Fisiologia Umana e Farmacologia "V. Erspamer" - Università di Torino, Dipartimento di Biologia, Genetica e Biochimica - Rete Stazioni Sperimentali del Dipipartimento Forestale Regione Sicilia. - Università di Catania, Facoltà di Farmacia - Università di Catania, Dipartimento Scienze Chimiche - Università di Messina, Dipartimento Farmaco-Biologico - Ospedale Infantile Regina Margherita, Ematologia Pediatrica, Torino - University of Konstanz, Chemistry Department, Germany - Yale University, Chemistry Department, USA - Intitute of Genomics and Integrative Biology, CSIR, New Delhi - University of Barcelona, Department of Microbiology, Spain - Institute of Microbiology, Academy of Sciences, Prague, Czech Republic - Istituto CNR per la Microelettronica e Microsistemi IMM. - Istituto CNR di Genetica Vegetale. - Istitutto CNR per i Sistemi Agricoli e Forestali del Mediterraneo. - Istituto CNR per i Processi Chimico-Fisici Sono committenti di ricerca nell'ambito dell'attività di commessa: - Regione Siciliana - Assessorato Agricoltura e Foreste - Servizio IX - Consorzio Mario Negri Sud, Chieti - S.I.F.I Farmaceutici Spa, Catania - Piani Operativi Regionali Sicilia 2000-2006 azione 3.15 - Agroindustry Advanced Technologies SpA Catania in regime di ATI nell'ambito della Misura 3.14 PON Sicilia - Assessorato dell'Industria


Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate L'attività di ricerca condotta nel settore biomolecolare ha permesso di costruire un importante patrimonio di conoscenze che sarà proposto/messo a disposizione nella realizzazioni delle varie attività a valere su fondi PON e POR faceti riferimento alle Regioni della Convergenza.

Finalità

Obiettivi Sviluppo di nuove molecole ad attività antitumorale. Sviluppo di molecole per il controllo di anticoagulanti ematici. Sviluppo di nuove molecole naturali di interesse fitoterapico.

Risultati attesi nell'anno Profili biomolecolari di piante officinali di interesse commerciale. Nuove conoscenze sulle proprietà

nutraceutiche di metaboliti ottenuti da piante endemiche mediterranee. Nuovi analoghi del GPI ad attività inibitoria verso cellule metastatiche. Sintesi di un potenziale vaccino multivalente antitumorale. Derivati calixarenici portanti multiple unità di folato

come potenziali drug carriers per la terapia antitumorale. Realizzazione del primo prototipo di materiale selettore di eparina fisicamente manipolabile.

Potenziale impiego - per processi produttivi I risultati della ricerca svolta dalla commessa, possono trovare impiego nel settore della Farmaceutica, della Fitoterapia e in Medicina con particolare riferimento nel settore dei dispositivi medicali per dialisi ematica. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Impiego nel settore biomedico per la realizzazione di nuovi farmaci. Sfruttamento nel settore biomedico per realizzare supporti altamente selettivi e per produrre farmaci ad elevata purezza. Moduli

Modulo: Definizione di metaboloma di piante a scopo applicativo Istituto esecutore: Istituto di chimica biomolecolare Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania (Valverde)

Modulo: Sintesi di molecole multifunzionalizzate ad attività antitumorale. Istituto esecutore: Istituto di chimica biomolecolare Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania (Valverde)

Modulo: Design e studio di molecole capaci di espletare riconoscimento molecolare per applicazioni biomediche

Istituto esecutore: Istituto di chimica biomolecolare Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania (Valverde)

Modulo: costituenda area comune ICB-ICTP-ISN di via Gaifami, Catania Istituto esecutore: Istituto di chimica biomolecolare Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania (Valverde)


Dispositivi di potenza ed analogici per elettronica integrata ad alte prestazioni Dati generali

Progetto: Microelettronica, Sensori e Microsistemi Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: VITO RAINERI Temi

Tematiche di ricerca Processing su SiC (impiantazione, rinvenimento,metallizzazioni, etching,ossidazione e dielettrici con particolare

riferimento a politipi 4H e 3C), realizzazione di diodi e transistori; Sviluppo di processing e dispositivi HEMT in GaN; Caratterizzazione elettrica e strutturale di film di high k (composti delle terre rare) e giant k (CCTO),

realizzazione di MIM e MOS. Materiali innovativi. Dispositivi di potenza MOS e Schottky con interfacce e barriere nanostrutturate. Sviluppo di tecniche basate sulla caratterizzazione mediante microscopia a scansione di sonda per la

determinazione di proprietà fisiche a livello nanometrico quali profili di portatori, proprietà di barriere Schottky, trasporto di cariche in dielettrici.

Determinazione di strutture 2D e 3D per applicazioni in dispositivi di potenza avanzati in Si. Nanotecnologie (nanoimprinting, nanostrutture, ...) Grafene

Stato dell’arte Benché oltre il 90% dell’industria dei semiconduttori operi su Si esistono applicazioni (attuali o future) che necessitano dispositivi con prestazioni non ottenibili in Si. Sono trainate da interessi strategici (tlc, difesa, spazio, avionica) e dal consumer (gruppi di alimentazione, energia, telefonia mobile, trasmissioni satellitari). Il mercato potenziale è di 100 miliardi di dollari. La parte su SiC è dominata da CREE ed Infineon, con STMicroelectronics e IR che si stanno affacciando sul mercato. Molti dei dispositivi sono già disponibili su scala industriale o pre-industriale. L’esigenza di sviluppare ulteriormente la tecnologia e per dispositivi con prestazioni sempre maggiori rappresenta lo stato dell’arte. Il gruppo in IMM è fra i pochi al mondo con competenze di valenza internazionale dalla caratterizzazione del materiale fino alla realizzazione e valutazione di dispositivi. Azioni

Attività da svolgere Portare a compimento quanto previsto nel progetto EU del VI programma quadro NUOTO. Portare in fase avanzata ed in linea con i task previsti quanto previsto nel progetto EU del VI programma quadro

MANSIC. Rispettare quanto previsto nel contratto di collaborazione con STMicroelectronics su “Sviluppo di tecnologie su

semiconduttori ad ampia banda proibita”. Rispettare quanto previsto nel contratto di collaborazione con STMicroelectronics su “Implementazione di

sensori UV su SiC”. Preparazione della proposta per il Dottorato di Ricerca Internazionale in “Nanoscienze e tecnologia dei materiali”

XXIV ciclo presso la Scuola Superiore dell’Università di Catania.

Punti critici e azioni da svolgere Per poter operare efficacemente, soprattutto nei confronti dell’esterno, sarebbe opportuna l’attribuzione alla commessa delle deleghe come da regolamento, in modo da poter operare con l’efficacia richiesta evitando ambiguità e/o sovrapposizioni interne che ne inficiano l’operatività. La totale dipendenza dell’attività da fondi esterne sacrifica un’enorme mole di lavoro nella presentazione, rendicontazione e supervisione di progetti e contratti con l’industria e nelle attività giornaliere di supporto e trasferimento all’industria. Tale attività non può che essere affrontata da personale esperto e maturo che quindi viene sottratto all’attività di ricerca di base che tuttavia rimane il seme per l’attività di domani e la possibilità di reperire fondi in futuro. Risulta quindi indispensabile l’inserimento di giovani ricercatoried in particolare ottenere finanziamenti per borse di dottorato.


Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Realizzazione di dispositivi in GaN: processing per metallizzazioni, contatti, litografie con processi lift off e con attacchi, attacchi chimi con ICP, impiantazione ionica, dispositivi di potenza HEMT. Realizzazione di dispositivi in SiC: processing per metallizzazioni, litografie, dielettrici, impiantazione ionica, anneling. Nanotecnologie: nanoimprinting (hot embossing e UV), processi self assembled di cluster metallici. Deposizioni per MOCVD di ossidi delle terre rare e perovskitici

Strumentazione CLEAN ROOM ISO 4 (classe 10) completamente equipaggiata per la realizzazione di dispositivi. LABORATORIO DI MICROSCOPIA A SCANSIONE DI SONDA: Digital Instruments Dimension 3100 nanoscope V con testa metrologica e testa standard, moduli per SCM, SSRM, TUNA, C-AFM. Multimode con controller quadrex e stage per misure in temperatura fino a 200°C Psia 150: con true non contact, e moduli per misure capacitive ed in corrente. DIFFRATTOMETRO di raggi x per caratterizzaione di film sottili

Tecniche di indagine microscopia scansione di sonda: microscopia a forza atomica su semiconduttori, dielettrici, organici e materiali biologici. Microscopia a scansione capacitiva e a scansione resistiva per la determinazione di profili di drogante in semiconduttori. Microscopia capacitiva e conduttiva su dielettrici. Capacità nella caratterizzazione morfologico e strutturale di materiali dielettrici.

Tecnologie Nanolitografie per nanoimprinting hot embossing e UV-NIL. Capacità di realizzare dispositivi su semiconduttori ad ampia banda proibita. Microscopia a scansione di sonda: microscopia a scansione capacitiva nanospreading microscopia a forza atomica nelle varie metodologie

Collaborazioni (partner e committenti) Collaborazioni con l’industria: STMicroelectronics: Sviluppo di processi e dispositivi in SiC, trasferimento tecnologico diodi Schottky MOSFET e rivelatori UV. Sviluppo di processi e dispositivi in GaN. Caratterizzazione avanzata di strutture 2D e 3D per dispositivi di potenza avanzati in Si. Collaborazioni con istituzioni scientifiche: Università di Tours (FR); IMEC (BE); Università di Catania (Dipartimento di Chimica e Dipartimento di Fisica); Università degli studi di Bologna; Università degli studi di Modena e Reggio Emilia; Università di Perugia; Università di Padova; Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate Sono stati presentati progetti a tutti i call aperti di cui si è avuta notizia (EU, Nazionali ed internazionali) su tematiche inerenti il gruppo di ricerca. Si è tentato di sensibilizzare le autorità preposte sulle ricadute territoriali (economiche ed industriali) delle attività del gruppo di ricerca. Si presenteranno, se l’istituto lo consentirà, progetti a chiamate nazionali quali POR, PON ecc.

Finalità

Obiettivi Gli obiettivi principali sono: Materiali: Caratterizzazione di film eteroepitassiali di GaN su Si, SiC o zaffiro; deposizioni MOCVD di high e

giant k. Processi di fabbricazione: drogaggio selettivo di SiC e GaN (impiantazione e rinvenimento) ossidazione termica,

metallizzazione (contatti ohmici e Schottky). Caratterizzazione: caratterizzazione nanostrutturale mediante SPM dei materiali deposti. Dispositivi: Diodi Schottky nanostrutturati su 4H-SiC;MOSFET su 4H-SiC;Diodi Schottky su GaN; MIM ad alta

densità capacitiva mediante CCTO.


Risultati attesi nell’anno Rapporto finale e conclusivo del progetto NUOTO. Raggiungimento dei task sul progetto MANSIC. Raggiungimento degli obiettivi indicati nei contratti con l’industria e relativa attività giornaliera di supporto e trasferimento.

Potenziale impiego - per processi produttivi Sviluppo di processi per dispositivi di potenza in semiconduttori ad ampia banda proibita. L’impiego di tale tecnologia permetterà all’industria dei semiconduttori collegata (STMicroelectronics, ...) di ampliare il mercato di riferimento con la proposta di nuovi prodotti e nuove tecnologie. I processi produttivi sono tutti ad alta tecnologia ed ad alto valore aggiunto, produzioni quindi che verranno collocate in paesi tecnologicamente avanzati. Le competenze di caratterizzazione avanzata sono di cruciale importanza per lo sviluppo di strutture di potenza tridimensionali in Si. Il loro apporto si è rivelato determinante per l’industria e una proficua collaborazione è in corso. Dispositivi MIM ad alta densità capacitiva sono l’elemento chiave per la miniaturizzazione dell’elettronica di potenza portatile. Il 90% dell’area microelettronica di un cellulare è occupata da condensatori. Tale area raddopia ad ogni applicazione aggiuntiva (blue tooth, immagini video, ...). Lo stesso per tutte le applicazioni wireless. Il potenziale impiego, mediante integrazione in chip in Si, è quindi vasta e copre settori di interesse diffuso in tutta l’elettronica di consumo. - per risposte a bisogni individuali e collettivi I dispositivi che verranno sviluppati trovano il loro potenziale impiego nel campo del trasporto dell’energia, dell’alimentazione elettrica di tutti i prodotti per elettronica di consumo, alimentazione di elettrodomestici e nel campo delle comunicazioni wireless. Risparmio energetico, messa in sicurezza delle reti di distribuzione per evitare black out, trasmettitori wireless più piccoli ed efficienti sono solo alcuni esempi di risposte a bisogni collettivi. Altri esempi riguardano la diffusione di sistemi wireless che consentiranno il risparmio di materiali preziosi quali il rame con conseguente riduzione dell’impatto ambientale. Molti dei processi che vengono sviluppati sono a basso consumo di materiale inquinante (riduzione di emissioni) e riguardano lo sviluppo di processi ad alta sicurezza per gli operatori (sicurezza sul lavoro). I sistemi wireless miniaturizzati multifunzione sono alla base di applicazioni nel campo della sicurezza (controllo ambientale antiterrorismo) e della salute (telemedicina, teleassistenza, telemonitoraggio). Moduli

Modulo: Dispositivi e tecnologie su semiconduttori ad ampia banda proibita Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Materiali multifunzionali, nanostrutturati e innovativi Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: nanotecnologie per microelettronica a risparmio energetico Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Sviluppo di metodologie avanzate per dispositivi elettronici micro e nanostrutturati Dati generali

Progetto: Microelettronica, Sensori e Microsistemi Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: VITTORIO PRIVITERA Temi

Tematiche di ricerca Si effettuerà la sintesi di materiali nanostrutturati a base C mediante la generazione ed il controllo di plasmi in ambienti liquidi, e se ne valuteranno le applicazioni in nanoelettronica mediante la nanomanipolazione dopo purificazione e dispersione. In generale si perseguirà la realizzazione su scala nanometrica di dispositivi con “nanowire” attraverso deposizione di metalli indotta da fascio elettronico. Saranno realizzati dispositivi elettronici flessibili in Si depositato su materiali polimerici e strutture microfluidiche su plastica, integrate con micropompe e reattori. Sarà studiato l’utilizzo di fasci laser IR per la cristallizzazione di Si amorfo su vetro e ceramica, da impiegare in celle solari a film sottile o per la formazione di nano cristalli di Si in matrici di SiO2 per celle solari di 3° generazione. Si effettuerà la sintesi di strati porosi di TiOx tramite deposizione di titanio in ambiente reattivo, utilizzando un sistema di deposizione per sputtering in corrente continua, per applicazioni in celle solari ibride organiche/inorganiche. Le attività sperimentali saranno affiancate dallo sviluppo di modelli e dalla loro implementazione in programmi di simulazione.

Stato dell’arte Le ricerche su elettronica e microfluidica su substrati polimerici flessibili sono di interesse a livello mondiale, con prospettive di realizzazione di dispositivi innovativi a basso costo per applicazioni nella tracciabilità dei prodotti, elettronica negli indumenti e diagnostica. Per dare impulso al mercato del fotovoltaico si prospetta l’uso di film sottili di Si per la riduzione del costo, o di nanostrutture di Si per un incremento dell’efficienza. Per quanto concerne le strutture tipo “dye-sensitized solar cells”, è auspicabile la sostituzione del TiOx ottenuto tramite tecniche tipo sol-gel con strati realizzati mediante deposizione reattiva con sputtering DC, per aumentare l’efficienza di conversione sino al 7%. L’utilizzo di materiali nanostrutturati detiene un ruolo di primaria importanza nel campo dei dispositivi innovativi. Riguardo alla formazione di catene lineari di C all’interno dei CNT in plasmi in liquidi, il panorama della ricerca internazionale si presenta alquanto frammentato. La tecnica di litografia a fascio elettronico e le metodologie di deposizioni di metalli assistite da fascio elettronico permettono infine indagini sperimentali non altrimenti conducibili.


Azioni

Attività da svolgere Si esploreranno nuove strategie per la formazione di nanostrutture di carbonio mediante la generazione ed il controllo di plasmi in ambienti liquidi. Si è già ottenuta la formazione di sistemi quali nanotubi di carbonio (CNT) a singola parete e a pareti multiple, sistemi lineari con ibridizzazione sp e nanofasi ibride poliini-CNT; rimangono da formulare dei modelli accurati per la descrizione del meccanismo di formazione dei vari tipi di nanostrutture ottenute, in funzione dei parametri sperimentali utilizzati per la loro realizzazione. Si effettuerà la sintesi di nuovi campioni in modo da correlare la formazione delle diverse nanostrutture ai parametri geometrici (diametro elettrodi, distanza tra gli elettrodi) ed elettrici (tensione e corrente). Si valuteranno inoltre vari metodi di purificazione e di dispersione dei nanotubi ottenuti tramite scarica ad arco, mediante tecniche di microscopia elettronica e spettroscopia Raman. Si applicheranno le tecnologie dei Thin Film Transistor su plastica, definite nell’anno precedente, per la realizzazione di prototipi di dispositivi a radiofrequenza. Saranno investigate tecnologie per elettronica su plastica a più bassa temperatura, basate su ossidi semiconduttori (ZnO). Studio della cristallizzazione del silicio amorfo su substrati di silicio, vetro e ceramica per fabbricazione di celle fotovoltaiche a basso costo integrabili in edifici. Studio dell’agglomerazione di Si in matrici di SiO2 dopo irraggiamento laser per la fabbricazione di celle fotovoltaiche ad alta efficienza. Si intende studiare la crescita di strati sottili e spessi (50-500 nm) di TiOx tramite deposizione reattiva di Titanio per sputtering in funzione dei parametri di processo, quali il rapporto tra i flussi di Ar ed O2, la potenza di sputtering e la temperatura del substrato, per applicazioni in celle solari ibride. L’integrazione di innovativi sistemi di deposizione e attacco nell’apparato di litografia a fascio elettronico permetterà di realizzare su scala nanometrica strutture del tipo “nanowire” e di estrarre parametri elettrici attraverso misure con nanomanipolatori. Saranno condotti dei test dei sistemi microfluidici con materiale biologico. Il codice di simulazione del riscaldamento verrà esteso a strutture a tre dimensioni. Il codice di simulazione del processo di irraggiamento laser in modalità di scansione continua verrà applicato a problematiche di interesse per la fabbricazione di dispositivi fotovoltaici. Verrà ulteriormente esteso il codice di simulazione di dispositivi dielettroforetici considerando gli effetti delle interazioni a molti particelle del materiale da trattare. Le metodiche O(N) saranno generalizzata anche ai codici di trasporto basati su Hamiltoniane semi-empiriche e ab-initio. L’integrazione di innovativi sistemi di deposizione e di etching sulla litografia a fascio elettronico permetteranno di realizzare su scala nanometrica in strutture a nanowire o nanowall delle accurate analisi elettriche.

Punti critici e azioni da svolgere Alcuni punti critici riguardano certi aspetti particolari delle ricerche, mentrre altri si riferiscono a condizioni generali di criticità che influenzano l’andamento delle attività della Commessa. In particolare, nell’ambito dell’attività su fotovoltaico, le condizioni in cui il vetro è in grado di innescare il processo di cristallizzazione, a seguito di irraggiamento laser di Si amorfo depositato, risultano critiche. Si prevede quindi di utilizzare strati assorbitori integrabili in tecnologie fotovoltaiche. Inoltre, l’azoto incorporato nel Si amorfo depositato potrebbe inibire la formazione dei nano cristalli mediante irraggiamento laser, per cui sarà necessario valutare processi di deposizione alternativi. Infine, l’individuazione di una finestra di processo che consenta di ottenere strati di TiOx policristallino poroso anzichè amorfo è un fattore di criticità dello studio. In generale, si riscontra una notevole difficoltà a finanziare le attività che presuppongono una maggiore componente di ricerca di base, ci si prefigge quindi di esplorare ulteriori fonti di finanziamento.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine L’attività della Commessa è sostenuta dalle competenze complementari dei suoi afferenti. Sono presenti infatti nel gruppo di ricerca sia fisici sperimentali che teorici. I primi vantano una notevole esperienza, testimoniata dalle numerose pubblicazioni, relazioni a congressi e partecipazioni a progetti nazionali ed europei, anche come coordinatori, nel campo dei processi per la microelettronica e delle tecniche di caratterizzazione fisica, chimica e strutturale dei materiali a base Si. Inoltre, i componenti della Commessa stanno maturando anche competenze di processi nanotecnologici mediante litografia elettronica. La combinazione di questa litografia con i processi produttivi classici permette di realizzare dispositivi elettronici o di studiare il comportamento di materiali innovativi. La componente teorica della Commessa possiede invece una solida preparazione, anch’essa attestata da importanti pubblicazioni e comunicazioni, spesso su invito, a congressi internazionali, nel campo dei metodi a molte scale per la simulazione di processo e del trasporto elettronico. Dall’integrazione delle competenze scaturisce un approccio completo alla risoluzione delle problematiche.


Strumentazione Le attrezzature gestite direttamente da afferenti alla Commessa sono: Spreading Resistance Probe; Cluster di processori (76 CPU) per calcolo parallelo; Scanning Electron Microscope con sorgente a emissione di campo e nanomanipolatori integrati; Diodo Laser a infrarossi da 600 W (808 nm); Impiantatore ionico Tandem da 1.7 MV; Sputter per deposizione di strati metallici in ultra alto vuoto; Sistemi di laminazione di film polimerici; Microfluidic Probe station per osservazioni in riflessione e in trasmissione; Sistema di litografia a fascio elettronico con larghezza minima del fascio di 1.8 nm e risoluzione limite di 5-7 nm; Cappa Chimica per erosioni anisotrope del silicio e sistema di controllo galvanostatico/potenziostatico; Microfluidic Quartz Microbalance; Forno per Rapid Thermal Annealing; Vengono altresì utilizzate altre attrezzature disponibili presso altri Istituti CNR, Università o Industrie con cui sono in corso delle collaborazioni: Magnetron RF Sputtering; Acceleratore Singletron per Rutherford Backscattering Spectrometry; Laser a eccimeri (308 nm); Chemical Vapour Deposition; Diffrattometri per film sottili e a doppio cristallo; Spettrometro di massa di ioni secondari.

Tecniche di indagine Le tecniche utilizzate per le ricerche sono profondamente conosciute dagli afferenti alla Commessa. In particolare, vengono utilizzate intensamente tecniche di microscopia elettronica e spettroscopiche per l’analisi morfologica e strutturale dei materiali e dei dispositivi realizzati, sia in relazione alle nanostrutture di C che alle strutture fotovoltaiche e Si/polimero. Tecniche di analisi elettriche e chimiche sono utilizzate per studiare gli effetti del drogaggio in Si, sia per quanto concerne i dispositivi su substrati plastici che per le celle solari realizzate in Si. La possibilità di contattare singoli “nanowire” con sistemi di deposizione localizzata di metalli, integrati in un apparato di litografia elettronica, permetterà di effettuare esperimenti su dispositivi innovativi. La metodologia generale di indagine comprende la formulazione di modelli per la descrizione dei fenomeni osservati mediante metodi ab initio e al continuo, e nella successiva implementazione dei modelli in programmi di simulazione, che consentono di quantificare le osservazioni sperimentali, estrarre parametri e progettare gli esperimenti minimizzandone le matrici di condizioni.

Tecnologie Le tecnologie impiegate nelle ricerche della Commessa sono legate alle componenti della microelettronica. I materiali e i processi, che vengono trattati nell’ambito degli studi della commessa, sono essenzialmente gestiti con metodologie di microelettronica, con frequenti tentativi di intervento, tuttavia, con tecnologie innovative, che derogano dagli approcci convenzionali, quali ad esempio l’uso del laser ad infrarossi, per proporre scoperte e soluzioni non ancora esplorate. Anche in ambito teorico, i cui prodotti servono a quantificare le osservazioni sperimentali e a fornire strumenti di simulazione per la progettazione degli esperimenti, sono altresì proposte metodologie che richiedono lo sviluppo di nuove tecniche computazionali, che di per se rappresentano un contributo originale e innovativo, oltre a sostenere le tecnologie sperimentali.


Collaborazioni (partner e committenti) Le attività descritte non possono prescindere da scambi con ricercatori esterni all’Ente, per accedere a motivazioni, competenze e attrezzature a livello internazionale. I contatti producono risultati concreti in termini di pubblicazioni o di utilizzo di ulteriori competenze e apparecchiature, o infine di finanziamento da terzi. Università di Oslo, Norvegia; Irst-ITC, Trento; Innovavent, Germania; Dipartimento di Fisica, Università di Catania; Istituto di Fotonica e Nanotecnologie – CNR; Istituto dei Materiali per l’ Elettronica ed il Magnetismo – CNR; European Synchrotron Radiation Facility, Francia; Dipartimento di Chimica, Università di Catania; Dipartimento di Fisica, Università della Calabria; Instituto de Carboquímica (CSIC), Zaragoza, Spagna; ST Microelectronics, Catania; SAGEM, Francia; Dipartimento di Chimica, Università di Catania; Politecnico di Torino; Centro Ricerche FIAT; Enthone-Cookson Electronics; Dipartimento di Matematica dell’università di Catania; Dipartimento di Fisica dell’Università di Cagliari; Università di Delft, Olanda; Excico, Francia; Facoltà di Ingegneria – Università di Bologna; Dipartimento di Scienze Biologiche di Catania; CNR-IAMC.

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate Sono state presentate due proposte di progetto di ricerca, sulla realizzazione di celle fotovoltaiche di terza generazione e sulla realizzazione di sistemi miniaturizzati per la separazione di singole cellule di microrganismi provenienti da ambienti marini estremi, nell’ambito del bando della regione Sicilia (GURS Parte I n. 46 del 03/10/2008) secondo il Programma di attività ex art. 3 della legge regionale 8 novembre 1988, n. 34 per l’anno 2008. Negoziazione del progetto europeo ENIAC JU “Implementing Manufacturing science solutions to increase equipment PROductiVity and fab pErformance” (IMPROVE ). Sottomissione di progetti europei e nazionali per cercare di finanziare l’attività di base sul trasporto elettronico e l’elettronica molecolare. Partecipazione alla proposta di progetto “Filiera italiana per la realizzazione di Impianti solari fotovoltaici innovativi ad elevato rapporto prestazioni/costo” (Sun to grid), coordinatore ST Microelectronics, sottomessa nell’ambito del bando nazionale Efficienza energetica – Industria 2015, Area A “Aree tecnologiche ad alto potenziale innovativo”. Il progetto PRIN “Nuove strategie per la sintesi di nanostrutture a base di carbonio mediante la formazione di plasmi in ambienti liquidi” (coordinatore: Dipartimento di Chimica, Università di Catania) è stato ammesso al finanziamento.

Finalità

Obiettivi L’obiettivo generale consiste nel proporre adeguate strutture con i parametri dimensionali ed elettrici richiesti dalle applicazioni perseguite e richiede l’impegno di esperti di materiali e processi per l’elettronica. Questo quadro di valori è opportunamente configurato all’interno della Commessa. Gli obiettivi comprendono la realizzazione di componenti elettronici o di microsistemi su plastica, per la realizzazione di nuovi dispositivi con caratteristiche di flessibilità, basso costo, leggerezza e robustezza, da integrare negli indumenti o nelle merci, e per la diagnostica. Inoltre ci si prefigge la realizzazione di celle solari di alta efficienza a film sottile su substrati a basso costo e la sintesi controllata di strati di TiOx per celle solari ibride organiche/inorganiche. Gli obiettivi relativi all’attività sulla formazione di CNT e di sistemi ibridi, costituiti da catene lineari di C all’interno dei CNT, comprendono la purificazione e dispersione di nanotubi per applicazioni in celle solari di terza generazione. Infine si perseguirà la realizzazione di strutture nanometriche per lo studio di dispositivi elettronici innovativi basati sull’uso di “nanowires”.


Risultati attesi nell’anno Controllo dei meccanismi di formazione di nanotubi di C e/o sistemi ibridi catene lineari/CNT in funzione dei

parametri geometrici (diametro elettrodi, distanza tra gli elettrodi) ed elettrici (tensione e corrente) utilizzati durante la scarica ad arco.

Ottimizzazione dei processi di purificazione e dispersione di nanotubi. Definizione dei processi per la realizzazione di dispositivi a radiofrequenza su plastica, da utilizzare nella

comunicazione di dati in applicazioni di tracciabilità delle merci e di sicurezza. Cristallizzazione di Si amorfo su substrati di vetro e formazione di nano cristalli di Si in matrici di SiO2 mediante

irraggiamento con laser infrarosso, per utilizzi fotovoltaici. Sintesi di strati di TiOx poroso a stechiometria controllata per celle solari di terza generazione. Realizzazione di sistema microfluidico su materiali polimerici per la “Polimerasi Chain Reaction”. Realizzazione su scala nanometrica di strutture metalliche direttamente litografate attraverso la tecnica di

deposizione di metalli assistita da fascio elettronico. Simulazione della cinetica di fusione e cristallizzazione di silicio in strutture 3D. Simulazione della

cristallizzazione di film di materiali amorfi processati tramite laser in modalità di scansione continua. Simulazione degli effetti della formazione di aggregati di particelle e dell’incremento della densità locale sull’efficienza di dispositivi dielettroforetici.

Simulazione del trasporto elettronico in sistemi complessi basati su catene di carbonio, nanotubi di carbonio.

Potenziale impiego - per processi produttivi L’introduzione di processi innovativi, efficaci ed affidabili consente di migliorare le prestazioni dei dispositivi, riducendone le dimensioni o incrementando la velocità di funzionamento, o di proporre nuove applicazioni, attraverso nuove tecnologie come l’elettronica flessibile, o infine di aumentarne l’efficienza, come nel caso delle celle solari di nuova generazione. Dal punto di vista dello sviluppo tecnologico, l’utilizzo di nuovi processi ha delle implicazioni relative alla qualità dei prodotti, così come richiede l’impiego di personale con alta qualificazione, con conseguenti ricadute occupazionali. Inoltre, l’applicazione di tali processi richiede la costruzione di apparecchiature industriali, derivanti dalla trasformazione di strumenti scientifici di ricerca in macchine per la produzione. Ad esempio la Commessa sta perseguendo, attraverso un accordo di collaborazione siglato con l’azienda Innovavent, l’apertura di un segmento di mercato nel campo dei processi di cristallizzazione con laser a infrarossi di film di Si su substrati a basso costo, per applicazioni fotovoltaiche. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Lo sviluppo dei processi per la fabbricazione di dispositivi elettronici ha ricadute immediate sulla qualità della vita degli individui. Infatti, l’uso di tali dispositivi non è più relegato ai tradizionali aspetti di archiviazione e elaborazione di dati, ma piuttosto all’integrazione in oggetti d’uso comune, permettendo di incrementare le prestazioni di apparecchiature e macchinari. Alcuni effetti dell’applicazione dei dispositivi elettronici riguardano: a) i miglioramenti che l’uso del monitoraggio tramite microprocessori ha permesso di ottenere nella diagnostica medica, nelle analisi chimiche e biologiche e nel controllo ambientale, b) lo sviluppo delle telecomunicazioni, c) il miglioramento dei mezzi di trasporto in termini di prestazioni, sicurezza e riduzione dell’impatto ambientale, d) la disponibilità di nuovi strumenti d’indagine e prevenzione contro la criminalità e il terrorismo. In tutte queste applicazioni la disponibilità di dispositivi elettronici di dimensioni nanometriche, di dispositivi leggeri e flessibili, di celle solari di terza generazione o di sistemi microfluidici può essere considerata un elemento determinante per lo sviluppo sociale ed economico. Moduli

Modulo: Sviluppo di metodologie avanzate per dispositivi elettronici micro e nanostrutturati

Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: modelli e metodi numerici per la micro e nano elettronica Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR – Incremento attrezzature scientifiche Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Controllo su scala atomica dei materiali per dispositivi innovativi elettronici e fotonici basati su silicio. Dati generali

Progetto: Microelettronica, Sensori e Microsistemi Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Centro di responsabilità scientifica INFM Sede principale svolgimento: CRS MATIS Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: FRANCESCO PRIOLO Temi

Tematiche di ricerca La continua miniaturizzazione dei dispositivi elettronici basati su silicio ed il trend verso dimensioni nanometriche pone nuove sfide scientifiche e tecnologiche. Inoltre la richiesta crescente di energia necessita dello sviluppo di celle solari più efficienti. La presente ricerca intende trovare soluzioni innovative attraverso un controllo su scala atomica dei materiali ed una ingegneria di difetti ed impurezze. Tra le soluzioni innovative previste vi è l’utilizzo di fotoni come mezzo per il trasporto dell’informazione. Le interconnessioni ottiche, nelle quali il segnale è trasportato da fotoni invece che da elettroni, offrono infatti alte bande passanti, basso consumo di potenza e cross talk minimo. Ciò richiede quindi lo sviluppo di una nuova classe di dispositivi fotonici basati su Si. Ulteriori innovazioni sono previste nel raggiungimento di giunzioni ultrasottili per lo scaling dei dispositivi e nell’integrazione di germanio in dispositivi elettronici al silicio per sfruttare l’alta mobilità dei portatori. Infine verranno studiati quantum wires e dots per la realizzazione di celle solari di III generazione. Queste innovazioni richiedono studi specifici.

Stato dell’arte La rivoluzione microelettronica è stata guidata per decenni dalla legge di Moore con una crescente miniaturizzazione dei dispositivi. Questa tendenza pone delle sfide enormi non soltanto da un punto di vista tecnologico ma anche per la comprensione fisica e per le tecniche di caratterizzazione. Sono infatti richiesti la misura, la comprensione ed il controllo dei fenomeni su scala atomica. Per applicazioni pratiche, riuscire ad avere concentrazioni di drogante molto alte e confinate spazialmente rappresenta un requisito essenziale. Ciò implica che è necessario comprendere e controllare fenomeni come, ad esempio, la “transient enhanced diffusion” ed il clustering del drogante. Un ulteriore problema che nasce dalla miniaturizzazione dei dispositivi è legato ai tempi di commutazione del singolo transistore che sono ormai trascurabili rispetto ai ritardi RC delle linee elettriche di trasmissione del segnale. Una alternativa a questo problema è rappresentato dalle interconnessioni ottiche. Infine l’efficienza delle celle solari non permette di renderle economicamente competitive rispetto ad altre fonti di energia. In questo contesto si inserisce l’attività svolta da questa Commessa. Azioni

Attività da svolgere L’attività che si intende svolgere nel 2009 nell’ambito della fotonica in Si riguarderà il controllo dell’emissione radiativa dell’erbio in nano strutture a cristallo fotonico di Si cristallino con lo scopo di ottenere emissione laser a 1.54 micron. Si vuole, infatti, sfruttare l’interazione tra Er e O e le nanocavità fotoniche a bassa temperature con lo scopo di costruire il primo laser a impurezze in Si. L’idea è di sfruttare l’alta sezione d’urto di eccitazione dell’Er in Si, riducendo la vita media radiativa tramite effetto Purcell, limitare i processi non-radiativi dipendenti dalla temperatura mediante l’uso di un campo elettrico ed il funzionamento a bassa temperatura e sfruttare le proprietà delle nano cavità fotoniche ad alto Q. Inoltre si intende portare avanti un’attività riguardante la crescita e caratterizzazione di nuovi materiali per amplificazione ottica a 1.54 micron. Gli amplificatori attualmente utilizzati nelle telecomunicazioni sono costituiti da SiO2 drogato con Er. Uno dei maggiori limiti di questo sistema è rappresentato dalla bassa solubilità solida dell’Er in SiO2. Nel 2009 intendiamo esplorare materiali differenti drogati con Er con lo scopo di aumentare la massima frazione di Er eccitabile. In particolare, vogliamo studiare ossidi e silicati di ittrio drogati con Er. Infatti, poiché l’ossido di ittrio ha una struttura cristallografica molto simile a quella dell’ossido di erbio, ci aspettiamo di avere una solubilità solida maggiore per l’Er in questo materiale e quindi di ottenere una frazione di Er eccitabile più alta. Essendo questo un sistema alquanto inesplorato in letteratura, sarà necessario iniziare con uno studio di base sulle proprietà strutturali ed ottiche al fine di ottimizzare il materiale. Nel 2009 si intende inoltre portare avanti una attività iniziata nella seconda metà del 2008 e che riguarda la sintesi e caratterizzazione di nanowire di silicio. Risultati preliminari hanno mostrato che tramite deposizione da fascio elettronico è possibile crescere nanowire di silicio e sotto opportune condizioni controllarne la direzione di crescita. I nanowire di silicio rappresentano un sistema promettente sia per applicazioni nei dispositivi elettronici che nel fotovoltaico, settore in cui nel 2008 si è iniziata una intensa attività di ricerca volta principalmente al fotovoltaico di III generazione, ossia basato su concetti innovativi


(quali ad esempio nanostrutture di silicio), che ancora non hanno trovato una sufficiente sperimentazione pratica per passare alla fase della produzione industriale. Per quanto riguarda l’attività sulla microelettronica, nel corso del 2009 è in programma di continuare lo studio del germanio, approfondendo lo studio dei meccanismi microscopici alla base della diffusione e attivazione del boro in germanio in e fuori equilibrio, la cui comprensione risulta essenziale per la progettazione e realizzazione di giunzioni di tipo p. Si studieranno anche altri droganti di tipo p come il gallio, il quale, essendo uno ione pesante, amorfizza il Ge durante il suo stesso impianto, con possibili vantaggi per sua attivazione elettrica. Si vuole inoltre procedere alla realizzazione di strutture auto-assemblate di Ge su Si. Infine, per quanto riguarda i materiali a cambiamento di fase, si studieranno gli effetti del rilassamento strutturale della fase amorfa della lega Ge2Sb2Te5 ottenuta tramite impianto ionico od irraggiamento laser sul processo di cristallizzazione, con particolare riferimento alla stechiometria ed alla scala dimensionale del sistema.

Punti critici e azioni da svolgere Punto cruciale della presente ricerca è l’opportunità di investigare nella sua interezza il complesso percorso che va dalla produzione dei materiali innovativi alla loro conseguente applicazione in un dispositivo compiuto. Di fondamentale importanza per il raggiungimento di tale obiettivo è la compresenza nello stesso polo scientifico-tecnologico di risorse umane, attrezzature e competenze scientifiche ed industriali di livello internazionale maturate nell’ambito di una decennale esperienza. La presente ricerca si avvarrà di eventuali collaborazioni con enti pubblici e realtà industriali con cui i proponenti hanno maturato un fruttuoso rapporto di sinergia. In particolare, saranno coinvolte le Università di Catania, Padova e Pavia, l’istituto CNR-IMM di Catania, l’Università di St. Andrews (UK), la STMicroelectronics. Si prevede di continuare e potenziare la collaborazione con gruppi di ricerca teorica nazionali e internazionali (come SLACS-INFM CNR) nello sviluppo di solidi modelli atomistici dei processi.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine I partecipanti alla presente commessa hanno pluriennale competenza nella crescita, processo e caratterizzazione di materiali innovativi per elettronica, fotonica e fotovoltaico, con particolare riferimento a materiali a base di silicio o compatibili con la tecnologia del silicio. Ciò è chiaramente dimostrato dall’elevato numero di pubblicazioni dei partecipanti e soprattutto dall’alto numero di citazioni che tali pubblicazioni hanno ricevuto nel corso degli anni. Per esempio alcuni dei partecipanti alla commessa sono stati i primi a fabbricare un LED con Si ed Er operante a temperatura ambiente con una efficienza dello 0.1% ed una frequenza di modulazione di 10 MHz (G. Franzò et al., Appl.Phys.Lett. 64, 2235 (1994), con oltre 270 citazioni). Inoltre hanno dimostrato per la prima volta che nanocristalli di silicio non soltanto sono degli emettitori di luce efficienti ma possono produrre guadagno ottico ed emissione stimolata (L. Pavesi et al. Nature 408, 440 (2000), con oltre 800 citazioni). Infine, i partecipanti hanno un consolidata esperienza nella studio delle interazioni difetto-impurezza, negli studi diffusione e nella fabbricazione di dispositivi elettronici prototipo.

Strumentazione Le ricerche si avvarranno di sofisticate attrezzature per la crescita, il processo e la caratterizzazione di materiali e dispositivi. In particolare la produzione ed il processo dei materiali verranno effettuate attraverso: Sistema per magnetron sputtering a RF, dotato di 3 sorgenti confocali ed in grado di depositare su substrati di

dimensione fino a 8”. Sistema di epitassia da fasci molecolari per elementi del IV gruppo in grado di depositare su substrati di

dimensione fino a 6”. Il sistema consente di effettuare in situ analisi XPS, Auger ed UPS Impiantatore ionico da 400 kV Forni in vuoto, a flusso ed ultra-rapidi (RTA) La caratterizzazione dei materiali necessiterà l’utilizzo di: Acceleratore singletron da 3.5 MV per analisi RBS, ERDA, NRA Sistema di spettroscopia da ioni secondari (SIMS) Diffrazione da raggi X in alta risoluzione (HRXRD) Microscopio elettronico a scansione (SEM) ad effetto di campo, con EDX e STEM Laboratorio di misure elettriche: I-V, C-V, Hall Laboratorio ottico per analisi di foto ed elettroluminescenza


Tecniche di indagine Le ricerche utilizzeranno metodologie di indagine strutturale, ottica ed elettrica dei materiali. Tra queste menzioniamo: Spettrometria di Retrodiffusione alla Rutherford (RBS) usando l’acceleratore singletron per determinare

quantitativamente la stechiometria di film sottili fornendo per i vari elementi il profilo di concentrazione con risoluzione spaziale dell’ordine di 10 nm (riducibile a 5 nm in particolari condizioni). Tramite RBS è possibile la misura di elementi in tracce (in generale solo elementi più pesanti del substrato).

Nuclear reaction analysis (NRA) per determinare la concentrazione di impurezze più leggere del silicio Profilometria da ioni secondari per lo studio dei profili di concentrazione dei droganti in silicio Misure di channeling per lo studio della qualità cristallina del silicio Misure di strain Misure ottiche ed, in particolare, misure di foto- ed elettroluminescenza per studiare l’emissione di luce da

materiali e dispositivi basati su silicio. Misure elettriche in materiali e dispositivi a base di silicio

Tecnologie Le ricerche si avvarranno di: tecniche di simulazione e modellazione dei processi mediante risoluzione di equazioni di rate tecnologie di processo dei materiali, tra cui metodolgie per la fabbricazione di nanostrutture, impiantazione

ionica, processi termici rapidi, metodologie di deposizione di film ultrasottili.

Collaborazioni (partner e committenti) La presente ricerca si avvarrà di collaborazioni con enti pubblici e realtà industriali con cui l’ente proponente ha maturato un fruttuoso rapporto di sinergia. In particolare, saranno coinvolte: - Università di Catania e Padova - IMM-CNR di Catania - STMicroelectronics Catania - Applied Materials, Santa Clara (USA) - Università di Pavia - Laboratorio SLACS presso l’Università di Cagliari - Laboratorio CASTI presso l’Università dell’Aquila - Università di Bologna - Laboratorio TASC CNR-INFM - INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania - IFN-CNR - CNRS-CEMES di Toulouse (Francia) - LAAS-CNRS di Toulouse (Francia) - Università di Valladolid (Spagna) - Università di Helsinki (Finlandia) - IMEC di Leuven (Belgio) - University of Florida (USA) - North Carolina State University (USA) - Università della California - San Diego (USA) - Los Alamos National Laboratory (USA) - Università di St. Andrews (UK) - University of Erlangen-Nuremberg (Germany) - CNRS di Grenoble (Francia) L’attività verrà anche svolta nell’ambito di progetti nazionali ed europei.

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate Verranno intraprese diverse azioni per l’acquisizione di ulteriori entrate esterne, alcune delle quali sono già certe per il 2009. In particolare nel 2009 dovremmo entrare in qualità di nuovi partner in un progetto già finanziato dal MIUR (FAR) di cui è coordinatore STMicroelectronics. Inoltre è già stato attivato per il 2009 un contratto di collaborazione con STM nell’ambito della ricerca sul fotovoltaico di III generazione. È già stato sottomesso ed è in fase di valutazione finale un progetto triennale NanoSCi-E+ sulla realizzazione di nanostrutture fotoniche basate sul sistema Si:Er in cui sono partner anche l’Università di Pavia, l’Università di St. Andrews e CNRS-Grenoble. Infine è stato sottomesso ed è in fase di valutazione un progetto “Industria 2015” sul fotovoltaico avanzato insieme a partner industriali quali STM, ENEL e ENI. Ci si aspetta a breve un bando nell’ambito dei progetti POR finanziati dall’assessorato Industria della regione siciliana al quale presenteremo un progetto di ricerca e prevediamo di partecipare tanto ai bandi PON previsti per il prossimo anno quanto alla prossima call per progetti europei.


Finalità

Obiettivi Controllo su scala atomica di drogante, difetti, impurezze, e centri emettitori in silicio e in materiali compatibili con la tecnologia del silicio al fine di fabbricare dispositivi elettronici, fotonicie fotovoltaici innovativi. Obiettivi principali sono (i) il raggiungimento di giunzioni ultra-sottili per le future generazioni di dispositivi elettronici;(ii)la comprensione di meccanismi atomici di trasporto in germanio; (iii) la comprensione del trasporto in strutture a bassa dimensionalità in silicio; (iv) la realizzazione di nuovi materili e strutture fotoniche per l’amplificazione ottica; (v)la realizzazione di dispositivi al silicio elettroluminescenti con elevata efficienza quantica; (vi) lo studio di nuovi materiali per il fotovoltaico di III generazione.

Risultati attesi nell’anno Tra i risultati attesi nel 2009, si prevede di: - comprendere i meccanismi microscopici alla base della diffusione del B in Ge e l’eventuale ruolo che i difetti presenti nel materiale possono avere su di essa - comprendere i meccanismi che regolano il comportamento di altri droganti come il Ga in germanio, eventualmente evidenziandone i vantaggi rispetto agli altri droganti di tipo p. - avere una più profonda comprensione della dipendenza della cinetica di transizione dal grado di rilassamento della lega Ge2Sb2Te5 al fine di valutare la potenzialità, in termini di stabilità, delle memorie multilivello a base calcogenura. - ottimizzare le proprietà strutturali ed ottiche di strutture di tipo SOI (silicon-on-insulator) in cui lo strato di Si è drogato con Er. Lo scopo è di avere tutto l’Er introdotto in Si cristallino otticamente attivo, almeno a temperature criogeniche. È questo il primo risultato da conseguire prima di realizzare, tramite litografia a fascio elettronico, delle nano cavità fotoniche. - Crescere e caratterizzare, sia strutturalmente che otticamente, film sottili di ossido o silicato di ittrio drogati con Er. L’obiettivo è di ottenere una elevata frazione di Er eccitabile, maggiore di quella presente nei materiali usati commercialmente per le telecomunicazioni. - Controllare la crescita e l’orientazione di nanowire di silicio tramite deposizione con fascio elettronico - Comprendere le proprietà di assorbimento e trasporto elettrico in nanostrutture di interesse per il fotovoltaico

Potenziale impiego - per processi produttivi I risultati conseguiti avranno potenziali applicazioni nella fabbricazione di dispositivi elettronici, fotonici e fotovoltaici innovativi e saranno pertanto di interesse per l’industria microelettronica, optoelettronica e del l’energia solare. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Moduli

Modulo: Controllo su scala atomica dei materiali per dispositivi innovativi elettronici e fotonici basati su silicio.

Istituto esecutore: Centro di responsabilità scientifica INFM Luogo di svolgimento attività: CRS MATIS


TRASPORTO IN MOS SCALATI E NUOVE STRUTTURE Dati generali

Progetto: Microelettronica, Sensori e Microsistemi Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: SALVATORE LOMBARDO Temi

Tematiche di ricerca FET MULTIGATE. Attività associata al Progetto FINFLASH: studio di una architettura di cella di memoria non volatile (NVM) per superare i limiti di scaling delle FLASH oltre il nodo tecnologico di 28 nm, valutando l’architettura FINFET, tra le più promettenti per superare i limiti di scaling dei CMOS. Strutture tipo cross-bar per memorie tipo resistive switching. NANOLITOGRAFIA con copolimeri a blocchi per definire array ordinate di nanostrutture e sistemi molecolari. Applicazioni della tecnica a leghe GeSbTe, SiGe, e molecole. DIELETTRICI. L’attività verterà su: intrappolamento di carica in dielettrici inter-poly e di controllo per celle NVM e affidabilità e breakdown in metal gate ‘ high-k per CMOS avanzati. MEMORIE NVM BASATE SU TRAPPOLE DISCRETE. Studio di affidabilità e radiation hardness di memorie NROM o a nanocristalli. NUOVI SENSORI. Caratterizzazione di fotorivelatori di Si per singolo fotone operanti in Geiger mode. Determinazione dei meccanismi di riconoscimento di biomolecole (DNA, proteine, tossine, ecc.) in liquidi, e trasduzione elettrica del segnale. Progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di sensori in tecnologia planare atti al loro monitoraggio.

Stato dell’arte In generale, lo scaling dei CMOS e delle Flash rappresenta uno dei più grandi settori della ricerca in microelettronica. Lo scaling dei dielettrici e gli effetti di canale corto richiedono ormai innovazioni radicali. Le soluzioni non sono note e c’è molto interesse a trovarle, date le grandi prospettive che la microelettronica continua ad offrire. In particolare, riguardo alle NVM, su memorie a quantum dot di Si o a trappole discrete numerose aziende (STM, Freescale, AMD, Samsung, Infineon, Qimonda, etc) hanno programmi di ricerca e sviluppo o primi prodotti. Su affidabilità in dielettrici e multi-gate FET tutte le principali aziende di microelettronica, e i più grandi laboratori di ricerca ed università svolgono una notevole attività. Il nostro gruppo opera in questi settori, ed ha acquisito competenza e visibilità internazionale in settori quali l’affidabilità dei dielettrici di gate per CMOS e NVM e la sintesi di nanocristalli di Si su ossido. L’attività del gruppo sta adesso iniziando ad allargarsi verso le architetture multi-gate, nuove tecniche di self-assembling per realizzare nanostrutture con tecniche bottom-up, e applicazioni di queste tecniche. Azioni



Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le competenze del gruppo sono orientate al settore delle nanotecnologie per microlettronica e della caratterizzazione elettrica e strutturale di dispositivi a semiconduttore. I programmi in corso richiedono competenze nel settore fisica dei dispositivi elettronici, della scienza dei materiali, affidabilità dei dielettrici in MOS, realizzazione di strumentazione per misure su dispositivi, biotecnologie, e nuove tecniche analitiche di microscopia su nanostrutture. Le tecnologie adoperate nell’attività sono la tecnologia planare microelettronica, nell’ambito dell’istituto, ma soprattutto in collaborazione con altri enti (STMicroelectronics), e in modo particolare la CVD per realizzare quantum dot. Le tecniche di indagini adoperate sono essenzialmente misure elettriche in materiali e dispositivi a semiconduttore, TEM, e microscopia a scansione di sonda. Le attività suddette verranno effettuate da personale del CNR con l’ausilio di personale esterno ed in particolare con l’apporto delle seguenti persone: F. Crupi, C. Pace, D. Corso, G. Nicotra, S. Aurite, P. La Fata, R. Pagano, M. Fichera, V. Aiello descritte nell’elenco del personale esterno che partecipa alle attività dell’Istituto

Strumentazione La strumentazione a disposizione del gruppo è fondamentalmente orientata verso la caratterizzazione di materiali e dispositivi semiconduttori. Sono disponibili quattro probe station per la caratterizzazione elettrica wafer level, con ampie capability in termini di range di temperatura (da 10 K a 200 °C), range di tensioni (da 10 uV a 1100 V) e correnti (da 1 fA a 10 A)DC, sistemi RF (vettoriale fino 20 GHz), misure LCR, impulsatori, amplificatori, oscilloscopi, misure risolte in tempo


(fino 1 ns di risoluzione), DLTS, etc. La commessa dispone anche di due banchi per misure ottiche nel visibile, UV, e vicino IR, (foto- ed eletroluminescenza, spettroscopia ottica, misura su fibra). Accanto a queste facility, il gruppo ha pieno accesso alle altre strutture dell’istituto, e in particolare al TEM (FEG, LaB6, e STEM), alla clean-room dello IMM - sezione di Catania, e all’impiantatore ionico ad alta energia. Oltre che ad un pieno accesso alle strutture dell’IMM, per quanto concerne la realizzazione di materiali e dispositivi avanzati, la commessa si avvale della collaborazione con enti esterni quali la STMicroelectronics, Catania e Agrate, il LETI, la IBM, la Tower, la Sematech.


Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) Per quanto riguarda l’attività sulle memorie, questa è svolta ormai da alcuni anni in collaborazione con la STMicroelectronics. Inoltre, sempre riguardo alle NVM, è in corso un contratto con il LETI (Grenoble), riguardo alla caratterizzazione di nanocristalli mediante TEM e la valutazione elettrico-affidabilistica di multi-strati high-k per barriere tunnel e dielettrici di controllo. Di recente è stata anche iniziata una nuova collaborazione, con la Tower Semiconductors (Haifa) che svolge da tempo un’attività R&D rilevante nel settore delle memorie NROM per applicazioni embedded. Nell’ambito dello stesso programma ci si aspetta di iniziare un’attività in collaborazione con Tecnosystem, una ditta italiana che si occupa della realizzazione di elettronica per satelliti. Per i FET MULTIGATE, l’attività, nata nel 2005, è associata al Progetto Europeo FINFLASH (vedi http://www.imm.cnr.it/imm/progetti/projects/FinFLASH/index.html), recentemente iniziato e coordinato dal CNR e con partner la STMicroelectronics (Catania), il CEA-LETI (Grenoble), l’IMEC (Leuven), La SILVACO (Grenoble, Francia e St. Ives), e l’Università di Pisa. L’attività sugli ossidi è svolta in collaborazione con IBM-Yorktown (USA) e la Sematech (Austin). Accanto ai programmi con l’industria e laboratori di ricerca, c’è anche una notevole attività di collaborazione con l’Universita di Catania e l’Università di Rende. Per quanto riguarda le attività sui sensori le collaborazioni sono con il Laboratorio di superfici e interfacce (SUPERLAB) del consorzio Catania Ricerche; Università di Catania, Dip. di Scienze Biomediche, Dip. di chimica Biologica, chimica medica e biologia molecolare, Dip. di chimica. Università di Palermo, Dip. di Ingegneria Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni.

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate Proposta di progetto industriale Proposte per progetti nazionali-regionali Preparazione di nuove proposte per FP7

Finalità

Obiettivi FET MULTIGATE: Studiare una nuova architettura di cella di memoria non volatile (NVM) per superare i limiti di scaling delle FLASH che si porranno oltre il nodo tecnologico di 28 nm (anno 2012 e oltre). NANOLITOGRAFIA con copolimeri a blocchi per definire array ordinate di nanostrutture e sistemi molecolari. Applicazioni della tecnica a leghe GeSbTe e SiGe. DIELETTRICI: Studio dell’intrappolamento di carica in dielettrici inter-poly e di controllo per celle NVM e affidabilità e breakdown in metal gate ‘ high-k per CMOS avanzati. MEMORIE NVM BASATE SU TRAPPOLE DISCRETE: Studio dell’affidabilità di memorie NROM o a nanocristalli. Studio dell’effetto di radiazioni ionizzanti per valutare la radiation hardness. NUOVI SENSORI: Caratterizzazione di fotorivelatori di Si per singolo fotone operanti in Geiger mode. Fabbricazione di un dispositivo di tipo MOS che funga da piattaforma su cui “integrare” la parte organica da utilizzare per il funzionamento come sensore. Si vogliono determinare i processi ottimali per la funzionalizzazione del layer sensibile del sensore che siano compatibili con la tecnologia planare.

Risultati attesi nell’anno

Potenziale impiego - per processi produttivi Le memorie a trappole discrete (SONOS, NROM, nanocristalli), dati i vantaggi in termini di soppressione delle capacità parassite, compattezza della cella, e maggiore affidabilità, sono già di grande interesse per l’industria della VLSI, come testimoniato dalla presenza di grandi programmi di sviluppo in numerose aziende importanti e dalla presenza di primi prodotti. Il know-how in questo settore porterebbe vantaggi all’industria nazionale, data la possibilità di introdurre nuovi prodotti nell’ambito VLSI, anche nel caso in cui una grossa fetta della produzione di memorie venisse spostata in Oriente. Un discorso analogo vale per lo sviluppo dei dispositivi FINFLASH. L’attività di studio della radiation hardness in collaborazione con la Tower e la Tecnosystem potrebbe avere come ricaduta la realizzazione di memorie NROM con elevata affidabilità rispetto all’esposizione a radiazioni ionizzanti. L’attività sugli APD operanti in modo Geiger potrebbe avere ricadute industriali nel settore dei dispositivi discreti. I biosensori


MOS hanno un grande interesse per il settore sensoristico dato l’impiego della tecnologia planare, una tra le più importanti tecniche dell’industria moderna. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Le attività in questione possono contribuire positivamente allo sviluppo dell’industria microelettronica e delle piccole-medie imprese correlate. Ne seguirebbe quasi certamente un impatto positivo nel livello occupazionale. Inoltre, una forte microelettronica è a sua volta un ingrediente importante, probabilmente essenziale, per lo sviluppo complessivo dell’industria elettronica e in generale del settore manifatturiero e dell’intrattenimento. Queste industrie rappresentano il core della società dell’informazione, ed hanno un importantissimo impatto positivo sulla collettività, contribuendo a migliorare la vita di tutti, per il lavoro, la salute, il divertimento, etc. Tecnologie che consentano alte performance e basso costo nei biosensori avrebbero ovviamente un immediato impatto sulla comunità per il controllo ambientale, salute, etc., oltrechè grande interesse per l’industria manufatturiera che lavora nel settore hi-tech. Moduli

Modulo: TRASPORTO IN MOS SCALATI E NUOVE STRUTTURE Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Nuovi sensori in tecnologia planare Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Nuovi processi e attrezzature avanzate per la produzione di wafer di Carburo di Silicio Dati generali

Progetto: Microelettronica, Sensori e Microsistemi Tipologia di ricerca: Progetti di sviluppo competenze Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: FRANCESCO LA VIA Temi

Tematiche di ricerca L’attività di ricerca verrà focalizzata sulle seguenti attività: a) processi di crescita di substrati SiC; b) processi epitassiali SiC/SiC; c) processi epitassiali SiC/Si; d) simulazione numerica dei processi di crescita; e) caratterizzazione ottica dei semiconduttori ad ampia gap; f) caratterizzazione elettrica dei semiconduttori ad ampia gap mediante dispositivi test; g) caratterizzazione mediante spettroscopia X dei semiconduttori ad ampia gap; h) caratterizzazioni delle superfici i) sviluppo di tecniche di analisi in situ; j) sviluppo di reattori epitassiali e per la crescita dei cristalli.

Stato dell’arte Attualmente il carburo di silicio è disponibile in commercio a prezzi molto elevati e con volumi di produzione limitati. Le dimensioni dei substrati è limitata tipicamente a 2 e 3 pollici di diametro e la loro difettosità è molto alta. Alcuni di questi difetti (micropipes) influenzano notevolmente le rese elettriche dei dispositivi realizzati su carburo di silicio. Inoltre si riescono a crescere lingotti cristallini di limitata lunghezza che permettono di ottenere un numero limitato di wafer da ogni crescita. Per quanto riguarda l’epitassia i problemi principali sono legati alla bassa velocità di crescita (tipicamente 5-6 um/h), al non perfetto controllo della concentrazione di drogante (disuniformità maggiori del 10%) ed alla formazione di particolato durante il processo di crescita. Questi problemi determinano un alto costo del processo legato alla bassa produttività dei reattori e una bassa resa dei dispositivi realizzati su queste epitassie. Azioni

Attività da svolgere Nel corso del 2009 l’attività della commessa si focalizzerà su quattro obbiettivi: Sviluppo di un processo di omo-epitassia mediante l’utilizzo del triclorosilano (TCS); Sviluppo di un processo di crescita bulk per 4H-SiC; Sviluppo di un processo di etero-epitassia SiC/Si su substrati compiacenti; Sviluppo di un codice Montecarlo per la simulazione della crescita del SiC. Per quanto riguarda il primo obbiettivo si cercherà di massimizzare la velocità di crescita ed, allo stesso tempo, si cercherà di ridurre la difettosità del materiale cresciuto anche grazie a tecniche di analisi in situ. Per quanto riguarda il processo di crescita bulk verrà installato nei primi mesi del 2009 presso ETC un nuovo reattore per la crescita di lingotti di SiC di 3-4 pollici di diametro. Verrà quindi effettuata una notevole attività di messa a punto del processo di crescita per la riduzione dei difetti. Nel processo di etero-epitassia si cercherà di utilizzare dei substrati compiacenti per ridurre la difettosità dello strato di SiC e lo stress indotto dal processo di crescita. Infine il codice Montecarlo per la simulazione della crescita del carburo di silicio verrà ulteriormente affinato e verranno verificati i principali parametri fisici mediante esperimenti o simulazioni di dinamica molecolare.



Strumentazione



Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) L’attività di ricerca sarà svolta in stretta collaborazione con l’Epitaxial Technology Center (ETC) del gruppo LPE e con la Numidia S.r.l. La ETC sviluppa e commercializza reattori epitassiali per silicio ed è il terzo produttore mondiale di tali apparecchiature. Negli ultimi anni è stata avviata una notevole attività di ricerca nel campo del carburo di silicio. Nell’ambito di questa attività è stato sviluppato un primo prototipo di reattore epitassiale per il carburo di silicio in collaborazione con il CNR-IMM, il Dipartimento di Fisica dell’Università di Catania, il Politecnico di Milano e la LPE di Bollate (Mi). A fine 2005 è stata completata la realizzazione di un primo prototipo di reattore verticale per la crescita di cristalli di SiC che verrà testato nel prossimo anno. La Numidia S.r.l. è una società che sviluppa codici di simulazione parallela. La sua attività è stata incentrata sulla simulazione di motori a scoppio e sulle simulazioni fluidodinamiche per le automobili. Negli ultimi tempi sta diversificando la sua attività e stà sviluppando dei codici per la simulazione dei processi fluidodinamici e termodinamici all’interno dei reattori epitassiali.

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate Alla fine del 2008 sono stati presentati due nuovi progetti nell’ambito dell’Industria 2015. Il primo riguarda la realizzazione di un sensore di pressione per automotive. Questo sensore dovrebbe essere posizionato all’interno del cilindro dei motori a scoppio e potrebbe rappresentare un notevole progresso nell’ambito dei motori perché potrebbe determinare sia una notevole riduzione dei consumi, sia un aumento delle prestazioni, sia infine una diminuzione dell’inquinamento legato ai gas residui. In questo abito l’attività della commessa riguarda lo sviluppo dei processi di deposizione del SiC 3C monocristallino o policristallino su wafer di silicio e lo sviluppo di alcuni processi di fabbricazione del sensore. Il secondo progetto riguarda invece la realizzazione di motori elettrici per uso industriale a basso consumo che si basano su elettronica di potenza realizzata su substrati di SiC. In quest’ambito l’attività della commessa sarà quella di sviluppare nuovi processi di crescita bulk ed epitassiali su wafer da 4 pollici di diametro per il raggiungimento degli obbiettivi del progetto. Inoltre all’inizio del 2009 la commessa parteciperà ai nuovi progetti POR Sicilia in cui si cercherà di sviluppare la sensoristica su carburo di silicio e nuovi processi per dispositivi di altissima tensione (10 KV) e per rivelatori di raggi X.

Finalità

Obiettivi Gli obbiettivi della commessa nel triennio 2009-2011 sono i seguenti: a) sviluppare un reattore per la crescita di cristalli di carburo di silicio con i relativi processi di crescita; b) sviluppare un reattore epitassiale con il relativo processo di crescita omo-epitassiale SiC/SiC; c) sviluppare un processo di crescita etero-epitassiale SiC/Si; d) sviluppare dei codici di simulazione parallela dei processi di crescita del carburo di silicio; e) sviluppare dei codici di simulazione parallela per la progettazione di reattori CVD per il carburo di silicio; f) implementare nuove tecniche di caratterizzazione per lo sviluppo dei processi di crescita del carburo di silicio. Il raggiungimento di questi obbiettivi dovrà permettere di aumentare il diametro dei wafer di carburo di silicio, diminuirne la difettosità con un conseguente aumento delle rese dei dispositivi e diminuire allo stesso tempo i costi di produzione dei wafer.

Risultati attesi nell’anno Nel corso del 2009 si prevede di ottenere notevoli miglioramenti del processo di epitassia su wafer da tre e quattro pollici con il processo con il triclorosilano. Queste ottimizzazioni saranno anche possibili grazie all’acquisizione del sistema per mappature di fotoluminescenza a temperatura ambiente che è stato acquisito a fine 2008 ed a un diffrattrometro X che verrà acquisito nel corso dell’anno. Verrà inoltre sviluppato nel corso dell’anno anche un processo di crescita per i substrati di tre e quattro pollici. Su questa nuova attività verrà focalizzata l’attività principale della commessa nei prossimi anni dal momento che questa è l’attività principale del Laboratorio Pubblico-Privato che è la principale fonte di finanziamento della commessa. Inoltre, i progressi effettuati negli ultimi mesi sul fronte dell’etero-epitassia e le notevoli collaborazioni instaurate con l’Università di Tampa (Florida), permettono di prevedere che nel corso dell’anno verrà ottimizzato un primo processo di crescita etero-epitassiale su substrati compiacenti molto interessante e che potrebbe permettere, nel giro di qualche anno, di ottenere dei substrati di SiC 3C con diametro superiore ai sei pollici e con buona qualità cristallografica e basso stress.


Potenziale impiego - per processi produttivi Tra gli obbiettivi della commessa c’è lo sviluppo di reattori epitassiali per la crescita del carburo di silicio e di reattori per la crescita dei cristall in collaborazione con la ETCi. Tali attrezzature permetteranno lo sviluppo dei processi di crescita del carburo di silicio, sia per quanto riguarda la crescita dei substrati sia per quanto riguarda la crescita delle epitassie. Tali processi sono i processi che limitano la diffusione dei dispositivi su SiC. Infatti, sia il piccolo diametro dei substrati (3 pollici) , sia l’alto costo e l’alta difettosità non hanno permesso un rapido sviluppo dei dispositivi realizzati su questo nuovo semiconduttore nonostante le alte prestazioni dei dispositivi. La realizzazione degli obbiettivi della nostra attività di ricerca dovrebbe permettere di risolvere queste problematiche con un notevole sviluppo delle attività produttive legate al SiC e quindi con una notevole ricaduta occupazionale nel medio periodo. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Lo sviluppo dell’attività di ricerca qui presentata permetterà la realizzazione e la successiva commercializzazione di dispositivi di potenza su SiC che troveranno il loro impiego principale nel campo del trasporto dell’energia, dell’alimentazione elettrica dei prodotti per l’elettronica di consumo, nella sensoristica per l’automobile, ‘ Tutti questi dispositivi permetteranno una notevole riduzione dei consumi di energia elettrica, della potenza dissipata e dell’inquinamento ambientale. Moduli

Modulo: Nuovi processi e attrezzature per la produzione di wafer di Carburo di Silicio

Istituto esecutore: Istituto per la microelettronica e microsistemi Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Sistemi confinati, fenomeni critici e dinamica coerente Dati generali

Progetto: Nanoscienze e nanotecnologie Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Centro di responsabilità scientifica INFM Sede principale svolgimento: CRS MATIS Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: GIUSEPPE FALCI Temi

Tematiche di ricerca Le tematiche di ricerca sono riassunte dalle seguenti linee: (1) Controllo quantistico di nanodispositivi coerenti: design di sistemi accoppiati di qubit single-electron e/o dispositivi nanoelettromeccanici per protocolli di controllo avanzato; effetti del rumore broadband e correlato in reti di nanodispositivi quantistici. Porte logiche adiabatiche. Performance di protocolli multiqubit in presenza di rumore a larga banda. (2) Design di sensori mesoscopici per la misura di rumore quantistico nello stato solido e studio dei limiti imposti dalla backaction. (3) Modelli di canali a stato solido con memoria per Comunicazione quantistica in canali a stato solido: modelli hamiltoniani di rumore con effetti di memoria. (4) Controllo quantistico di fotocorrenti in sistemi di molte particelle chirali (graphene). (5) Fisica di clusters e di nano strutture. Spettroscopie Raman, PL, XAFS, XPS. Produzione di nano cristalli in UHV. (6) Sistemi quantistici fortemente correlati. Entanglement in sistemi di molti corpi. Fenomeni non perturbativi in fisica dello stato condensato a bassa dimensionalità.

Stato dell’arte La fabbricazione di sistemi nanometrici ed il controllo della loro dinamica coerente sono argomenti centrali nel settore delle nanotecnologie. Passi importanti in questa direzione sono stati compiuti negli ultimi anni, con la dimostrazione di dinamica coerente in nanodispositivi. Nel contempo sono state sviluppate varie tecniche, ad esempio nel settore delle misure ultrasensibili di carica e momenti superiori del rumore. L’impegno finanziario nel settore di istituzioni ed agenzie, è attualmente volto allo sviluppo della fabbricazione e del controllo di sistemi multiqubit, e dell’integrazione di sistemi coerenti su differenti piattaforme. Il grande problema è quello di ottimizzare la possibilità di accoppiamenti forti con la presenza di porte per il rumore. In parallelo la possibilità di impiego di tecniche basate sullo entanglement per la realizzazione di obiettivi di natura tecnologica, ha stimolato l’emergenza del nuovo settore delle Quantum Technologies. Infine la disponibilità di nuovi materiali con portatori di carica chirali, come la graphene recentemente isolata in singoli strati, ha aperto nuove possibilità di controllo quantistico di gradi di libertà microscopici.


Azioni

Attività da svolgere Intendiamo sviluppare l’attività futura secondo le linee illustrate in seguito. Ciascuna linea corrisponde ad un ricercatore (personale strutturato e post-doc) attualmente facente parte dell’unità, ad esclusione del coordinatore, e sarà modulata in dipendenza dal personale disponibile in futuro e dalla disponibilità di nuove attrezzature per il calcolo numerico. A) Rumore quantistico in sistemi a stato solido. Due argomenti principali sono: rumore quantistico a larga banda in dispositivi a più qubit e il modo in cui esso viene scalato con le dimensioni del sistema; misuratori di correlazioni di ordine elevato in sistemi mesoscopici. B) Controllo avanzato in nanodispositivi coerenti (perlopiù superconduttori – SC). Studieremo architetture che consentano di dimostrare protocolli di ottica quantistica in nanodispositivi. Abbiamo già studiato diversi protocolli (STIRAP, generazione di singolo fotone e “electron shelving”) in dispositivi “circuit-QED” superconduttivi dove sono stati esplorati regimi di accoppiamento e rumore nuovi rispetto all’ottica quantistica. In prospettiva analizzeremo la possibilità di progettare l’accoppiamento fra nanodispositivi basati su diverse piattaforme (SC- sistemi nanomeccanici, SC-trappole atomiche). C) Coerenza e controllo in nuovi materiali. Studieremo il problema del controllo quantistico delle foto-correnti dovute a particelle chirali pseudorelativistiche in sistemi a stato solido. Abbiamo già studiato lo “Zitterbewegung” in presenza di rumore quantistico in un singolo foglio di grafene, recentemente isolato. Intendiamo studiare la possibilità di individuare sperimentalmente lo Zitterbewegung. Esistono inoltre altri sistemi potenzialmente in grado di dimostrare la stessa fisica, quali elettroni Rashba-Dresselhaus, “heavy holes” in buche quantistiche, doppio strato di grafene e interfacce SC-ferromagnetico. D) Comunicazione quantistica. Recentemente è stato affrontato il problema degli effetti di memoria in comunicazione quantistica attraverso lo studio di mappe correlate per il trasferimento dell’informazione. Abbiamo studiato modelli Hamiltoniani di canali quantistici con l’obiettivo di un’analisi vicina a situazioni reali. Intendiamo sviluppare questo punto di vista e in particolare studiare la simultanea presenza di effetti di depolarizzaione e defasamento in un sistema realistico. E) Dinamica di sistemi di molti corpi vicino ad una transizione di fase quantistica. Si prenderà in considerazione il fenomeno della generazione di eccitazioni (difetti) dovuta all’attraversamento di una transizione di fase. Si studieranno in particolare gli effetti di tale attraversamento in prossimità di un punto critico quantistico per transizioni ordine-disordine e topologiche. F) Ordine topologico in sistemi di atomi freddi. Si studieranno protocolli per mettere in luce fasi topologiche in sistemi di atomi bosonici. In particolare si prenderà in esame la ‘instabilità modulazionalè ed il profilo di densità che si manifesta a seguito di una rotazione della trappola ottica. G) Entanglement in sistemi di molti corpi. Si intende mettere in luce i fenomeni fisici emergenti dalle proprietà di dell’entanglement codificato negli stati del sistema. Per questo si analizzeranno i diagrammi di fase delle catene magnetiche. Risultati esatti per i modelli spin-bosone. Si intende studiare lo scattering inverso di sistemi di molti spin e bosoni interagenti. Particolare attenzione sarà rivolta all’ applicazione del ‘functional Bethe ansatz’. H) Studio Raman e PL da nano cristalli. Modelli per la spiegazione dei risultati.

Punti critici e azioni da svolgere Questa ricerca è stata progettata in modo da poter fornire un prodotto a dispetto delle forti carenze nella struttura di sostegno e della apparente mancanza di prospettive. Il punto critico è il fatto che vengono a mancare ricercatori non strutturati, giovani ma già formati ed esperti nel settore, che sono costretti a valutare le prospettive a loro offerte. Bisognerà quindi esportare idee e metodi, per potersi avvalere di collaborazioni e risorse umane di altra provenienza. Allo scopo sono in fase di perfezionamento accordi quadro con le Università di Regensburg, Karlsruhe, Marsiglia, Tokyo Waseda, Campinas per scambi di studenti e ricercatori, e per concorrere a finanziamenti di progetti bilaterali.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine I gruppi teorici della commessa possiedono competenze specifiche nella fisica dei sistemi elettronici confinati, nella dinamica dei sistemi Josephson mesoscopici, in transizioni di fase quantistiche, su metodi di soluzione esatta di sistemi integrabili per elettroni fortemente correlati. Ciò è chiaramente dimostrato dal numero di pubblicazioni dei partecipanti, in riviste internazionali a grande fattore di impatto e numero di citazioni (ad esempio G. Falci et. al., Nature 407, 355 (2000); A. Osterloh et al., Nature 416, 608 (2002); E. Paladino et al. Phys. Rev. Lett. 88, 228304 (2002); L. Amico et al. Rev. Mod. Phys. 80, 517 (2008)). È anche presente una specifica competenza su metodi numerici, e sono stati recentemente sviluppati codici per la simulazione di dinamica quantistica con rumore correlato. Sono presenti infine competenze su Bethe ansatz, teorie di campo integrabili e scattering inverso quantistico. La parte sperimentale possiede una ben consolidata esperienza in metodologie di sintesi e analisi di nanostrutture: fisica di clusters e di nano strutture, spettroscopie Raman, PL, XAFS, XPS, produzione di nano cristalli in UHV.


Strumentazione Strumentazione: - Macchina Cleta per la deposizione in UHV di clusters metallici e semiconduttori. (Fondi Europei 2000). - Apparato microRaman (fondi POR 2008) - Apparato STM (fondi INFM-Matis 2007) - 1 workstation e 2 PC multiprocessore per calcolo numerico.

Tecniche di indagine Le ricerche sperimentali utilizzeranno metodologie di fabbricazione e analise di nanostrutture integrate da modellistica.

Tecnologie Le ricerche teoriche utilizzeranno metodi analitici e numerici quali: metodi per lo studio della dinamica di sistemi quantistici dissipativi quali “real-time path-integral approach”, inoltre si sfrutteranno metodi di calcolo sviluppati inzialmente per lo studio di dispositivi di ottica quantistica quali “master equation” successivamente generalizzati per lo studio di sistemi a stato solido in cui sono presenti forti effetti non-Markoviani. Fra i metodi numerici ci si avvarrà di simulazioni stocastiche della dinamica di sistemi complessi in presenza di rumore classico correlato e non (“stochastic Schroedinger equation”). Si adopereranno anche metodi numerici di diagonalizzazione esatta. Metodi di analisi non perturbativa di sistemi quantistici di molti corpi. Lo studio è supportato da tecniche di calcolo numerico.

Collaborazioni (partner e committenti) La ricerca sarà effettuata in collaborazione con vari enti pubblici nazionali e internazionale, e nel quadro del Progetto Integrato UE EuroSQIP. Su dinamica quantistica dissipativa e controllo avanzato: - Uni-Stuttgart (U. Weiss) - Uni-Regensburg (M. Grifoni, J. Siewert) - NEST (R. Fazio, M. G. Palma) - LAMIA (M. Sassetti) - Uni-Bari (S. Pascazio) . Su nanodispositivi coerenti accoppiati a superconduttore: - NTT-BRL Atsugi (K. Semba) - CNRS-Saclay (Quantronics group) - Uni-Chalmers-Gotheborg (P. Delsing) - Delft Univ. of Technology (Kavli Inst.) Su misura di momenti superiori nelle correlazioni di rumore quantistico: - Universitè de la Mediterranée, Marseille (T. Martin) Su canali quantistici con memoria: - Uni-Insubria-Como (G. Benenti, G. Casati) Su dinamica controllo di quasiparticelle in graphene: - Uni-Lancaster (V. Falko) Su aratterizzazioni XPS, UPS, EXAFS, GIXRD e Spettromicroscopia LdS: - Elettra - ESRF Su entanglement: - NEST-Scuola Normale Superiore Pisa (R. Fazio). - LENS Firenze (F. Cataliotti). - SISSA-ICTP Trieste (A. Silva, G. Santoro). - Center for Quantum Technologies, Singapore (V. Vedral) - Univ. Complutense Madrid (M.A. Martin-Delgado, F. Sols) - Uni-Hannover (H.Frahm, A. Osterloh)

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate Partecipazione a prossime call della Unione Europea per Quantum Information Foundations and Technologies (QIFT) in “Quantum Technologies” e per ICT-2009.3.8 in “Disruptive/cutting edge photonic technologies & materials”. Partecipazioni a prossime call PRIN-MIUR.


Finalità

Obiettivi (1) Proposte di implementazione in stato solido di protocolli avanzati di controllo quantistico(STIRAP, algoritmo di Deutch), in presenza di rumore a larga banda. (2) Analisi dei limiti imposti dalla backaction per l’uso di oscillatori (lineari e non lineari) nella misura di momenti di ordine superiore del rumore in sistemi mesoscopici. (3) Elaborazione di un modello hamiltoniano di canali di defasamento e depolarizzazione con memoria ed effetto nella trasmissione di informazione quantistica con bus e ripetitori). (4) Analisi e proposta di esperimento per il controllo quantistico di fotocorrenti in graphene. (5) Produzione di Quantum Dot e clusters con taglia controllabile nei 2-10 nm con dispersione nella dimensione dei QD < 10%. (6) Studio teorico del rapporto tra entanglement e criticalità in sistemi quantistici a molti corpi e di simulatori quantistici della dinamica di sistemi critici.

Risultati attesi nell’anno (1) Proposte di implementazione in stato solido di protocolli avanzati di controllo quantistico (STIRAP, algoritmo di Deutch), in presenza di rumore a larga banda. (2) Analisi dei limiti imposti dalla backaction per l’uso di oscillatori (lineari e non lineari) nella misura di momenti di ordine superiore del rumore in sistemi mesoscopici. (3) Elaborazione di un modello hamiltoniano di canali di defasamento e depolarizzazione con memoria ed effetto nella trasmissione di informazione quantistica con bus e ripetitori. (4) Analisi e proposta di esperimento per il controllo quantistico di fotocorrenti in graphene. (5) Produzione di Quantum Dot e clusters con taglia controllabile nei 2-10 nm con dispersione nella dimensione dei QD < 10%. Studio Raman e PL da nano cristalli. Modelli per la spiegazione dei risultati. (6) Quantum quench in sistemi con ordine topologico. Si mostra che la presenza di stati di bordo, caratteristici di sistemi con una topologia non banale, inducono una densità di difetti che si discosta dalla legge di scaling di Kibble-Zurek. (7) Fasi di Haldane in sistemi bosonici fortemente correlati. Si predice l’esistenza di una fase con ordine di tipo di haldane in sistemi di bosoni fortemente correlati. Si particolarizza la teoria a sistemi di atomi freddi. (8) Entanglement in sistemi con ordine topologico Si dimostra che i sistemi con ordine topologico sono caratterizzati da stati che presentano un’entanglement di bordo. (9) Studio teorico del rapporto tra entanglement e criticalità in sistemi quantistici a molti corpi e di simulatori quantistici della dinamica di sistemi critici.

Potenziale impiego - per processi produttivi I risultati sperimentali conseguiti avranno potenziali applicazioni nella tecnologia del materiali per l’elettronica, di interesse per l’industria microelettronica. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Mantenere un polo orientato verso le tecnologie avanzate in una regione meno favorita economicamente. Moduli

Modulo: Sistemi confinati, fenomeni critici e dinamica coerente Istituto esecutore: Centro di responsabilità scientifica INFM Luogo di svolgimento attività: CRS MATIS


Markers molecolari nelle malattie ereditarie e tumori del Sistema Nervoso Dati generali

Progetto: Neuroscienze: basi molecolari ed applicazioni chimiche Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto di scienze neurologiche Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Medicina Responsabile indicato: MARIA VINCENZA CATANIA Temi

Tematiche di ricerca 1) Basi molecolari e interazioni cellulari che regolano la sopravvivenza e il differenziamento di diversi tipi di cellule neuronali e gliali (motoneuroni e cellule gliali del midollo spinale, neuroni ipotalamici ed ippocampali e olfactory ensheating cells); 2) Patogenesi dei tumori cerebrali; 3) Neurobiologia del ritardo mentale ereditario e in particolare studio dei meccanismi molecolari che sottendono le disfunzioni sinaptiche nella Sindrome del cromosoma X Fragile.

Stato dell'arte Le cause delle malattie ereditarie del sistema nervoso sono state in parte identificate, ma i meccanismi responsabili non sono stati chiariti nella maggior parte dei casi. La delucidazione dei meccanismi della sopravvivenza e differenziazione che si realizzano durante lo sviluppo è determinante per la comprensione sia dei fenomeni di neurodegenerazione che di tumorigenesi. Una aberrazione del normale programma differenziativo indirizzerebbe il neurone verso la morte piuttosto che verso la sopravvivenza. Inoltre, è stato proposto che i tumori cerebrali possano originare da mutazioni in cellule staminali. La tipizzazione di diversi tipi di cellule gliali in condizioni normali e patologiche è importante poiché le interazioni neuroni-glia supportano la sopravvivenza dei neuroni ma possono anche accelerare i meccanismi della neurodegenerazione. Una forma comune di ritardo mentale ereditario (RM) è la Sindrome del cromosoma X fragile (FRAX), che è causata dalla assenza di FMRP, una proteina che lega gli RNA e regola la sintesi proteica a livello sinaptico. Nel FRAX il RM può associarsi ad altri disturbi neurologici ed i meccanismi che sottendono le disfunzioni cerebrali sono poco noti. Azioni

Attività da svolgere Prevediamo la continuazione delle attività già iniziate : Studio delle interazioni neuroni-glia che regolano la sopravvivenza e la sensibilità ad insulti tossici dei motoneuroni spinali. Studio in vitro delle interazioni tra diversi tipi di cellule neuronali e gliali (cellule di Schwann e olfactory ensheathing cells) e dell'effetto di fattori di crescita su neuroni ottenuti da diverse aree encefaliche. La caratterizzazione biochimica e la individuazione di marcatori di cellule staminali tumorali sarà continuata in linee continue di gliomi e glioblastomi sia di ratto che umani in diverse condizioni di coltura . Studio dei meccanismi neurobiologici alla base della amplificazione delle risposte mediate dalla attivazione dei recettori metabotropici per il glutammato del gruppo I (mGlu-1, -5) nella sindrome FRAX. Messa a punto di gel bidimensionali per studi di proteomica su proteine sinaptiche estratte da aree cerebrali di topi FMR1 KO.

Punti critici e azioni da svolgere Esiguità del personale a tempo determinato da dedicare alle singole attività e conseguente necessità di un ampliamento del personale (tecnici e ricercatori). Esiguità delle risorse finanziarie interne. Mancanza di personale tecnico. Necessità dell'utilizzo dello stabulario, fondamentale per la tipologia delle attività svolte. Nel 2009 è previsto il trasferimento della sede amministrativa e l'allestimento di nuovi laboratori presso la nuova sede di via Gaifami con un conseguente inevitabile rallentamento delle attività sperimentali soprattutto nella prima parte del 2009. Inoltre da Novembre 2009 lo stabulario dell'Università di CT, che veniva utilizzato dai ricercatori ISN sulla base della convenzione con il Dipartimento di Scienze Fisiologiche e di un regolare progetto IACUC approvato dal ministero, risulta inagibile fino a data da stabilirsi. Ne risulta che l'unico stabulario utilizzabile è quello dell'Oasi di Troina, che oltre ad trovarsi a 75 Km di distanza da CT, non consente lo svolgimento di tutte le attività di ricerca dell'ISN. Sarà opportuno avviare tutte le procedure necessarie per la realizzazione di uno stabulario adiacente ai laboratori che consenta l'attuazione dei progetti di ricerca già finanziati.


Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Conoscenze nel settore della neurobiologia dello sviluppo e delle malattie del sistema nervoso, neuroanatomia, biologia cellulare, biochimica e farmacologia del sistema nervoso.

Strumentazione Microscopio rovesciato a luce trasmessa e fluorescenza Zeiss, Sistema MCID per analisi immagini, Microscopio confocale LSM 510 Meta Zeiss, retroilluminatore, Incubatore CO2, Cappa a flusso laminare Biohazard, Agitatore termostatato per colture cellulari, Bilance analitiche, Apparati per elettroforesi, Frigoriferi e congelatori, Microcentrifuga da tavolo, PCR express gradientblock, Centrifuga refrigerata, Cappa chimica, microtomo a vibrazione e Mc Ilwain tissue chopper, Stufa per ibridazione, spettrofotometro.

Tecniche di indagine Tecniche di biologia molecolare(RT-PCR, PCR, siRNA), Western blot, 2D-PAGE, Immunocito- ed immunoisto-chimica,ibridazione in situ, Preparazione colture cellulari primarie e in linea continua del Sistema Nervoso Osservazioni in Microscopia ottica a trasmissione, a fluorescenza e confocale

Tecnologie Microscopia ottica a trasmissione e a fluorescenza Microscopia confocale Acquisizione ed analisi computerizzata di immagini

Collaborazioni (partner e committenti) Dipartimento di Neuropatologia dell'Università di Amsterdam; Istituto di Genetica Clinica, Erasmus Università di Rotterdam; Unità di genetica e biologia molecolare del ritardo mentale, CNRS e Università di Nizza; Dipartimento di Scienze Chimiche dell'Università di Catania; Dipartimento di Scienze Farmacologiche dell'Università di Catania; Dipartimento di Scienze Fisiologiche dell'Università di Catania; Dipartimento di Scienze Fisiologiche e Farmacologiche dell'Università di Roma "La Sapienza" Dipartimento di Anatomia Umana dell'Università di Catania; Dipartimento di Fisiologia dell'Università di Sassari; Istituto di Neuroscienze del CNR; IRCSS Oasi Maria SS, Troina (EN); IRCSS Neuromed, Pozzilli (IS); Fondazione S.Lucia - IRCCS Roma

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Sono stati ottenuti e/o confermati i finanziamenti per la realizzazione dei seguenti progetti: 1. "Aspetti neurobiologici del ritardo mentale" convenzione con IRCSS - Oasi Maria SS per il 2008-2009. 2. progetto Telethon GGP07264 "Involvement of group-I metabotropic glutamate receptors in the pathophysiology of Fragile X syndrome"(2008-2010). 3. progetto di ricerca finalizzata del Ministero della Salute " Approccio multidisciplinare alla fisiopatologia della epilessia nella SIndrome FRAX"(2008-2009). 4. PRIN bando 2007 "Neurotransmitter-mediated modulation of AMPA receptor funtion: implication in physiological transmission and pathology" in collaborazione con la Prof. Lucia Ciranna (coordinatore)(2009-2010). 5. Fondazione Lejeune " Activity-dependent remodeling of dendritic spines, glutamate receptor targeting and Rho GTPase activation in a mouse model of FRAX syndrome" (2009). 6. contratto di ricerca con la Wyeth per la realizzazione del progetto "Establishment of confocal microscopy techniques aimed at studying the intracellular localization of fluorescent labelled drugs and identified biomarkers in tumor cells" Sono state avanzate le seguenti richieste di finanziamento: 1)Assessorato alla Sanità della regione Sicilia per uno studio su fibroblasti di pazienti affetti da ritardo mentale. 2) European Commission : FP-Health 2009 collaborative project (Large scale integrating project) 1.4-1 Cell therapy for tissue and organs- "Human Olfactory Ensheating Glia (hOEG) cell therapy"


Finalità

Obiettivi 1) Comprensione dei meccanismi molecolari che sottendono la vulnerabilità selettiva di tipi cellulari nelle malattie neurodegenerative; tipizzazione di cellule gliali in condizioni normali e patologiche e comprensione dei meccanismi che regolano le modificazioni delle interazioni neuroni-glia in condizioni normali e patologiche; 3) Individuazione di markers molecolari che permettano l'identificazione delle cellule cancerose staminali in tumori cerebrali; 3)Comprensione dei meccanismi molecolari che sottendono il ritardo mentale ereditario.

Risultati attesi nell'anno Analisi dei meccanismi biochimici, mediati dall'attivazione dei recettori metabotropici per il glutammato espressi su cellule gliali e motoneuroni, che regolano la sopravvivenza e la suscettibilità ad insulti tossici dei motoneuroni spinali e la risposta al dolore neuropatico. Definizione del ruolo di fattori di crescita di origine gliale nei fenomeni di sopravvivenza, collateralizzazione (sprouting) e differenziamento neuronale. Analisi di possibili marcatori delle cellule staminali cancerose in colture di gliomi. Ottimizzazione di protocolli per la preparazione di colture primarie da tumori cerebrali. Messa a punto di metodologie biochimiche per lo studio dell'espressione di proteine sinaptiche e dei meccanismi di trasduzione del segnale in un modello animale per la sindrome FRAX.

Potenziale impiego - per processi produttivi - - per risposte a bisogni individuali e collettivi La terapia delle malattie del sistema nervoso e dei tumori cerebrali è attualmente limitata. Lo studio delle interazioni cellulari e dei fattori trofici (o tossici) che possono influire sulla sopravvivenza delle cellule nervose può essere utile per l'identificazione di possibili meccanismi e target farmacologici nelle malattie neurodegenerative. La tipizzazione molecolare dei tipi neuronali resistenti e sensibili ad insulti specifici potrà consentirà l'identificazione di nuovi potenziali target farmacologici. L'identificazione e la tipizzazione delle "cellule cancerose staminali" è importante perchè essendo resistenti all'apoptosi indotta da farmaci e da trattamenti radioterapici, sono probabilmente responsabili delle recidive e sono considerate il potenziale "target" di future terapie antitumorali. Infine la comprensione dei meccanismi patogenetici del ritardo mentale potrà essere utile sia per sviluppare terapie farmacologiche specifiche, ma anche per comprendere le basi molecolari di altre patologie del sistema nervoso ampiamente diffuse nella popolazione e frequentemente associate al ritardo mentale quali epilessia, autismo, ADHD. Moduli

Modulo: Markers molecolari nelle malattie ereditarie e tumori del Sistema Nervoso Istituto esecutore: Istituto di scienze neurologiche Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania

Modulo: Costituenda Area comune ICTP-ICB-ISN di Via Gaifami - Catania Istituto esecutore: Istituto di scienze neurologiche Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania


Genomica funzionale delle malattie ereditarie del sistema nervoso Dati generali

Progetto: Medicina molecolare Tipologia di ricerca: Progetti di sviluppo competenze Istituto esecutore: Istituto di scienze neurologiche Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Medicina Responsabile indicato: SEBASTIANO CAVALLARO Temi

Tematiche di ricerca Le attività della presente commessa comprendono lo sviluppo e l’applicazione di tecnologie d’avanguardia per lo screening genomico al fine di permettere non solo la diagnosi, classificazione e prognosi di stati patologici, ma anche l’ottimizzazione di trattamenti terapeutici.

Stato dell'arte La sequenza completa del genoma umano e lo sviluppo di nuove tecnologie può trasformare completamente le modalità di approccio della medicina, sia nella diagnosi che nel trattamento delle malattie. Il gruppo è leader nel settore della genomica applicata alle neuroscienze e svolge il ruolo di collante interattivo tra la ricerca industriale da un lato e le sue applicazioni sanitarie dall’altra. Azioni

Attività da svolgere Le attività della presente commessa comprendono il monitoraggio e l'identificazione di profili genomici associati alle più rilevanti e diffuse patologie umane mediante l'applicazione e lo sviluppo delle tecnologie più innovative per lo screening genomico.

Punti critici e azioni da svolgere Per la loro complessità ed il costo della strumentazione, le piattaforme tecnologiche utilizzate in genomica sono spesso confinate a pochi laboratori di ricerca accademici ed industriali. Uno dei punti critici delle attività previste è quello di avvicinare le innovazioni tecnologiche nel campo della genomica al mondo sanitario ed al mondo industriale, per la realizzazione di nuovi strumenti diagnostici, prognostici, e per lo sviluppo di mirati protocolli terapeutici. Un altro tra i maggiori punti critici è il forte ritardo con cui i finanziamenti esterni vengono erogati, la scarsa programmazione e il mancato supporto di risorse interne che spesso impediscono il completo raggiungimento degli obiettivi realizzativi e delle attività di ricerca previste.


Strumentazione


Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) Blanchette Rockefeller Neuroscience Institute, USA; Erasmus University, Olanda; Howard Hughes Medical Institute, Emory University, USA; Johns Hopkins University, USA; National Institute of Neurological Disorders and Stroke, National Institute of Health, USA; SISSA, Trieste; STMicroelectronics, Catania; Sackler School of Medicine, Tel-Aviv University, Israele; Institute of Genetics and Neurology, Cipro.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Al fine di acquisire nuove entrate sono in itinere progetti di ricerca operativi nazionali (PON 2007-2013)


Finalità

Obiettivi L’obiettivo della presente commessa è rappresentato dallo sviluppo ed applicazione in campo sanitario di tecnologie d’avanguardia per lo screening genomico. L’idea che sta alla base dello screening genomico è quella di usare non più un singolo gene ma l’intero genoma come ‘sensore’ delle variazioni del genoma umano che predispongono o causano stati patologici.

Risultati attesi nell'anno Studi su scala genomica di patologie umane a carattere poligenico, per la realizzazione di nuovi mezzi diagnostici e prognostici, e per lo sviluppo di trattamenti terapeutici individualizzati. Allo screening genomico si affiancherà lo sviluppo di innovative tecnologie e sofisticati software per l'analisi delle informazioni di natura genomica.

Potenziale impiego - per processi produttivi Sensori, software, diagnostica, microarray, terapia - per risposte a bisogni individuali e collettivi Identificazione di markers biologici diagnostici e prognostici; individualizzazione della terapia. Moduli

Modulo: Genomica funzionale delle malattie ereditarie del sistema nervoso Istituto esecutore: Istituto di scienze neurologiche Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania

Piano annuale 2009 Progetto 2 - Commesse

Approcci multidisciplinari integrati per l'analisi dei manufatti: dalla produzione alla circolazione e all'uso Dati generali

Progetto: Il manufatto come testimonianza storica e materiale del patrimonio culturale Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per i beni archeologici e monumentali Sede principale svolgimento: Sede di Catania Dip. di prevista afferenza: Patrimonio Culturale Responsabile indicato: DANIELE MALFITANA Temi

Tematiche di ricerca La ricerca prende in esame diversi casi di studio, in Italia e nel bacino del Mediterraneo. Le tematiche riguardano: A) Studio di produzione, circolazione e scambio di materie prime e prodotti nel Mediterraneo centrale in età preistorica. B) Studio dei rapporti tra Sicilia ed Egeo dall'età protostorica all'età ellenistica ed analisi dei rapporti tra Sicilia ed Egeo e fra città greche e centri indigeni. C) Studio di contesti e depositi votivi di Catania e Lentini. Analisi di specifiche produzioni ceramiche e coroplastiche; studi di iconografia ed iconologia. D) Studio della cultura materiale e delle produzioni artigianali di età ellenistica, romana e medievale da contesti di scavo o da ricognizioni archeologiche con indagini contestuali, socio-economiche e analisi dei processi di produzione e distribuzione. E) Indagini archeometriche con sperimentazione di innovative tecniche non distruttive dei materiali.

Stato dell'arte L'esigenza di comprendere i diversi aspetti del manufatto obbliga ad avviare attività di raccolta ed analisi delle fonti (storiche ed archeologiche) che permettano di giungere ad una rigorosa contestualizzazione del prodotto. L'approccio contestuale, combinato con indirizzi di indagine etnoarcheologica o antropologica, può fornire chiavi di lettura valide per la comprensione di aspetti culturali delle società antiche. L'obiettivo è quello di legare insieme archeologia e storia in un'indagine sui sistemi di fruizione del manufatto e sui processi di produzione e diffusione, base documentaria indispensabile per giungere all'esame delle strutture economiche, politiche, religiose, sociali e culturali del mondo antico. La ricerca internazionale dell'ultimo decennio ha dimostrato l'utilità di applicare modelli di analisi integrata per una completa valutazione dei processi di produzione, circolazione ed uso dei manufatti. La varietà dei contesti campione e dei casi di studio indagati e l'integrazione con le metodologie messe a punto in altri settori di ricerca forniscono le basi per lo sviluppo di soluzioni multipiattaforma per rispondere ad ogni esigenza Azioni

Attività da svolgere Nel corso del 2009, nell'ottica di una prosecuzione di attività già avviate negli anni precedenti, si prevede di consolidare sforzi e concentrare risorse su alcuni casi studio particolari. Lungo questa strategia operativa, è prevista, anzitutto, l'organizzazione di seminari scientifici internazionali, con specifica attenzione ai temi del manufatto archeologico, con il coinvolgimento e l'invito di studiosi specialisti nel settore di ricerca in cui operano i ricercatori impegnati nella commessa. Come già accaduto per esperienze similari avviate nel corso del 2006, l'obiettivo è quello di proporre un dibattito su tematiche di cui sono specialisti i ricercatori impegnati nella commessa ma anche di avviare una sempre più capillare diffusione dei risultati su diversi livelli di fruizione (in rapporto, soprattutto, agli enti che operano nel territorio). Il programma delle attività prevede: a) continuazione delle ricerche sulla preistoria della Sicilia orientale con l'edizione del complesso di Casalicchio-Agnone di Licata; studio ed analisi archeometriche dei manufatti in ossidiana del Museo di Adrano e di Licata; collaborazione con la cattedra di Chimica Organica dell'Università di Palermo per analisi chimico-fisiche sulle ceramiche dipinte di epoca neolitica dalla Sicilia centro-orientale [Cultraro]. – Continuazione dello studio di aspetti e problematiche di ricerca già emerse dall'edizione (2008) del contesto santuariale di età arcaica di Alaimo (Lentini) ed avvio di analisi paleobotaniche e di attivazione neutronica su specifici manufatti (in accordo con PRIN 2007-2009 [unità di ricerca IBAM (L. Grasso)]. Sul fronte delle ricerche sulla stipe votiva di Catania, l'attenzione sarà concentrata, in particolare, sullo studio di aspetti specifici e di problemi di interpretazione di ceramiche di officine corinzie (in collaborazione con l'Archivio dell'Università di Amsterdam (K. W. Neeft) [Grasso] e di officine attiche, con studi di iconografia ed iconologia [Caruso]. È in programma lo studio del ciclo pittorico di età ellenistica del cosiddetto "Sacello pagano" della catacomba di Santa Lucia (Siracusa) e lo studio di documenti iconografici siciliani relativi a figure del mito (es., Oreste e Medea) [Caruso]. Nel settore delle indagini su classi di manufatti dall'Italia meridionale (area salentina) è in programma la


prosecuzione dello studio delle ceramiche di produzione greca e indigena dalle tombe (VI-III sec. a.C.) della necropoli messapica di Manduria (Taranto). Le ricerche sulla cultura materiale di età ellenistica e romana prevedono la prosecuzione delle indagini e l'allestimento del corpus delle ceramiche a rilievo d'Asia minore con lo studio della prolifica serie degli oinophoroi da Sagalassos e la loro collocazione nel contesto politico, sociale ed economico del Mediteranneo orientale in età romana [Malfitana]. È previsto altresì: studio delle ceramiche romane da Hierapolis di Frigia e da Kinet Hoyuk [Malfitana]. Continuazione delle attività all'interno dell'Accordo CNR-CNRS ed edizione finale dei risultati (Supplementum I a Facta). Organizzazione del workshop internazionale (IBAM – FACTA e ROCT Leuven «Investing in Roman antiquity. Modelling moderate growth» con edizione di Atti in Facta 3, 2009 [Malfitana]. Organizzazione III Summer School internazionale di Archeologia, Tarragona, ottobre 2009 [Malfitana]. - Prosecuzione delle attività di studio dei manufatti collegati a specifiche ricerche: scavo archeologico del sito di Altojanni (Grottole -MT); del sito monastico S. Maria dello Juso, Irsina (MT); del sito fortificato di Torre di Satriano; dell'insediamento fortificato medievale Rocca Montis Dragonis, Mondragone (CE) [Roubis, Sogliani]. Collaborazioni con Soprintendenze archeologiche e musei anche nell'ottica di fornire supporto scientifico per mostre (es. mostra su problemi di iconografia teatrale in collaborazione con M.A.R. di Siracusa [Caruso]). Prosecuzione delle ricerche sui commerci di età medievale tra Italia, Spagna, Malta [Colesanti]. Sul fronte trasversale delle indagini archeometriche verranno continuate analisi non distruttive XRF, PIXE, XRD, su specifici manufatti in collaborazione con LNS/INFN [Cultraro, Romano, Pappalardo], e analisi distruttive in collaborazione con Univ. di Roma II (prog. Ancient Charm, laboratori ISIS, Rutherford Appleton Laboratory e prog. PANAREA, Accordo tra CNR e STFC (UK) [Malfitana]. È previsto un upgrade del sistema XPIXE-alfa dell'IBAM-LNS mediante l'utilizzo di un nuovo rivelatore SD3 di grande superficie attiva. Il nuovo sistema sarà impiegato, oltre che per determinazioni di elementi maggiori, anche nell'analisi non distruttiva degli elementi minori e in traccia. Continuazione e/o completamento delle misure e della analisi sulla ceramica della stipe di S. Francesco e delle pitture di Riparo Cassataro e avvio ricerche riguardanti il bi-metallismo in Sicilia [Pappalardo, Romano].

Punti critici e azioni da svolgere Azioni previste sulle quali sarà necessario ricorrere al supporto di risorse esterne: seminari internazionali di archeologia su temi scelti dai diversi ricercatori impegnati nella commessa; organizzazione della III Summer School di Archeologia presso l'Istituto Catalano di Archeologia Classica di Tarragona (Spagna). Edizione scientifica dei risultati maturati nell'ambito del progetto CNR-CNRS (ad integrazione dei fondi già concessi). Edizione di volumi monografici. Rimane sempre auspicabile l'inserimento di nuovo personale a tempo indeterminato (ricercatori, anche a tempo determinato) che vada a rafforzare alcuni settori della commessa finora non coperti (ambiti dell'archeologia classica, paleobotanica, bioarcheologia, informatica applicata all'archeologia) o l'attivazione di assegni di ricerca o contratti di collaborazione per giovani ricercatori anche dall'estero (anche su eventuali fondi esterni acquisibili).

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Competenze coinvolte: archeologi (preistorici, classici, medievisti), architetti, fisici, geologi, archeometri, informatici, collaboratori tecnici (fotografi, disegnatori, etc.).

Strumentazione La strumentazione utilizzata per lo svolgimento delle attività concentrate in genere in aree di scavo, musei e depositi delle Soprintendenze, è pertinente a mezzi di riproduzione fotografica di livello professionale quali: a) Attrezzatura in medio formato composta da: n. 1 Hasselblad 500 CM; n. 1 obbiettivo 80 mm; n. 1 obbiettivo 50 mm; n. 1 serie di tubi per riprese macro; b) Attrezzatura per riprese fotografiche in formato leica composta da: n. 1 Nikon FM2; n. 1 obbiettivo Nikon Nikkor 60 mm; n. 1 obbiettivo Nikon Nikkor 105 mm; n. 1 obbiettivo Nikon 28-85 mm; n. 1 flash Nikon SB22; c) Attrezzatura per ripresa ed acquisizione digitale di immagini composta da: n. 1 digitale Nikon D100 con scheda da 1GB; n. 1 notebook Acer Aspire 1513 ATH64 con HD esterno da 160 GB; n. 1 obbiettivo Nikon zoom 28-80 mm; n. 1 flash dedicato Nikon SB26; d) Accessori: n. 1 Kit di 3 Flash Multiblitz C300; n. 1 esposimetro Minolta per luce ambiente e flash; n. 1 treppiedi Manfrotto; n. 1 treppiedi Manfrotto Triaut; n. 3 bracci Manfrotto; n. 1 pannello riflettente Lastolite; n. 1 pannello riflettente Lastolite Skykit; e) Attrezzatura per riprese video: n. 1 videoc. Canon UCX 1HI; n. 1 video pr.

Tecniche di indagine Le tecnologie di indagine applicate alle ricerche prevedono lo sviluppo di innovativi modelli di studio con l'applicazione di avanzate metodiche per la gestione dei dati (da scavo o da ricognizione) e per lo studio dei materiali; ed ancora, lo sviluppo di azioni che ottemperano una diversità di approcci (storico-artistici, storici, archeologici, antropologici, socio-politici, culturali, economici, etc.) nell'analisi del manufatto. La combinazione e l'integrazione delle diverse competenze impegnate nel progetto garantisce il raggiungimento di rilevanti risultati, in particolare pubblicazioni scientifiche che confluiranno presso le più autorevoli sedi editoriali, nazionali ed estere. L'organizzazione di eventi per la diffusione delle attività della commessa, spesso organizzati in partnership con altre istituzioni scientifiche, universitarie e di ricerca (italiane ed estere), contribuisce ad assicurare un ruolo di rilevanza nel panorama nazionale ed internazionale.

Tecnologie


Collaborazioni (partner e committenti) Ministeri BB. CC., Musei e Soprintendenze Archeologiche italiani ed esteri; Scuola Arch. Italiana di Atene; Centro di Archeologia Cretese, Catania; Università di Catania, Lecce, Messina, Napoli, Pisa, Sassari; INFN/LNS Catania; Labb. di Restauro; NRS, Atene; Ist. di Preistoria e Protostoria, Heidelberg e Roma; ICB, CNR; ITABC, CNR; CSIC, Barcellona; Univ. Cattolica Leuven, Belgio; Ist. di Arch., Oxford; Mus. Naz. di Copenhagen; Lab. di Archeometria, Berlino; ASCS, Atene; American Academy of Rome.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Richiesta al Comune di Licata (AG) per pubblicazione volume "Il sito preistorico di casalicchio-Agnone presso Licata: un ponte sul Mediterraneo" [Cultraro]; Finanziamento per biennio 2008-2009 dell'accordo tra IBAM e Centre Camille Julian, CNRS, Aix en Provence [Malfitana] – secnda tranche del contributo. Contributo Facoltà di Lettere e Filosofia Università di Catania per attività di ricerca nell'ambito del "Roman Sicily Project" [Malfitana]; Partecipazione con responsabilità di unità di ricerca CNR a bando PRIN 2007 dal titolo "Approcci integrati allo studio dei complessi cultuali dell'area Mediterranea" coordinato da M. P. Rossignani (Università di Milano, Cattolica) [unità di ricerca IBAM, Grasso]. Proposta per finanziamento di attività di divulgazione scientifica e di ricerca proposta a Provincia Regionale di Catania, Assessorato Beni Culturali. Vendita pubblicazioni edite dall'Istituto ed affidate a case di distribuzione internazionali; Progetti di ricerca finanziabili da Regione Campania, Università di Palermo e Messina [Colesanti].

Finalità

Obiettivi 1) Sviluppo di metodologie integrate di studio da applicare ai siti campione (complessi archeologici, contesti monumentali, depositi votivi, etc.); 2) Studi di archeologia della produzione; 3) Studi di iconografia ed iconologia; 4) Sviluppo di metodologie di supporto per la gestione museale e l'allestimento di progetti espositivi (in collab. con Soprintendenze archeologiche); 5) Procedure per l'elaborazione di banche dati archeologico-archeometriche; 6) Avvio di nuove ricerche archeologiche e sviluppo delle collaborazioni con partners esteri; 7) Sviluppo e potenziamento di prototipi di strumentazione analitica dei manufatti; 8) Convegni, giornate di studio, mostre, workshop, etc. L'obiettivo generale è quello di accrescere ed implementare le metodologie di studio dei diversi manufatti così da restituire quadri di conoscenza dettagliati su più livelli di fruizione, dalla comunità scientifica in generale, all'operatore della tutela, ai non specialisti.

Risultati attesi nell'anno Articoli in riviste specializzate a cura dei diversi ricercatori impegnati nella commessa. Monografie: a) M. Cultraro, L'insediamento eneolitico di Poggio dell'Aquila (Adrano); b) M. Cultraro, Il sito preistorico di Casalicchio-Agnone presso Licata: un ponte sul Mediterraneo; c) D. Malfitana – M. Bonifay (a cura di), La ceramica africana nella Sicilia romana. Supplementum Facta d) D. Malfitana (a cura di), Cultura materiale ed economia nella documentazione archeologica della Sicilia romana: ceramiche da mensa ed anfore da trasporto; e) Facta. A Journal of Roman material culture studies, 3, 2009. Collaborazioni con Soprintendenze ai BB. CC. AA. della Sicilia e della Puglia. Collaborazioni con Università ed Istituti di ricerca nazionali ed esteri. Progetti di alta formazione con il coinvolgimento dei diversi ricercatori impegnati nella commessa per attività didattiche nel settore dei Beni Culturali condotte in collaborazione con Associazione Amici dei Musei siciliani e Facoltà di Lettere e Filosofia. Proposta di partecipazione bando PON Sicurezza 2007-2013 Obiettivo Convergenza (Obiettivo 1.3) con il supporto del Comando Generale Arma dei Carabinieri per l'avvio di un progetto integrato per la tutela ambientale e del territorio. Proposta di Master biennale di Alta formazione in Archeologia del Mediterraneo in età romana, proposto nell'ambito del progetto "Alta Formazione in Rete" avviato dalla Regione Sicilia.

Potenziale impiego - per processi produttivi - per risposte a bisogni individuali e collettivi I diversi contesti campione ed i casi di studio presi in esame consentiranno di sviluppare ampie piattaforme di interazione tra il gruppo di ricercatori impegnato e le strutture territoriali ricadenti nei diversi spazi geografici presi in esame, sia in Italia che all'estero. L'obiettivo è quello di rafforzare il dialogo con le Università e le Istituzioni scientifiche (anche estere) e soprattutto con i diversi enti pubblici (Musei, Soprintendenze, etc.) preposti alla salvaguardia ed alla tutela del patrimonio culturale, per lo sviluppo di innovative piattaforme programmatiche così da soddisfare diversità di esigenze su più livelli di fruizione.


Moduli

Modulo: Approcci multidisciplinari integrati per l'analisi dei manufatti: dalla produzione alla circolazione e all'uso

Istituto esecutore: Istituto per i beni archeologici e monumentali Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR Istituto esecutore: Istituto per i beni archeologici e monumentali Luogo di svolgimento attività: Sede di Catania



Provincia di Messina



Qualità del Mare e delle acque costiere

Dati generali

Progetto: Qualità dei sistemi ambientali Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Sede principale svolgimento: Sede di Messina Dip. di prevista afferenza: Terra e Ambiente Responsabile indicato: LUCREZIA GENOVESE Temi

Tematiche di ricerca I temi svolti rappresentano le attività di ricerca svolte dai gruppi che afferiscono alla commessa , frutto di una programmazione e sviluppo che nel corso degli anni è stata consolidata con l'acquisizione di metodologie , competenze e strutture. Nel dettaglio fanno riferimento a: 1) Caratterizzazione e monitoraggio delle aree marino-costiere (sensi della LR 979/82) 2) Biotecnologie applicate al risanamento di aree marine contaminate da petrolio e valutazione degli effetti di bioaccumulo e/o tossicità degli inquinanti idrocarburici sugli organismi marini indicatori 3) Valutazione del rischio connesso alla presenza di specie autoctone potenzialmente patogene in acque costiere 4) Utilizzo di bioindicatori ai fini del rilevamento di contaminanti dell'ecosistema marino 5) Controllo di fioriture tossiche in aree di mitilicoltura e simulazione di HAB 6) Sviluppo di infrastrutture (imbarcazioni, piattaforme automatiche di misura, mesocosmi, banche dati da impiegare per la caratterizzazione e lo studio delle aree marine costiere 7) Definizione di modelli di acquacoltura responsabile per la messa a punto del sistema qualità totale (ambiente di allevamento e prodotti).

Stato dell'arte Nell'ultimo secolo il Mediterraneo ha subito un forte processo di urbanizzazione della costa che ha portato ad una alta concentrazione antropica . Contemporaneamente lo sviluppo tecnologico ha portato all'avventata realizzazione di complessi industriali dal pesante impatto sull'ambiente marino che riceve così rifiuti tossici. Negli ultimi anni si è diffusa una maggiore consapevolezza internazionale di problemi (v. Green Paper sulle Maritime Policy)riguardanti le zone costiere, in quanto aree "sensibili", in cui oltre a registrare un'eccessiva densità demografica si concentrano attività spesso tra loro conflittuali quali la maricoltura, trasporti marittimi e intermodali , sfruttamento di giacimenti petroliferi e minerari. Lo sviluppo "irresponsabile" di tali usi mina fortemente lo sviluppo sostenibile dell'ambiente costiero. Ciò nonostante, la fascia costiera di gran parte delle regioni italiane mantiene ancora grandi potenzialità che utilizzate correttamente, attraverso un'azione integrata di ricerca scientifica e di gestione, potrebbero favorire e garantire uno sviluppo socio-economico nella salvaguardia dell'ambiente ed in alcuni casi offrire nuova occupazione Azioni

Attività da svolgere Nell'ambito del monitoraggio costiero e della ricerca nel campo della oceanografia biologica , si cercherà di portare avanti un progetto mirato a valutare in via preliminare gli aspetti essenziali di un sistema di mappatura delle correnti marine superficiali e delle condizioni di moto ondoso "istantanee " nello Stretto di Messina a supporto dei servizi di navigazione locale .Oggetto di interesse è lo Stretto di Messina in quanto caratterizzato da intenso idrodinamismo; infatti le correnti forzate dalle maree ( di montante in direzione S-N) e di scendente in direzione N-S) sono tra le più intense del Mediterraneo e raggiungono i 2.5-3 nodi in fase di sigizia . Alla luce di quanto detto interessanti ricadute applicative sono la fornitura di ausili tecnologici in tempo reale alle compagnie di traghettamento e anche da non trascurare a i fini dei protezione civile. Il monitoraggio costiero finalizzato alla tutela ed alla salvaguardia ambientale , con l'attivazione di una rete nazionale che vede un partenariato costituito dalle più qualificate competenze nel settore del fitoplancton svolgerà una serie di azioni e di surveys da condurre fino all'estate 2009 sopratutto nelle aree in cui è stato segnalato con maggiore frequenza ed intensità i fenomeni di fioritura algale di Ostrepsis ovata e Ostreopsis spp. Inoltre la ricerca nel settore del fitoplancton , verrà anche orientata alla caratterizzazione ed allevamento di nuovi ceppi di microalghe fotosintetiche di origine mediterranea per il miglioramneto delle catene alimentari utilizzate nella produzione di specie ittiche pregiate. La bioremediation in ambiente marino finalizzato da un lato al recupero di aree marine affette dalla presenza di inquinanti chimici e dall'altro alla contestualizzazione e integrazione di bioindicatori batterici in modelli predittivi comporta il completamento di una serie di azioni quali: 1)L'identificazione di un consorzio microbico ad alta efficienza degradativa da applicare nei eventi di versamento in mare di idrocarburi; 2)la comprensione delle dinamiche di tossicità nei confronti di "organismi tester", 3)la creazioni di protocolli operativi di intervento 4)Identificazione di nuove metodologie per la misura di parametri e gruppi di parametri (indici) capaci di descrivere l'effetto dell'introduzione del petrolio in sedimenti non contaminati e cronicamente inquinati;5)impiego delle metodologie (di cui al punto precedente) per valutare le cinetiche di detossificazione naturale che si instaurano in sedimenti non contaminati e cronicamente inquinati sottoposti a


contaminazione artificiale con vari composti organici.5) Verificare la risposta fisiologica di batteri BIC sottoposti a condizioni di stress ed i deprivazione di nutrienti 6)Valutare la risposta fisiologica di Mytylus galloprovincialis in ambienti contaminati da petrolio al fine di utilizzare i mitili come biofiltri in ambienti contaminati .La prosecuzione di attività nell'ambito del progetto MIDDLE ,avente come oggetto di studio i bacini iperalini profondi del Mediterraneo , sarà oreientata alla compensione degli stratagemmi genetici che si sono sviluppati nella comunità microbica per la sopravvivenza alle condizioni estreme.Inoltre avrà inizio un nuovo progetto di ricerca , finanziato nel'ambito dell'FP7 sulla metogenomica marina per nuove applicaizoni biotecnologiche (progetto MAMBA) .In dettaglio il programma si propone di sviluppare e quindi di considerare le biotecnologie marine di grande supporto per l'industria con nuovi prodotti e processi basati sull'uso di organismi marini. .Relativamente alle attività sugli aspetti legati alla comprensione dell'insorgenza di patologie in ambiente marino, la sperimentazione sul ruolo giocato dallo stress ambientale relativamante all'espressione di virulenza di Listonella anguilarume e relativo sciluppo di patogenicità, verrà condotta presso l'impianto sperimentale di acquacoltura al fine di testare nuove condizioni di stress ( variazioni di pH, conc. nutrienti inquinamento da idrocarburi, conc.ossigeno) oltre che individuare altri geni coinvolti nella virulenza e verificare la risposta nell'uptake del ferro overo quali sistemi sostituiscono l'assilmilazione del ferro se viene perso il plasmide.La sperimentazione su esemplari biologici , per la comprensione dei meccanismi di risposte cellulari, verrà anche orientata allo studio sia del sistema immunitario nonchè all'utilizzo dello zebrafish com emodello sperimentale per studi di medicina rigenerativa.

Punti critici e azioni da svolgere Un punto di forza della ricerca nel campo marino può essere rappresentato da una azione congiunta nel Mediterraneo e da una concreta proposta per canalizzare l'attenzione tra i diversi paesi del Mediterraneo per proporre con approccio multidisciplinare ricerca e governance sull'inquinamento considerando attività di monitoraggio, impatto, risposta ambientale e identificazione delle strategie più opportune. 1) Biotecnologie marine e consorzio batteri Tra le biotecnologie ambientali, finalizzate a proteggere e ripristinare la qualità del nostro ambiente mediante valutazione e conservazione di ecosistemi, sviluppo di biosensori e descrittori ecologici dello stato di salute degli ecosistemi, smaltimento di rifiuti e biorisanamento , biodegradazione , particolare attenzione viene posta alle blue biotechnology considerate il futuro dell'ecologia marina applicata. A riguardo oltre l'attività di ricerca dell'IAMC relativamente al ruolo chiave che giocano i microorganismi idrocarburoclastici nelle azioni di recupero ambientale ( bioremediation) in siti inquinati da petrolio, si punterà alla costituzione e ricerca nel settore di biotecnologie marine. In particolare può essere utile puntare sugl'archeobatteri ( termofili, metanogeni, e alofili),ma sopratutto sulle applicazioni industriali dei loro enzimi( industria alimentare e biocatalisi in terreni organici).In tale ottica è da promuovere azioni volte a sviluppare nuove tecnologie per la valorizzazione di biomasse marine e la ricerca di sostanze ad elevato valore nutritivo da utilizzare come arricchitori nella mangimistica e/o nella produzione di mangimi totalmente innovativi per le fasi di accrescimento di specie ittiche marine.Le biomasse da "Single Cell" sono considerate in generale una buona fonte di proteine ed energia ;inoltre uno dei vantaggi nell'uso di organismi unicellulari consiste nella possibilità di applicare le biotecnologie per produrne quantità industriali in condizioni controllate oltre al fatto che i microrganismi si possono manipolare geneticamente per produrre maggiore quantità di proteine, lipidi e acidi grassi 2)Qualità e sicurezza alimentare Importanza dell'interazione dei fattori microbiologici con approccio anche biomolecolare, biologici ed ambientali per la determinazione della qualità e sicurezza e formulazione di criteri gestionali per l'ottimizzazione della qualità e sicurezza alimentare in impianti di mitilocoltura e maricoltura in Mediterraneo. 3)Sistema qualità-prodotto: Sono da promuovere attività scientifiche a supporto della tematica del benessere animale che rappresenta uno dei principi portanti del metodo di produzione biologica sia nella zootecnia tradizionale che in acquacoltura, e si colloca perfettamente in seno agli indirizzi comunitari che hanno posto al centro dell'agenda politica su agricoltura e pesca il corretto trattamento degli animali in ogni fase della filiera produttiva ed hanno istituito nell'ambito dell'Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) un gruppo di esperti scientifici sulla salute ed il benessere degli animali (AHAW). L'obiettivo specifico è quello di associare, nella valutazione delle condizioni di benessere dei pesci in allevamento, l'utilizzo di indicatori tradizionali (indicatori fisiologici) ed indicatori innovativi con particolare riferimento a quelli genomici e molecolari. In particolare dovrà essere prese in esame lo studio della risposta fisiologica dei pesci alle differenti condizioni di allevamento, con particolare riferimento alle prove di densità; ci si propone in tal modo si fornire un quadro ampio delle condizioni di benessere/stress dei pesci consentendo tra l'altro l'ottimizzazione della qualità del prodotto finale.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le conoscenze dei gruppi di lavoro, identificati nell'ambito della commessa sono comprovate da esperienze scientifiche consolidate. In particolar modo è abbastanza evidente il ruolo svolto relativamente alle biotecnologie applicate al risanamento di aree marine contaminate da petrolio e le expertise richieste per affrontare le ricerche sugli HAB (Harmful Algal Blooms) da utilizzare per programmi di monitoraggio ad hoc nelle varie regioni interessate al fenomeno. Risulta , allo stesso modo caratterizzante l'approccio ecosistemico che integra aspetti oceanografici,


microbiologici, ed ecologici per identificare e risolvere i problemi della qualità ambientale. Lo svolgimento delle attività viene ad essere garantito dalla utilizzazione di tecnologie avanzate quali: ‘Strumentazione automatica di misura e di campionamento ‘Biotecnologie innovative sviluppate su batteri BIC , ottimizzazione delle tecniche di rilevamento di specie HAB , tecniche biomolecolari per la messa in evidenza di agenti patogeni, saggi di tossicità con Vibrio fischeri e Corophium, ricerche di spore di clostridi solfito-riduttori ,ricerca di patogeni emergenti per l'uomo e gli organismi in allevamento.

Strumentazione Oltre a quella relativa ai laboratori di ricerca ( biologia molecolare,laboratori attrezzati per studi di proteomica e genomica,laboratori colture cellulari, microbiologia, fitoplancton, chimica, sedimentologia) e informatici l'elemento strumentale fondamentale per il trasferimento dei prodotti della ricerca è rappresentato dalle infrastrutture annesse (imbarcazione, piattaforme, mesocosmi , sitemi di acquisizione dati oceanografici,impianto sperimentale di acquicoltura ).

Tecniche di indagine Lo svolgimento delle attività viene ad essere garantito dalla utilizzazione di tecniche di indagine avanzate quali: ‘ strumentazione automatica di misura e di campionamento per le attività relative ai monitoraggio costiero che rappresenta un sistema di strumenti operativi a disposizione delle amministrazioni regionali responsabili della gestione della fascia costiera e della tutela delle zone interne . .Ottimizzazione dei processi di bioremediation in ambientre marino analizzando l'effetto del petrolio addizionato con surfactanti di nuova generazione. ‘ Biotecnologie innovative sviluppate su batteri BIC ,ottimizzazione delle tecniche di rilevamento di specie HAB , tecniche biomolecolari per la messa in evidenza di agenti patogeni. .Esecuzione saggi di tossicità su campioni di sedimento che di acqua interstiziale Tecniche biomolecolari per la rapida diagnosi nel settore della salubrità in acquacoltura tenendo in considerazione l'implementazione del sistema "qualità totale" ( ambiente di allevamento e prodotti) ai fini della tutela del consumatore.

Tecnologie L'implementazione e l'adattamento dell'impianto di "Mesocom Facility", già esistente presso l'IAMC di Messina, ha consentito di definire lo studio dei processi di weathering biologico di inquinanti idrocarburici in ambiente pelagico e contemporaneamente lo studio dell'effetto di tali inquinanti ai vari livelli della catena trofica marina mediante test di tossicità,vitalità e bioaccumulo.

Collaborazioni (partner e committenti) Comparto Scientifico (ISMAR-CNR, CONISMA, IDPA-CNR, IBIM-CNR, DBAEMUni Messina , Cisac Palermo ,GBF Germania,Institute of Genetics of Industrial microorganism (GIM) Mosca, Uni Urbino, Uni Sassari, Stazione Zoologica "A. Dohrn, OGS Trieste, DTMPIG Uni Palermo ITD CNR Palermo Dipartimento Ingegneria Civile ed ambientale UNI Catania) Comparto Istituzionale (ARPA Sicilia, MIUR, Comune e Provincia Regionale Messina,Assessorato cooperazione Regione Sicilia , Parco Scientifico e Tecnologico della Sicilia, CESPOM,CIESM) Comparto produttivo (EniTecnologie,Syndial Priolo Giano Ambiente,URS Italia, Ittica Trappeto, Progetto Impresa Siracusa)

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate In base alle tematiche progettuali ,sono state presentate diverse idee progettuali, afferendo a organismi diversi sia nel pubblico che nel privato. Nell'ambito delle biotecnologie marine una attiva preogettualità è stata svolta dal gruppo di ricerca dell'IAMC che ha portato alla partecipazione di progetti europei ( es. MAMBA ). Sempre in tale ambito si sta lavorando alla definizione di una partecipazione ad un altro progetto europeo su PAH biodegradation ovvero sugli approcci molecolari alla bioremediation di composti poliaromatici. Per altri aspetti inerenti la commessa sono state presentate proposte di progetti al MIPAF, finalizzati per lo più alla definizione degli aspetti qualitativa della acquacoltura biologica. Sono stati , inoltre, avviati contatti con l'ufficio programmazione della Regione Sicilia per la partecipazione attiva alla stesura di progetti che prevedono lo sviluppo della città di Messina, con particolare riferimento alla zona del water front.

Finalità

Obiettivi Alla luce delle nuove direttive della Commissione Europea, ispirate al Green Paper sulle "Maritime Policy", un nuovo accento verrà dato all'impatto delle attività dell'uomo sugli ecosistemi naturali marini. Pertanto in linea con tale politica verrà focalizata l'attenzione sia sugli aspetti conoscitivi della qualità ,definendo le caratteristiche idrologiche, chimiche e biologiche dei siti marini che sullo sviluppo di tecniche innovative applicabili in indagini di monitoraggio . Le attività verranno altresì focalizzate sulle di azioni finalizzate al recupero degli ambienti marini contaminati, valutando il bioaccumulo e la tossicità da petrolio , su organismi "target" della catena trofica marina.In tale contesto ,le ricerche orientate al monitoraggio del funzionamento degli cosistemi marini costieri potranno


avvalersi di sistemi informativi per la realizzazione di banche dati .In generale la struttura e l'apporto scientifico continua a essere finalizzato all'inquadramento generale del Progetto 3 del DTA che è quello di "Stabilire il grado di alterazione degli ecosistemi ed individuare le strategie e gli interventi più opportuni di ripristino ambientale"

Risultati attesi nell'anno .Sviluppare dei sistemi nazioanali di monitoraggio ambientale e getione del rischio ( network su Ostreopsis ovata e Ostreopsi spp ) .Promuovere una azione congiunta nel Mediterraneo, che possa fare riferimento all'eccellenza nella ricerca, nella tecnologia e nell'innovazione in campo ambientale con particolare riferimento al degrado dell'ambiente, da realizzare nell'ambito della conferenza " Mediterranean Interaction against Oil Pollution (MIOP) dell'European Research Foundation , ente al quale è stato sottoposto una proposta per promuovere e fare interagire le varie regioni del mediterraneo su tematiche riguardanti in particolare il rischio di inquinamento da idrocarburi. .Intensificare la ricerca sulla Metogenomica marina per l'applicazione di nuove biotecnologie ,da sviluppare nell'ambito del progettoFP7-KBBE-2008-3-2-07 (MAMBA) che vede l'IAMC-Messina Partner.I principali risultati attesi nell'ambito di questo progetto riguardano in particolare l'incremento delle conoscenze per la formazione di un consortio di batteri svolgendo una serie di azioni preliminari quali la costruzione di una libreria metaganomica e relativo sequenziamento per studiare nuovi preocessi biocatalitici e composti antiossidanti; verranno anche compresi nuovi meccanismi di funzioanementi in ambiente estremi ed il contributo e possibile impatto nel sistema climatico globale.

Potenziale impiego - per processi produttivi Le attività di studio della qualità del mare e delle acque costiere sviluppate nella Commessa non hanno in generale una ricaduta diretta sui processi produttivi, ma effetti indiretti su attività economiche che interessano gli ambienti costieri e di transizione (acquicoltura, pesca, turismo). Nell'ambito della Commessa l'Attività relativa ai "Batteri indicatori" potrebbe invece avere una ricaduta diretta sui processi produttivi legati alle attività industriali di disinquinamento di siti contaminati da idrocarburi. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Le attività sviluppate dalla Commessa presentano dei risvolti applicativi in relazione ai bisogni collettivi in quanto costituiscono un supporto alle pubbliche amministrazioni (Enti territoriali, ARPA, Regioni) nella predisposizione dei "Piani di gestione integrata della fascia costiera" al fine di un uso sostenibile delle risorse costiere. La valutazione della qualità delle acque e dei sedimenti viene inoltre affrontato con una serie di determinazioni sulle acque e sui sedimenti , ai sensi della L.R. 979/82. Tali attività concorrono alla implementazione di modelli di funzionamento degli ecosistemi e dell'effetto dei principali inquinanti nei riguardi della catena trofica fino all'uomo, con riflessi positivi sulla efficacia delle misure di salvaguardia dell'ambiente e sulla utilizzazione ottimale degli investimenti.Un ulteriore aspetto delle ricadute della Commessa è legato alla formazione post-universitaria di esperti in strategie europee per la gestione integrata delle zone costiere. Moduli

Modulo: Approcci integrati al monitoraggio costiero Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Luogo di svolgimento attività: Sede di Messina

Modulo: Sviluppo e applicazione di biomarkers per il monitoraggio ambientale Istituto esecutore: Istituto di biomedicina e immunologia molecolare "Alberto Monroy" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Produzione di combustibili alternativi Dati generali

Progetto: Uso razionale dell'energia nei trasporti Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Energia e Trasporti Responsabile indicato: FRANCESCO FRUSTERI Temi

Tematiche di ricerca Le principali linee di ricerca di questa commessa possono essere così riassunte: 1. Studio di sistemi catalitici innovativi per la produzione di benzine sintetiche da fonti energetiche di natura rinnovabile; 2. Sviluppo di catalizzatori strutturati e di sistemi catalitici bi-funzionali attivi nel processo di produzione di DME ; 3. Sviluppo di catalizzatori solidi superacidi per la produzione di additivi ossigenati per diesel; 4. Sviluppo di sistemi catalitici per la produzione di bio-combustibili da glicerolo; 5. Sviluppo di sistemi catalitici per la produzione di bio-combustibili da oli di pirolisi di biomasse mediante "processo di hydrotreating". 6. Sviluppo di catalizzatore per la produzione di biocombustibili da oli vegetali mediante esterificazione

Stato dell'arte Nel settore dei combustibili la ricerca è rivolta principalmente allo studio di sistemi che valorizzino l'impiego di fonti energetiche rinnovabili (vedi biomasse), con produzione di bio-combustibili, e fonti fossili alternativi al petrolio (gas naturale e carbone) per la produzione di benzine sintetiche esenti da zolfo e aromatici. La Comunità Europea, al fine di ridurre il consumo di petrolio e contenere l'effetto serra è molto interessata a promuovere iniziative scientifiche in questi settori. Azioni

Attività da svolgere 1) Sintesi di Fischer-Tropsch. Per il proseguo della ricerca, particolare approfondimento meritano i seguenti aspetti: 1.definizione di un protocollo di valutazione della resistenza meccanica; 2.ottimizzazione dei metodi di stabilizzazione dei carburi; 3."screening" di nuovi promotori. 2) Sintesi di metanolo/DME. Ai fini di una formulazione catalitica definitiva da impiegare industrialmente, in concorrenza con i sistemi già commerciali, è richiesta l'ottimizzazione dei sistemi catalitici bi-funzionali a base di Cu-ZnO/ZrO2//(matrice acida) per la produzione diretta (one step) di DME utilizzando miscele CO2/H2. 3) Produzione di biocombustibili. Verranno preparati sistemi catalitici a diversa formulazione mediante tecniche diverse di preparazione, quali "combustione", "precipitazione assistita da co-polimero" ed eventualmente "riduzione-precipitazione". I materiali catalitici saranno costituiti da uno o più elementi catalitici (fasi attive), organizzati in nanostrutture cristalline (o in nanodomini), altamente dispersi sulla superficie di ossidi inorganici (carrier) di diversa natura (i.e. SiO2, Al2O3, TiO2, ZrO2, CeO2, etc.). Nell'ambito della ricerca verranno investigate diverse formulazioni catalitiche sia a basso carico di elementi catalitici (10-20 wt.%) che ad alto carico (50-80 wt.%). Inoltre verrà considerato l'eventuale impiego di elementi dopanti quali promotori elettronici, strutturali, termici o inibitori del sintering.


Punti critici e azioni da svolgere 1. Sintesi di Fischer-Tropsch. Lo studio ha consentito di mettere in luce alcuni punti critici della ricerca. In particolare risulta fondamentale trovare il giusto compromesso tra resistenza meccanica delle particelle catalitiche e riducibilità delle stesse, fattore a cui è subordinata l'attività catalitica. Sebbene l'attività di ricerca sia suscettibile di ulteriori approfondimenti e le performance ottenute sui catalizzatori studiati risultino allo stato attuale inadeguate rispetto agli standard previsti, alcune formulazioni ed alcune metodiche di preparazione (qui solo brevemente riferite) possiedono notevoli margini di miglioramento. 2. Sintesi di metanolo/DME. Attualmente, le problematiche principali di questa attività sono legate ai seguenti aspetti: -interazione metallo-supporto; -dispersione metallica; -formazione di acqua nel corso della reazione. 3. Produzione di biocombustibili. Elemento critico è la realizzazione di materiali che siano oltre che efficienti anche stabili a numerosi cicli di funzionamento. Condizione essenziale di fattibilità è che le metodiche di preparativa ed i componenti utilizzati siano "scalabili" a livello industriale e possano essere realizzati a basso costo, al fine di produrre un materiale commercialmente competitivo.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le competenze possedute dai partecipanti alla commessa possono essere così descritte: Studi fondamentali e reazioni "modello"; Studi di cinetica applicata; Individuazione ed ottimizzazione di nuove tecniche sperimentali in catalisi; Studi di meccanismi di reazione; Progettazione, preparazione e studio di sistemi catalitici polifunzionali; Sintesi di intermedi liquidi ossigenati mediante processi catalitici a due stadi; Sviluppo di catalizzatori solidi superacidi per la produzione di additivi ossigenati per combustibili diesel; Produzione di benzine sintetiche mediante processo GTL; produzione di DME (dimetiletere) da gas di sintesi contenenti CO2.

Strumentazione I partecipanti di questa commessa possiedono specifiche competenze nell'utilizzo delle seguenti apparecchiature: -Gascromatografi per analisi "on-line" ed "off-line" di miscele gassose; -Impianti di laboratorio per la conduzione di reazioni catalitiche in fase eterogenea gas-solida (reattori a letto fisso) e liquido-solida(reattori a mescolamento); -Impianto operante a temperatura programmata (TPR, TPD, TPO, ecc...) dotato di sistema GC-QMS per lo studio delle proprietà chimico-fisiche di catalizzatori solidi.

Tecniche di indagine Nell'ambito della commessa in oggetto, oltre alla strumentazione indicata nella sezione precedente, vengono utilizzate una serie di apparecchiature in dotazione dell'Istituto per la caratterizzazione sia in bulk che di superficie di materiali catalitici oggetto di studio. In particolare, le tecniche di indagine più frequentemente utilizzate per la comprensione dei fenomeni catalitici sono le seguenti: - Microscopia a Trasmissione (TEM- EDAX); - Microscopia a Scansione (SEM-EDAX); - Analisi elementare (XRF e CHNS-O); - Diffrattometria a raggi X; - Analisi di superficie mediante spettroscopia fotoelettronica (XPS); - Isoterme di ads/des di N2 per la determinazione dell'area superficiale totale (metodo B.E.T.); - Analisi Termica mediante TGA-DSC.

Tecnologie Tecnologie industriali relative a processi e sistemi catalitici per la produzione di combustibili. - Preparazione di catalizzatori mediante impregnazione umida, precipitazione/coprecipitazione, combustione, sol/gel. - Test catalitici in impianti operanti a pressione (1-40 bar) e temperatura (0- 900°C) in reattori a letto fisso e batch; - Caratterizzazione chimico-fisica dei catalizzatori "fresh" e "used" mediante varie tecniche srumentali di bulk e superficie.


Collaborazioni (partner e committenti) L'attività scientifica in oggetto è di natura multidisciplinare e pertanto è basata sugli interscambi di conoscenze specifiche tra diverse strutture scientifiche. Le collaborazioni in atto sono con Università italiane ed estere (Milano, Karlsruhe, etc..), industrie interessate alla produzione di catalizzatori (Sud Chemie, Solvay) e combustibili (ENI), enti pubblici di ricerca internazionali (BIC, CSIC etc...) interessati allo sviluppo di materiali innovativi.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate A_ Produzione di combustibili sintetici da sorgenti fossili e da CO2. I partecipanti di questo modulo possono vantare un'esperienza come partner di un Progetto Comunitario "New GTL based on Low Temperature CPO", che li ha visti protagonisti nella definizione/ottimizzazione di un catalizzatore a base di Fe per la conversione di gas di sintesi ricchi in CO2 in combustibili liquidi per autotrazione mediante tecnologia GTL. L'esperienza maturata nell'ambito di questo progetto può quindi rappresentare lo spunto per promuovere nuove collaborazioni e consolidare quelle già in atto. B_ Produzione di biocombustibili. Nell'ambito dello studio è auspicabile la collaborazione di soggetti della compagine industriale, quali il gruppo ENI SpA ed in special modo della raffineria ENI di Gela (AG), dove recentemente si stanno conducendo programmi pilota per la generazione di bio-combustibili da biomasse provenienti dalle alghe. Il progetto può rappresentare lo spunto per promuovere nuove collaborazioni e consolidare quelle già in atto.

Finalità

Obiettivi Gli obiettivi principali si possono riassumere come segue: Sviluppo di sistemi catalitici per la produzione di benzine sintetiche pulite; Sviluppo di catalizzatori bifunzionali per la produzione di DME da gas di sintesi; Sviluppo di sistemi catalitici per la produzione di additivi ossigenati a partire da bio-alcoli; Sviluppo di catalizzatori e processi innovativi di desulfurazione di combustibili fossili; Sviluppo di sistemi catalitici innovativi per la conversione della CO2 in combustibili.

Risultati attesi nell'anno 1. Sintesi di Fischer-Tropsch. Facendo riferimento alle considerazioni già esposte, si prevede di poter raggiungere i seguenti risultati: -miglioramento della resistenza meccanica dei catalizzatori preparati; -ottimizzazione dei metodi di preparazione dei sistemi catalitici in "bulk" più promettenti. 2. Sintesi di metanolo/DME. Tra i principali risultati attesi a breve termine si prevede di poter migliorare talune proprietà chimico-fisiche dei sistemi preparati, in modo da poter identificare i fattori controllanti la reattività dei sistemi Cu-ZnO/ZrO2. 3. Produzione di biocombustibili. In linea con gli obiettivi prefissi, la ricerca prevede lo sviluppo e l'ottimizzazione di nuovi materiali/sistemi catalitici, altamente attivi e selettivi, da impiegare nella produzione di combustibili liquidi da bio-derivati, definendo inoltre le metodiche e le tecniche più efficienti ed economiche per la preparazione degli stessi.

Potenziale impiego - per processi produttivi - Catalizzatori multi-metallici per la produzione di metanolo per idrogenazione della CO2. - Catalizzatori bifunzionali per la produzione diretta di DME (combustibile diesel) da gas di sintesi contenenti CO2. - Catalizzatori FT a base di Fe per la produzione di benzine sintetiche senza zolfo e aromatici a partire da gas di sintesi contenenti CO2. - Catalizzatori solidi superacidi per la produzione di additivi ossigenati per combustibili diesel ottenuti mediante conversione dei bio-alcoli e del glicerolo. - Catalizzatori innovativi per la produzione di bio-combustibili da oli di pirolisi. - per risposte a bisogni individuali e collettivi Utilizzo di risorse energetiche alternative al petrolio (metano, carbone, biomasse) per la produzione di combustibili puliti. Riduzione di inquinanti da autoveicoli mediante impiego di combustibili puliti. Riduzione dell'immissione di CO2 in atmosfera per impiego di bio-combustibili. Riutilizzo della CO2 per produrre combustibili.


Moduli

Modulo: Produzione di combustibili sintetici da sorgenti fossili e da CO2 Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Sviluppo competenze per produzione di combustibili alternativi per autotrazione

Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Produzione di biocombustibili Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Pompe di calore alimentate da energia termica Dati generali

Progetto: Generazione distribuita di energia Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Energia e Trasporti Responsabile indicato: GIOVANNI RESTUCCIA Temi

Tematiche di ricerca - Sviluppo di nuovi materiali adsorbenti con elevate capacità di assorbimento/desorbimento di vapor d'acqua o altri fluidi refrigeranti non inquinanti (prevalentemente acqua). Misura sperimentale delle cinetiche di assorbimento intra-particle e dei coefficienti di diffusione di massa inter-particle dei materiali realizzati. - Preparazione di innovative configurazioni di letti adsorbenti con elevate proprietà di trasferimento termico e di massa. - Misura delle proprietà termo-fisiche (calore specifico, conducibilità termica, ecc.) e di adsorbimento all'equilibrio di materiali adsorbenti. - Implementazione di modelli di simulazione dinamica della macchina e dell'intero sistema applicativo. - Realizzazione di prototipi di climatizzatori ad adsorbimento alimentati da calore di scarto a bassa temperatura (T<100°C) o da energia solare, e relative prove sperimentali per determinare le prestazioni della macchina. - Studio delle potenziali applicazioni delle macchine ad adsorbimento quali: sistemi trigenerativi basati su motori a C.I. o celle a combustibile; climatizzatori per autoveicoli; solar cooling systems.

Stato dell'arte Il funzionamento di questi sistemi è basato sulla capacità di alcuni materiali porosi (es. zeoliti) di assorbire reversibilmente vapori non dannosi per l'ambiente (es. acqua). Inoltre, tali sistemi utilizzano energia termica quale fonte primaria. Particolarmente interessante appare oggi la prospettiva di sviluppare climatizzatori alimentati da calore di scarto o da energia rinnovabile quali quelli provenienti da cogeneratori o autoveicoli o impianti solari. Azioni

Attività da svolgere L'attività da svolgere nell'ambito della commessa sarà articolata come segue: - Caratterizzazione di innovativi materiali e letti adsorbenti per impiego in refrigeratori ad adsorbimento. - Realizzazione di un impianto per la verifica della stabilità termo-chimica di letti adsorbenti operanti nelle reali condizioni di funzionamento dei climatizzatori ad adsorbimento. - Definizione di un protocollo di prove con stress meccanici di vario tipo per verificare la stabilità di letti adsorbenti costituiti da strati di zeolite consolidata su scambiatori di calore. - Simulazione, mediante software di analisi agli elementi finiti, di letti adsorbenti da impiegare in macchine ad adsorbimento. - Installazione del prototipo di seconda generazione di climatizzatore ad adsorbimento in una reale cabina di un mezzo di locomozione e relative prove sperimentali. - Sviluppo di modelli di simulazione matematica di sistemi trigenerativi basati su macchine "thermally driven" integrate con celle a combustibile o motori a C.I. - Caratterizzazione all'interno di un prototipo in scala da laboratorio di materiali assorbenti in grado di assorbire/desorbire elevati quantitativi di vapore adsorbato a temperature di interesse per l'applicazione in solar cooling (85-120°C). - Studio ed ottimizzazione dello scambio termico fra materiale adsorbente e scambiatore di calore dell'adsorbitore per l'individuazione di innovative configurazioni ad elevata efficienza termica allo scopo di poter fornire/asportare elevate potenze termiche dalla macchina ad adsorbimento, con un evidente aumento dell'efficienza della stessa. - Sviluppo di configurazioni di scambiatori di calore ad elevata area superficiale con rapporto di massa adsorbente/metallo massimizzato al fine di ottimizzare l'efficienza termica. - Applicazione della componentistica sviluppata ed esecuzioni di prove sperimentali su prototipo ad adsorbimento di piccola taglia per applicazione in sistemi di solar cooling. - Realizzazione di un modello matematico descrittivo dell'applicazione di un sistema di climatizzazione solare ad una piccola utenza. - Progettazione di massima di una macchina ad adsorbimento specifica per l'applicazione in sistemi di solar cooling.


Punti critici e azioni da svolgere Le principali criticità dell'attività programmata nell'ambito della commessa sono: - Aggiornamento e potenziamento della strumentazione per la misura e l'acquisizione di parametri essenziali(temperatura, pressione, portata massica) per lo studio sperimentale dei cicli di adsorbimento. - Miglioramento della tecnologia impiegata per la realizzazione dei sistemi ad adsorbimento. A tale scopo verranno ricercate collaborazioni esterne con aziende del settore dello scambio termico e del vuoto in grado di supportare l'attività attraverso la realizzazione di componenti della macchina in materiali innovativi o con particolari geometrie allo scopo di ottimizzare l'efficienza energetica. - Individuazione o sintesi di idonei materiali adsorbenti per la realizzazione di refrigeratori applicabili in sistemi di solar cooling.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Vengono utilizzate le seguenti competenze: - chimica di base ed ingegneria dei materiali (sintesi e caratterizzazione di adsorbenti) - ingegneria meccanica (realizzazione di prototipi da laboratorio) - informatica e matematica (sviluppo di modelli di simulazione).

Strumentazione Sistema termogravimetrico per la misura delle curve di equilibrio solido adsorbente/vapore. Misura del calore specifico e dell'entalpia di adsorbimento tramite calorimetria. Misura dell'area superficiale e del volume dei pori di solidi adsorbenti porosi tramite porosimetro a mercurio e tecnica BET. Studio generale delle proprietà chimico-fisiche di materiali adsorbenti tramite analisi DSC, DTA, TG, XRD, microscopia SEM. Due stazioni di prova per chiller ad adsorbimento da 1 e 5 kW frigoriferi rispettivamente.

Tecniche di indagine Misura delle curve di equilibrio solido adsorbente/vapore tramite bilancia termogravimetrica. Misura del calore specifico e dell'entalpia di adsorbimento tramite calorimetria. Misura dell'area superficiale e del volume dei pori di solidi adsorbenti porosi tramite porosimetro a mercurio e tecnica BET. Studio generale delle proprietà chimico-fisiche di materiali adsorbenti tramite analisi DSC, DTA, TG, XRD, microscopia SEM. Un software appositamente sviluppato presso l'ITAE consente una collaudata ed automatica conduzione di prove sperimentali su prototipi di chiller ad adsorbimento nelle due stazioni di prova disponibili.

Tecnologie Tecnica di deposizione di strati sottili di materiale adsorbente su superfici metalliche. Realizzazione di scambiatori di calore ad elevata area superficiale rivestiti con strati consolidati di materiale adsorbente. Realizzazione di scambiatori di calore ad elevata efficienza per impiego in pompe di calore ad adsorbimento.

Collaborazioni (partner e committenti) BIC, Novosibirsk (Rus), Un. di Warwick (UK), RHWT, Aachen (Ger), ECN, Petten (NL), CRF, Torino (IT), Iveco (I), Valeo Thermique Habitacle (F), Treibacher Industrie AG (A), Institut für Kernenergetik und Energiesysteme, Universität Stuttgart (D), Universidad Politécnica de Valencia (E). Tali collaborazioni sono attualmente inserite nell'ambito di specifici contratti (attualmente attivi) con la Unione Europea. Viessmann Verke GmbH (D), Enel (I) e Mitsubishi Chemicals (Jap) in qualità di committenti.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Formulazione di nuove proposte per progetti comunitari e nazionali.

Finalità

Obiettivi L'obiettivo principale è l'aumento della potenza specifica della macchina, sia in termini di peso che di volume; anche un aumento del COP è desiderabile se la sorgente energetica non è gratuita (es. pompe di calore gas-fired, solar cooling).


Risultati attesi nell'anno I risultati attesi sono: - Selezione di un materiale adsorbente idoneo all'impiego in sistemi solar cooling o trigenerativi. - Caratterizzazione completa del materiale adsorbente idoneo all'impiego in sistemi solar cooling o trigenerativi. - Verifica sperimentale della stabilità termo-chimica e meccanica di letti adsorbenti avanzati. - Prova sperimentale del prototipo di seconda generazione di climatizzatore ad adsorbimento in una reale cabina di un mezzo di locomozione. - Ottimizzazione, tramite simulazione matematica, di sistemi trigenerativi basati su macchine "thermally driven" integrate con celle a combustibile o motori a C.I. - Individuazione di un'innovativa configurazione di reattore adsorbente ad elevata efficienza termica con un evidente aumento dell'efficienza del sistema ad adsorbimento. - Realizzazione di uno scambiatore di calore ad elevata area superficiale con rapporto di massa adsorbente/metallo massimizzato al fine di ottimizzare l'efficienza termica. - Misura delle prestazioni su prototipo ad adsorbimento di piccola taglia ottimizzato per applicazione in sistemi di solar cooling. - Implementazione di un modello matematico descrittivo di un sistema di climatizzazione solare per una piccola utenza. - Progettazione di massima di un sistema integrato per il solar cooling.

Potenziale impiego - per processi produttivi Climatizzatori per l'edilizia ed il terziario, per mezzi di locomozione, pompe di calore, trigenerazione. - per risposte a bisogni individuali e collettivi L'impiego più conveniente dei climatizzatori ad adsorbimento è nell'utilizzo del calore di cogeneratori per la produzione simultanea di elettricità, calore e/o freddo realizzando così sistemi trigenerativi. L'applicazione economicamente più conveniente è nella climatizzazione del settore terziario. La climatizzazione assistita da energia solare è un approccio promettente per ridurre i carichi elettrici estivi ed il consumo di energia primaria in confronto con i climatizzatori tradizionali. Ulteriore beneficio ambientale è l'uso di fluidi refrigeranti (acqua) con potenziale di riscaldamento globale nullo. Moduli

Modulo: Materiali e componenti per pompe di calore ad adsorbimento Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Accordo di programma MSE/CNR- progetto Solar cooling Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Solar cooling Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto


Centro per la Promozione dell'Innovazione ed il Trasferimento delle Tecnologie Energetiche

Dati generali

Progetto: Generazione distribuita di energia Tipologia di ricerca: Progetti di sviluppo competenze Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Sede principale svolgimento: Sede principale Istituto Dip. di prevista afferenza: Energia e Trasporti Responsabile indicato: SALVATORE FRENI Temi

Tematiche di ricerca Nuove tecnologie energetiche prossime alla commercializzazione e prevalentemente basate sull'utilizzo delle seguenti tecnologie: celle a combustibile a bassa temperatura; celle a combustibile ad alta temperatura; generatori di idrogeno; sistemi di accumulo di idrogeno; pompe di calore ad adsorbimento; sistemi trigenerativi; sistemi alimentati da energia solare, eolica o biomasse.

Stato dell'arte Il settore dei trasporti rappresenta il 20% della spesa energetica mondiale e rimane vincolato per il 95% all'uso di combustibili fossili. La differenziazione delle fonti e la razionalizzazione del ciclo energetico richiedono l'industrializzazione su larga scala di tecnologie in gran parte disponibili, ma anche l'introduzione di soluzioni ancora da ottimizzare. In questo contesto, grazie ai significativi avanzamenti ottenuti, le celle a combustibile alimentate da idrogeno sono oggetto di crescente interesse da parte delle industrie del settore. È questo il senso, ad esempio, del progetto pilota per la produzione di celle a combustibile destinate al trasporto marittimo avviato del polo tecnologico e scientifico di Porto Marghera. Questa commessa punta a creare un supporto scientifico a quelle azioni che possono avere ricadute industriali nel breve e nel medio periodo come lo sviluppo della tecnologia delle celle a combustibile per usi stazionari e per l'autotrasporto. Inoltre, presenterà una serie di attività di complemento, oggi assenti nel mercato, con servizi innovativi in linea con le richieste dei produttori del settore. Azioni

Attività da svolgere Il programma delle attività da svolgere comprende: 1) Realizzazione dell'edificio che ospiterà in nuovo centro testing. 2) Elaborazione del progetto per il trattamento, l'accumulo e la distribuzione dei gas tecnici per i laboratori del nuovo centro. 3) Elaborazione del progetto per la realizzazione del collegamento tra l'attuale sede dell'ITAE ed il nuovo centro testing. 4) Acquisizione di apparecchiature per l'implementazione delle stazioni di prova già realizzate. 5) Individuazione di nuove iniziative per far conoscere alle imprese interessate il potenziale operativo del nuovo centro.

Punti critici e azioni da svolgere l principale punto critico riguarda il ritardo accumulato per la costruzione del centro causato dai tempi molto lunghi richiesti dai vari enti per rilasciare le autorizzazioni necessarie e per poter espletare la gara per l'affidamento dell'appalto di costruzione. A causa di questo ritardo è stato necessario richiedere una proroga, che è stata approvata dal Ministero Ambiente e Tutela del Territorio e dall' Assessorato Industria Regione Siciliana.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine Le competenze possedute riguardano la capacità di progettare, assemblare e gestire impianti per la caratterizzazione di sistemi elettrochimici a celle a combustibile, sia a bassa che ad alta temperatura, generatori di idrogeno, prodotto sia per via elettrolitica che per via catalitica (gassificazione, reforming, ossidazione parziale), sistemi di accumulo di idrogeno e sistemi per la produzione di calore e freddo per mezzo di sistemi trigenerativi.


Strumentazione Apparecchiature (computer, software, ecc.) per la progettazione di stazioni di prova per sistemi a celle a combustibile, generatori di idrogeno, accumulatori di idrogeno e sistemi di trigenerazione. Strumentazioni ed apparecchiature per la realizzazione delle seguenti tipologie di stazioni di prova; i) per celle polimeriche; ii) per celle ad ossidi solidi; iii) per celle a carbonati fusi; iii) sistemi di accumulo di idrogeno con idruri; iv) generatori di idrogeno da combustibili solidi, liquidi e gassosi; v) pompe di calore ad assorbimento; vi) sistemi trigenerativi. Strumentazioni analitiche integranti le stazioni di prova per analisi gascromatografiche on line, carichi elettronici, distillatori,ecc.

Tecniche di indagine Gli obiettivi del modulo sono la costruzione di un centro testing e la progettazione e realizzazione di stazioni di prova per sistemi a celle a combustibile, generatori di idrogeno, accumulatori di idrogeno e sistemi di trigenerazione. Il raggiungimento di tali obiettivi non richiede una specifica attività di ricerca ne specifiche tecniche di indagine, fatto salvo il principio che la progettazione di questi sistemi deve essere aggiornata alle ultime richieste che arrivano dal settore produttivo. Il processo di aggiornamento che accompagna la progettazione delle stazioni di prova è continuo ed è supportato attraverso analisi delle pubblicazioni del settore, analisi delle presentazioni a congressi e contatti diretti con i produttori.

Tecnologie Realizzazione e collaudo del Centro e dei laboratori. Realizzazione e collaudo di stazioni di prova per celle a combustibile. Realizzazione e collaudo di stazioni di prova per generatori di idrogeno. Realizzazione e collaudo di una stazione di prova per il pretrattamento dei combustibili. Realizzazione e collaudo di una stazione di prova per elettrolizzatori. Realizzazione e collaudo di una stazione di prova per impianti trigenerativi.

Collaborazioni (partner e committenti) L'attività prevista è di natura prevalentemente multidisciplinare ed è rivolta in modo particolare alle industrie che vogliono sviluppare nuovi sistemi per la produzione di energia basati sull'uso dell'idrogeno e delle celle a combustibile. Pertanto sono in atto collaborazioni con le principali società operanti nel setore specifico quali; NUVERA FC, DAIMLER, CRF, Ansaldo Fuel cells, Ansaldo ricerche, Enitecnologie, Cantieri Navali Rodriquez, Meridionale Impianti.

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Potenziali nuove iniziative per l'acquisizione di nuove entrate potranno essere avanzate se la regione Siciliana bandirà iniziative relative ai nuovi P.O.R..

Finalità

Obiettivi Obiettivo finale del progetto, inserito nell'ambito delle iniziative intraprese dalla Regione Siciliana per il Distretto Tecnologico Trasporti Navali Commerciali e da Diporto, è la promozione, attraverso la creazione di un Centro Tecnologico, dell'integrazione di tecnologie energetiche innovative nel settore della produzione di energia e dei trasporti, con particolare riferimento ai trasporti navali ed alle tecnologie dell'idrogeno.

Risultati attesi nell'anno I principali risultati attesi sono: 1) Completamento della struttura del nuovo centro testing. 2) Progetto della centrale dei gas tecnici del nuovo centro testing; 3) Progetto per il collegamento tra la sede dell'ITAE ed il nuovo centro testing. 4) Accordi di collaborazione con imprese attive nel settore energetico. 5) Progetti da presentare nell'ambito dei bandi dei nuovi P.O.R. della regione Siciliana.

Potenziale impiego - per processi produttivi La struttura funzionerà come centro di servizi per nuove attività di ricerca e sviluppo pre-competitivo o industriale e come centro di consulenza per attività di sviluppo industriale con attenzione specifica al settore navale ed in particolare per i cantieri navali del mezzogiorno. L'attività principale del Centro consisterà nello sviluppo di processi, finalizzati principalmente alla caratterizzazione, certificazione e prova di sistemi elettrochimici ad alta efficienza e di sistemi per la produzione e l'accumulo di idrogeno. Questa finalizzazione principale richiede azioni ausiliarie di sostegno per la progettazione e la realizzazione delle attrezzature specifiche, l'acquisto ed il collaudo delle attrezzature reperibili sul mercato, la manutenzione e l'approvvigionamento.


- per risposte a bisogni individuali e collettivi A livello di risposta a bisogni individuali, le attività della commessa possono dare sostegno alle industrie che operano nel settore dei trasporti, e più in generale, della produzione di energia.A livello collettivo, contribuirà al miglioramento della tecnologia di produzione di sistemi energetici alta efficienza ed a basso impatto ambientale. Moduli

Modulo: Realizzazione del Centro per la Promozione dell'Innovazione ed il Trasferimento delle Tecnologie Energetiche


Modulo: INTESA DI PROGRAMMA MIUR/CNR Istituto esecutore: Istituto tecnologie avanzate per l'energia "Nicola Giordano" Luogo di svolgimento attività: Sede principale Istituto

Modulo: Implementazione del Centro per la Promozione dell'Innovazione ed il Trasferimento delle Tecnologie Energetiche



Sistemi macromolecolari, polimeri e fluidi complessi Dati generali

Progetto: Biofisica e Soft Matter Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per i processi chimico-fisici Sede principale svolgimento: Sede di Messina Dip. di prevista afferenza: Materiali e Dispositivi Responsabile indicato: CIRINO SALVATORE VASI Temi

Tematiche di ricerca Studio di fenomeni emergenti in miscele e sistemi fuori dall’equilibrio termodinamico. Sviluppo di tecniche di nanomanipolazione in sistemi colloidali e biologici. Dispersione di nanotubi di carbonio e studio delle proprietà di confinamento 1D. Caratterizzazione reologica ed elettroreologica di colloidi. Caratterizzazione e modellizzazione di polimeri, miscele polimeriche e liquidi ionici. Deposizione di film polimerici. Studio della stabilità di sostanze farmaceutiche. Controllo di processi in micelle di CO2 supercritica. Microscopia/spettroscopia a sonda. Sviluppo di strumentazione per la ricerca in soft matter. Sviluppo di applicazioni nel campo del controllo ambientale e del degrado di beni culturali. Progetto PANAREA (contributo strumentale nell’ambito dell’accordo di cooperazione internazionale tra CNR e

STFC(UK)).

Stato dell’arte Le attività di ricerca sia in campo nazionale che in campo internazionale sono accentrate sullo studio di materiali eterogenei accomunati dal fatto di presentare strutture su scale di distanze che vanno da quelle tipiche del raggio molecolare sino all’intero volume occupato dal sistema. L’attenzione è in particolare rivolta alla comprensione dei processi alla base della ricchezza di strutture osservate ed alla ricerca di un formalismo generale per la descrizione di questi comportamenti complessi. Le attività sin qui, svolte da gruppi misti di fisici, chimici e ingegneri hanno avuto una notevole ricaduta nello sviluppo di nuovi materiali, nel controllo di processi produttivi, nello sviluppo di tecniche avanzate di preparazione, caratterizzazione, riciclo, progettazione e realizzazione di dispositivi innovativi per la elaborazione ottica, memorie olografiche e display. Azioni

Attività da svolgere Studio dell’aggregazione di polipeptidi in strutture amiloidi. Effetti di alti campi magnetici e di campi vorticosi nella rottura di simmetria rotazionale (chiralità). Nanostrutture formate dal self assembly di porfirine non ioniche. Innalzamento dello scattering in compositi colloidali ibridi organici-inorganici. Studio del ruolo dell’interazione porfirine/solvente nella formazione di aggregati J e H. Sviluppo di nuovi modelli per la descrizione delle proprietà termodinamiche di eccesso in miscele. Studio delle leggi di scala osservate in melting polimerici e in soluzioni acquose di polimeri. Studio delle proprietà strutturali in gel connessi da ponti idrogeno. Studio teorico-computazionale del fenomeno della fusione anomala in sistemi fisici in condizioni termodinamiche estreme. Approccio entropico allo studio dei ghiacci amorfi nell’acqua. Studio delle proprietà strutturali ed elettroniche di film di metalli nobili (Ag,Au) depositati per ablazione laser. Studio sulla fattibilità di codeposizione di leghe bimetalliche (Au/Ag) in forma di film sottili nanostrutturati. Studio e sviluppo di materiali cromofori di origine naturale e sintetica, impiegabili come sensibilizzatori di film semiconduttori per celle fotovoltaiche di terza generazione. Sintesi di nanoparticelle (Qdots) tramite sistemi micellari e loro caratterizzazione chimico-fisica come agenti fotosensibilizzanti in celle fotoelettrochimiche. Metodologie di sintesi mediante CVD (chemical vapour depositino) per l’ottenimento di nanotubi di carbonio a parete multipla (MWCNT), recanti elevate rese, selettività e buona stabilità all’ossidazione. Analisi dei rilassamenti sub-glass in networks polimerici eterociclici (HPNs) fortemente reticolati condotta mediante spettroscopia meccanica e dielettrica, calorimetria differenziale, dilatometria. Studio della cooperatività nella dinamica di rilassamento segmentale in polimeri. Sviluppo di un modello alternativo a quello di Debye nel caso di fenomeni dielettrici e di uno a quello di Maxell nel caso di fenomeni meccanici.


Spettroscopia Raman Tip-Enhanced (TERS) polarizzata. Produzione di sonde metalliche nanometriche in alluminio ed argento. Imaging Raman e di fluorescenza su nanotubi di carbonio e studio di fenomeni di Energy transfer in Bundles. Dispersione di nanotubi di carbonio in soluzioni acquose e sorting in chiralità. Spettroscopia Raman SERS polarizzata su molecole sonda depositate su nanoripples di oro ed argento. Intrappolamento ottico di nanoparticelle metalliche, nanotubi di carbonio e grafene. Costruzione di un sistema Raman Tweezers e di intrappolamento olografico. Modellizzazione delle proprietà ottiche di nanostrutture metalliche core-shell. Studio delle proprietà di scaling nell’intrappolamento ottico. Caratterizzazione strutturale e dinamica di solventi eco-compatibili e loro miscele binarie mediante spettroscopia neutronica, raggi X e di luce. Caratterizzazione Raman di ossidi nanostrutturati. Test di un nuovo tomografo portatile (tra le varie beam line di una stessa facility), con particolare riferimento all’uso combinato della tecnica tomografica e di quella diffrattometrica. Test di vari rivelatori commerciali (CCD, CMOS, diode-array etc.) allo scopo di individuare il tipo di device per l’acquisizione di immagine per lo sviluppo della nuova beam line, IMAT, ad ISIS. Studio di fattibilità di un nuovo rivelatore per radiografia/tomografia neutronica con elevata velocità di readout. Lo sviluppo di un tale sensore dovrebbe consentire, su una sorgente neutronica pulsata, la registrazione di immagini risolte in energia. La possibilità di esplorare i picchi di Bragg dei vari materiali di cui è composto il campione consentirebbe di utilizzare le tecniche di imaging per mirare i siti di interesse su cui effettuare le misure di diffrazione.

Punti critici e azioni da svolgere Continua a non essere chiaro il rapporto tra commesse, istituti, progetti e dipartimenti. La sovrapposizione di ruoli non consente di avere riferimenti istituzionali per l’avvio di collaborazioni tra commesse e per lo sviluppo di progetti. Dal punto di vista operativo si risente dell’incertezza dei finanziamenti e della mancanza di una programmazione a lunga scadenza fondamentale per poter sviluppare progetti di ricerca. La commessa è coinvolta La commessa è coinvolta nell’accordo di collaborazione tra CNR e Science and Technology Facilities Council (ex CCLRC -RAL (UK)) per il progetto PANAREA. Il progetto, rivolto allo sviluppo di strumentazione per lo scattering di neutroni, consiste nello sviluppo di uno strumento per lo studio dei danni da irraggiamento su microchip e lo sviluppo di un nuovo tomografo con le caratteristiche richieste per l’aquisizione di immagini risolte in energia. Quest’ultimo richiede l’individuazione di un dispositivo caratterizzato da un’alta risoluzione spaziale e da una elevata velocità di trasferimento dei dati. In particolare, è necessario acquisire diverse immagini ad alto dettaglio su gate temporali dell’ordine di qualche decina di microsecondi e con una velocità di ripetizione di qualche decina di Hertz (la repetition rate dell’impulso di neutroni ad ISIS). Non esiste alcun dispositivo commerciale dotato di queste caratteristiche. Occorre quindi capire, preliminarmente, se è possibile ottenere tali caratteristiche da un dispositivo commerciale opportunamente modificato o se sia invece necessario progettarne uno nuovo. Una volta ottenuta una risposta positiva dai test di fattibilità sarà in ogni caso necessario coinvolgere nel progetto una struttura esterna in possesso delle tecnologie necessarie alla realizzazione del dispositivo definitivo.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine La natura stessa della ricerca in soft-matter pone questa disciplina tra i settori multidisciplinari per eccellenza. Pur trattandosi infatti di un argomento della Fisica (e Fisici o Fisico Chimici sono infatti sempre gli approcci metodologici utilizzati) si tratta di una disciplina che richiede una forte interazione tra i Fisici e studiosi di discipline diverse. La Commessa racchiude al suo interno oltre alle competenze nel campo della Fisica (ovvie in un Istituto che, tradizionalmente, fa parte dell’area Fisica) competenze nel campo della Chimica, dell’Ingegneria, della Matematica e dell’Informatica. Tali competenze possono avvalersi di un ampio spettro di strumentazioni esistenti all’interno dei laboratori a disposizione della Commessa e particolarmente adatti alla ricerca nel campo della soft matter. Sono inoltre disponibili le competenze per l’utilizzo delle grandi facility internazionali di neutronica e raggi x. Le competenza nel campo della neutronica e dello sviluppo di strumentazioni sono utilizzate nello realizzazione di una nuovo diffrattometro per liquidi (NIMROD) e di uno strumento per imaging (PANAREA) che verranno installati presso la nuova sorgente di ISIS (RAL-UK)

Strumentazione Sono praticamente disponibili tutte le tecniche di spettroscopia ottica (decadimento di fluorescenza, dinamica vibrazionale e diffusionale, moti idrodinamici collettivi, etc.), meccanica nonché diverse tecniche di microscopia (anche sviluppate in sede). Sono disponibili inoltre un efficiente laboratorio di elettronica ed un’officina meccanica che consentono la messa in opera di nuova strumentazione ideata ad hoc.

Tecniche di indagine Spettroscopia Raman e micro-Raman. FTIR e micro FTIR. Spettroscopia Brillouin. Spettroscopia dielettrica e meccanica. Calorimetria, fluorimetria, HPLC, termogravimetria. Spettroscopia UV-visibile. Spettroscopia a correlazione di fotoni. Diffusione di luce a piccoli angoli.Microscopia AFM/SNOM. Dicroismo e scattering differenziale. Microscopia confocale a fluorescenza.Pinzette Ottiche. Elettroforesi a diffusione di luce. Ellissometria spettroscopica. Spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo.Laser Induced Breakdown Spectroscopy. Laser scanner. Vibrometro Laser. Spettroscopia neutronica e a raggi X. Approcci teorici alla fisica dello stato liquido e della soft matter.


Tecnologie Deposizione di film sottili tramite laser ablation. Laser scanner e Geo-Radar. Tecniche di dinamica molecolare e Monte Carlo per la modellizzazione di fluidi molecolari e sistemi complessi.

Collaborazioni (partner e committenti) CNR-IMM Catania; CNR-ICB Catania; CNR-ICTP Catania; CNR-ITAE Messina; CNR ISC Firenze G.I.N.T. - INFN Napoli; Fismed-INFM&CNR Milano; Lycril-INFM&CNR Cosenza; CRLC-RAL Chilton UK; HMI-BENSC Berlino Germania; Università di Roma 3 Università di Roma Tor Vergata Università Milano Bicocca Università Catania:Dip. Scienze Chimiche Università di Messina: Dipartimento di Fisica; Dipartimento di Chimica Inorganica Chimica Analitica e Chimica Fisica;Dipartimento Farmaco-Chimico; Facoltà di Medicina; Università di Pisa: Dipartimento di Fisica; Department Molecular Biology. Univ. Salzburg; Instituto de Estructura de la Materia, CSIC Madrid Spain; Department of Engineering, Cambridge University UK; Department of Physics and Astronomy University College London UK. Universitè Pier et Marie Curie, Departmente de physique des mileux denses, Paris, France BIONEM LAB, Università Magna Graecia, Catanzaro. Universitè de Technologie de Troyes, France Universitè du Sud - Toulon - Var, France Université Claude Bernard Lyon 1, Lyon, France Institute of MacromoMacromolecular Chemistry, National Academy of Science of Kiev, Ukraine Department of Physics, Adam Mickiewicz University Polonia;

Iniziative per l’acquisizione di ulteriori entrate È in fase di definizione un Contratto Attivo con l’industria farmaceutica Medivis SRL Catania per lo studio e

caratterizzazione di formulazione farmaceutiche d’interesse oftalmico Sono stati sottomessi due progetti europei FP7 Nanoantenna e NanoPhotoEnergy È stato sottomesso un progetto di interscambio Italia-Francia È stato sottomesso un progetto FP7 IDEAS È in fase di definizione un Contratto Attivo, nell’ambito del progetto Panarea, con l’industria ST-Microelectonics

per danni da irradiazione su microchip Sono stati presentati tre progetti su Industria 2015 Sono in fase di preparazione progetti su PON e POR e progetti di ricerca su base nazionale ed europea.

Finalità

Obiettivi Descrizione dei processi irreversibili che vengono a determinarsi in condizioni di non equilibrio termodinamico e

che danno luogo a fenomeni aggregativi nella formazione di strutture caratterizzate da un’enorme variabilità di scala.

Individuazione di sistemi modello e sviluppo di nuovi approcci teorici mirati al raggiungimento di una descrizione razionale dei fenomeni usualmente osservati in tutti i sistemi organizzati.

Individuazione di parametri caratteristici che consentano di determinare le proprietà dei sistemi in studio, di ottenere informazioni sui processi aggregativi che vi hanno luogo e predirne e governarne le scale spaziali e temporali.

Comprensione del ruolo giocato dalle proprietà microscopiche, in relazione alle proprietà macroscopiche che rendono questi materiali interessanti dal punto di vista tecnologico.

Messa a punto di nuove tecniche di indagine sperimentale e di strumentazioni per l’avanzamento della conoscenza nel campo della Soft-Matter.

Risultati attesi nell’anno Comprensione del ruolo del legame idrogeno come fattore di stabilità nella inibizione della formazione di strutture amiloidi. Comprensione del ruolo della barodiffusione nella selezione chirale delle strutture mesoscopiche. Generazione di nanotubi di porfirina non ionica otticamente risonanti per la veicolazione di molecole “guest”.


Formazione e caratterizzazione di colloidi metallo organici per il trasporto di farmaci e per la diagnosi intracellulare. Comprensione del meccanismo di formazione di aggregati H in soluzione non acquose. Avanzamento delle conoscenze nel campo delle proprietà termodinamiche in eccesso di miscele. Avanzamento delle conoscenze nel campo delle transizioni sol-gel in network di ponti idrogeno. Avanzamento delle conoscenze, nel campo dei melt polimerici e delle soluzioni polimeriche. Razionalizzazione del fenomeno della fusione anomala nei diagrammi di fase di sistemi ad alte pressioni. Applicazione di un criterio di natura entropica per contraddistinguere in termini di parametri d’ordine le fasi strutturali dei ghiacci amorfi del modello TIP4P dell’acqua. Definizione di un protocollo per la realizzazione di film nano strutturati di metalli nobili con elevata attività SERS. Conversione energia solare in elettrica sfruttando dispositivi fotoelettrochimici, con efficienza maggiore dello 1% sotto illuminazione di 0.1 W/cm2. Per quel che riguarda i sistemi HPNs si valuteranno le deviazioni da una semplice legge lineare tra l’intensità del rilassamento locale beta e la densità dei cross-links per ipotizzare l’esistenza di una soglia di percolazione associata ad un valore critico della densità di network Inoltre verrà perfezionato un modello termodinamico e si cureranno gli aspetti del confinamento da parte di domini cristallini e quelli della dinamica lenta dei modi fluttuazionali a grande lunghezza d’onda in polimeri semicristallini. Altro obiettivo sarà quello di produrre nanotubi di carbonio (CNT) mediante tecnica CVD per l’ottenimento di CNT con elevata stabilità chimico-fisica, alti valori di resa e di selettività a costi di produzione competitivi. Estensione della termodinamica dei processi irreversibili al caso relativistico ed in particolare determinazione dell’equazione di bilancio per l’entropia. Comprensione dei meccanismi di field enhancement e valutazione dell’influenza della depolarizzazione nel TERS su cristalli. Produzione di sonde con raggio di curvatura sub-50 nm. Comprensione dei meccanismi di trasferimento di energia in bundles di nanotubi. Arricchimento in chiralità di soluzioni di nanotubi. Realizzazione di un apparato di Raman Tweezers nel vicino IR. Validazione del modello E^4 nella spettroscopia SERS. Spettroscopia di fotoluminescenza, spettroscopia Raman nel rosso e nel vicino IR di nanotubi di carbonio e nanoribbons di grafene intrappolati otticamente. Comprensione del ruolo della risonanza plasmonica nell’intrappolamento ottico di nanostrutture metalliche. Descrizione delle proprietà morfologiche di Sali di imidazolio. Descrizione delle proprietà strutturali in nano-ossidi indotti da laser-annealing. Realizzazione di una camera tomografica portatile per test su rivelatori e sull’uso combinato di tecniche di diffrazione e di imaging. Definizione delle possibili soluzioni al superamento delle attuali difficoltà tecnologiche per la realizzazione dello strumento IMAT ad ISIS.

Potenziale impiego - per processi produttivi Realizzazione di materiali innovativi per farmaceutica, sensoristica e controllo ambientale. Realizzazione, mediante laser ablation, di strati protettivi di nitruro di carbonio (CNx). - per risposte a bisogni individuali e collettivi Sviluppo di strumentazione scientifica innovativa e di metologie di caratterizzazione di materiali. Applicazioni informatiche per la fruizione di beni culturali (banche dati, musei virtuali, modelli 3D). Applicazioni informatiche basate su tecnologia GPS, RFID, mobile per la fruizione di beni culturali. Moduli

Modulo: Sistemi macromolecolari, polimeri e fluidi complessi Istituto esecutore: Istituto per i processi chimico-fisici Luogo di svolgimento attività: Sede di Messina

Modulo: Intesa di Programma MIUR/CNR – Incremento attrezzature scientifiche Istituto esecutore: Istituto per i processi chimico-fisici Luogo di svolgimento attività: Sede di Messina

Modulo: Living soft matter Istituto esecutore: Istituto per i processi chimico-fisici Luogo di svolgimento attività: Sede di Bari



Provincia di Trapani



Processi ecologici in ambiente marino e costiero: conservazione e gestione sostenibile delle risorse viventi

Dati generali

Progetto: Sostenibilità dei sistemi ambientali Tipologia di ricerca: Progetti relativi a linee tematiche a carattere strategico Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Sede principale svolgimento: Sede di Mazara del Vallo Dip. di prevista afferenza: Terra e Ambiente Responsabile indicato: FABIO BADALAMENTI Temi

Tematiche di ricerca La Commessa è strutturata in quattro moduli: TA-P04-001.001, Oceanografia interdisciplinare ed ecologia della pesca; TA-P04-001.002, Modelli "esperti" per la gestione integrata delle zone costiere; TA-P04-001.003,Valutazione, Gestione, Incremento e Valorizzazione delle Risorse Pescabili della Fascia Costiera; TA-P04-001.004, Ecologia marina e pesca sostenibile. Le tematiche della commessa e dei quattro moduli sono relative in generale alla conservazione e gestione sostenibile delle risorse rinnovabili in ambiente marino e costiero e sono riconducili ai principali filoni di attività che si differenziano per gli ambiti operativi caratterizzanti, riguardanti rispettivamente 1) lo studio dei processi di accoppiamento tra fenomeni fisici e biologici in ambiente pelagico, 2) la valutazione e la gestione delle risorse demersali e 3) la caratterizzazione e la gestione delle risorse della fascia costiera. Quest'ultima comprendente la realizzazione dei "modelli esperti" con l'utilizzo di metodologie avanzate per il monitoraggio dell'ambiente marino costiero, per l'analisi e il trattamento dei dati a fini previsionali e per la visualizzazione delle informazioni.

Stato dell'arte L'ecosistema marino e costiero è soggetto a diverse attività di origine antropica e naturale che provocano modificazioni sostanziali nelle sue componenti. Per una gestione razionale e sostenibile dell'ecosistema marino e delle sue risorse è necessario studiare gli effetti di queste modifiche sull'ecosistema. Alcuni tra i principali temi scientifici da affrontare sono quindi l'impatto della variabilità ambientale sull'abbondanza e distribuzione delle popolazioni naturali e l'uso di indicatori ambientali per la loro gestione. I dati raccolti in passato dal gruppo di ricerca coinvolto nella Commessa nel corso di campagne oceanografiche interdisciplinari rappresentano un'importante risorsa che verrà integrata da nuove osservazioni e utilizzata per verificare ipotesi sul funzionamento degli ecosistemi. L'elevato grado di interdisciplinarietà degli obiettivi scientifici richiede inoltre il potenziamento delle attività a carattere tecnologico, con lo sviluppo e il testing di nuovi dispositivi elettroacustici ed ottici per il monitoraggio della colonna d'acqua e della bassa atmosfera, nonché il potenziamento della stazione di ricezione satellitare e la relativa analisi dei dati satellitari


Azioni

Attività da svolgere Le principali linee attività (WorkPackages), ciascuna delle quali articolate in subattività, sono: WP1.1 Biologia ed ecologia delle piccole specie ittiche pelagiche. WP1.2 Biologia ed ecologia dei grandi pelagici. WP1.3 Bioacustica ed idroacustica applicata. WP1.4 Ecologia e pesca. Gran parte della restante attività da svolgere riguarderà il mettere a frutto i numerosi risultati conseguiti fino a questo momento nell'ambito dei diversi progetti svolti. Da una parte verranno pubblicati i risultati su riviste scientifiche e dall'altra gli stessi risultati verranno resi disponibili e divulgati ai portatori di interesse. A questo riguardo i dati raccolti saranno importantissimi per formulare i piani di gestione della pesca della regione Sicilia. L'accordo firmato nel mese di novembre 2007 tra il CNR-IAMC e la regione Sicilia impegna in tal senso la Commessa, ed il modulo ecologia marina e pesca sostenibile in particolare. Vi sono poi i progetti di raccolta dati nel canale di Sicilia che continueranno ed i nuovi progetti già in cantiere. Nel corso del 2009 si provvederà all'aggiornamento e al perfezionamento dei modelli intelligenti di gestione integrata delle zone costiere già realizzate, in particolare "DrepanCoast" per il territorio della Provincia di Trapani e "AspraCoast" per la costa bagherese. I positivi risultati ottenuti, infatti, hanno spinto gli amministratori della Provincia Regionale di Trapani e del Comune di Bagheria a richiedere la prosecuzione della collaborazione con lo IAMC-CNR, ed è in corso di perfezionamento la stipula di apposite convenzioni in questo senso. Analoga richiesta è stata avanzata dal Comune di Mazara del Vallo per la prosecuzione del progetto già realizzato denominato "Piagema". In collaborazione con l'Università di Palermo, il Comando Generale delle Capitanerie di Porto, e le autorità portuali maltesi è stato, inoltre, predisposto il progetto FORENSIC (FORecasting for ENvironmental Protection of Strait of SICily) avente l'obiettivo della salvaguardia ambientale delle aree marine e costiere dello Stretto di Sicilia, da realizzare attraverso un Sistema Informativo Territoriale che consenta di valutare, mediante modelli matematici e neurali di simulazione e previsione, lo stato di vulnerabilità dell'ecosistema marino agli impatti antropici e climatici mediante la zonazione di aree contraddistinte da differenti livelli di troficità ambientale e l'individuazione delle aree di criticità per eventuali incidenti con sversamento di petrolio. Il progetto prevede l'avvio di partenariati con i paesi di prossimità (in particolare con Tunisia, Libia e Malta) e potrà consentire di realizzare scambi di informazioni sia in tema ambientale che di sicurezza della navigazione marittima, contribuendo a rafforzare i legami tra le popolazioni che si affacciano sul Mediterraneo. Avrà inizio il progetto Europeo MESMA "Monitoring and Evaluation of Spatially Managed Areas" finanziato nell'ambito del settimo programma quadro della CE e coordinato dall'IMARES, Olanda. Il progetto avrà durata di quattro anni.


Punti critici e azioni da svolgere La continuazione della redazione dei piani di gestione della pesca in Sicilia sarà un momento importante sia da un punto di vista politico-amministrativo che scientifico. ÌIAMC coordinerà la stesura dell'intero piano. Un ruolo importante spetterà all'ISPRA (ex ICRAM) di Palermo ed una parte minore alle Università di Palermo e Messina. Alla stesura dei piani seguirà il monitoraggio delle azioni intraprese ed un periodo molto stimolante durante il quale si potranno validare su grande scala le molteplici esperienze sulla gestione della pesca finora maturate in Sicilia. Sarà importante e strategico coordinare le attività dell'IAMC con quelle dell'ICRAM e le Università e sarà importante stabilire un contatto costante con l'assessorato alla pesca della Regione. L'IAMC non dispone di una sede a Palermo. Sebbene l'importanza di tale sede sia stata sottolineata numerose volte e vi sia un pieno accordo all'interno dell'IAMC ad oggi difficoltà principalmente di ordine economico e l'indisponibilità di spazi presso l'area della ricerca di Palermo ne hanno reso impossibile la realizzazione. Il reperimento di una sede, provvisoria o stabile a Palermo sarà la principale azione da portare avanti. Attualmente grazie ad una convenzione con l'ICRAM (oggi ISPRA) l'Istituto può usufruire di spazi. È auspicabile la creazione di una UO presso questi spazi in attesa di migliore sistemazione. Deve essere intensificata l'azione promozionale nei confronti della Regione Siciliana e degli enti territoriali costieri affinché la gestione integrata delle aree costiere diventi uno dei cardini della pianificazione territoriale, basata sull'utilizzo dei "modelli intelligenti". In questo contesto va rafforzato il gruppo di ricerca che si occupa di ICZM sia con personale esperto che con stabili attrezzature. Si segnala, in particolare, la necessità di potenziare la stazione di ricezione satellitare HIRM-2082,al fine di potere assicurare uno stabile monitoraggio del sistema costiero siciliano. Un'altra criticità è rappresentata dalla piena operatività degli uffici e dei laboratori da implementare nei locali della sede di servizio IAMC di Capo Granitola (Campobello di Mazara, TP), a cui è legata gran parte dell'attività dei progetti di ricerca a supporto dell'istituendo Distretto Tecnologico della Pesca Ecocompatibile in Sicilia.

Competenze, tecnologie e tecniche di indagine I ricercatori e tecnici afferenti alla commessa, hanno acquisito competenze e conoscenze inerenti le tematiche dei 4 Moduli attraverso la partecipazione a numerosi progetti di ricerca internazionali (MEDITS, SAMED, MEDSUDMED, INDECO, MED/92/011, MED/97/063, ECOMARE, VALFEZ, EMPAFISH), e nazionali (GRUND, CAMPBIOL, DISCARD, MIUR/063 MIPAF 6A84).

Strumentazione


Tecnologie

Collaborazioni (partner e committenti) Partner A.N. Servetsov Institute of Ecology & Evolution, Russian Academy of Sciences (Iee-Ras), Malta Centre For Fisheries Sciences, Mcfs, Dfa, Malta, Mosca, ICRAM, CEFAS (UK), CSIC Barcellona (Spagna), COISPA, IEO (Spagna), NCMR (Grecia), Malta Centre For Fisheries Sciences ( Malta), The Russian Federal Research Institute of Fisheries & Oceanography,Vniro, Mosca, Università di Newcastle (UK), Università di Palermo, Università della Tuscia. Committenti ARPA Sicilia - ARPA Toscana ‘ Enti Locali Territoriali ‘ European Commission ‘ FAO - Istituto di Istruzione Superiore per l'Agricoltura - Ministero Affari Esteri - MIPAF- MIUR - Regione Calabria ‘ Regione Sicilia ‘ SIBM

Iniziative per l'acquisizione di ulteriori entrate Si stanno predisponendo i progetti per la partecipazione ai bandi del POR Regione Sicilia 2007-2013 e del PON Ricerca e Competitività 2007-2013. Ulteriori risorse finanziarie dovrebbero essere assicurate dall'attivazione delle Convenzioni con gli enti territoriali costieri. Inoltre sono stati già predisposti, in collaborazione con l'Università di Palermo e con un forte partenariato di paesi mediterranei, i progetti FORENSIC (FORecasting for ENvironmental Protection of Strait of SICily) e MEANS (Marine Environment and Navigation Safety) da presentare nell'ambito del 7PQE. In generale si sfrutteranno le opportunità offerte dal FEP 2007-2013 sempre attraverso il canale della regione Sicilia e del settimo programma quadro della CE. Verranno rinnovati i progetti per il monitoraggio delle risorse alietutiche e verranno presentati progetti di ricerca nell'ambito del settimo programma quadro della Comunità Europea.


Finalità

Obiettivi Generali Sviluppo strategie di gestione sostenibile delle risorse biologiche rinnovabili. Comprensione della biodiversità strutturale e funzionale delle comunità marine. Definizione della variabilità naturale dei sistemi ecologici. Valutazione di impatto ambientale delle attività umane. Sviluppo di tecnologie per un prelievo meno impattante delle risorse marine. Sviluppo di dispositivi per il monitoraggio della colonna d'acqua. Sviluppo di sistemi per promuovere il collegamento con la realtà socioeconomica. Realizzazione di modelli "esperti" di gestione integrata della fascia costiera. Specifici Studio: dei flussi di energia nelle reti trofiche, dei processi di colonizzazione e successione nelle comunità, della biologia di specie-chiave dell'ambiente marino di piattaforma, della competizione intra- ed interspecifica per le risorse, della struttura, funzione e delle proprietà emergenti della comunità marina demersale sfruttata dalla pesca. Valorizzazione delle specie pescabili di scarso o nullo valore commerciale. Analisi della distribuzione di uova, larve, stadi giovanili e adulti di specie demersali. Caratterizzazione biologica delle catture delle flottiglie commerciali.

Risultati attesi nell'anno Avvio di un centro di testing di dispositivi per il monitoraggio dello stato delle risorse biologiche del mare, con creazione di Laboratori di Oceanografia, Biogeochimica e Acustica applicata. Determinazione della struttura delle popolazioni di piccoli pelagici nello Stretto di Sicilia e relativa stima di biomassa per l'anno 2009. Approfondimento conoscenze sulle interazioni tra processi fisici e biologici alla base delle fluttuazioni di biomassa. Biologia ed ecologia di grandi e piccoli pelagici in relazione alle condizioni ambientali. Maggiore accuratezza nei metodi acustici per la valutazione di biomassa. Concorso alla redazione dei piani di gestione della pesca in Sicilia. Nel corso del 2009 dovrebbero essere finanziati ed operativi i progetti ICZM che si stanno predisponendo in attesa della uscita dei bandi. Inoltre dovrebbero diventare operative le Convenzioni attualmente in fase di stipula con la Provincia Regionale di Trapani, il Comune di Mazara del Vallo e il Comune di Bagheria per l'aggiornamento e la gestione dei GIS e delle banche dati realizzati nell'ambito dei progetti Mogeifaco, Piagema, DrepanCoast ed AspraCoast. L'obiettivo principale è quello di perfezionare l'interfaccia tra il sistema GIS (ArcGIS ESRI) e il software delle reti neurali bayesiane per realizzare un modulo adattabile a qualsiasi serie storica di dati ambientali, in modo da rendere il "modello" utile per le attività di pianificazione territoriale. Inoltre nell'ambito dei programmi POR Sicilia ci si attende l'estensione del modello realizzato al sistema costiero di altre province siciliane. Le attività di MESMA prevedono per il primo anno la compilazione dell'elenco dei casi di studio selezionati da includere nel progetto; la preparazione di una revisione sulle tipologie di aree marine spazialmente gestite (SMA) con particolare riguardo ai metodi per creare, monitorare e valutare SMAs; la preparazione di un elenco/database degli habitat marini prioritari e di un modello generico di gestione spaziale con software per input dati; la creazione di un portale per input dati nel database del progetto; la stesura di un documento sui conflitti fra stakeholders della fascia costiera e loro possibile soluzione. Entro l'anno è prevista il completamento della realizzazione del piano di Gestione della pesca per la Sicilia. Continuerà il progetto di raccolta dati nello Stretto di Sicilia e l'utilizzo dei preziosi dati.

Potenziale impiego - per processi produttivi - indicazioni per lo sfruttamento sostenibile delle principali popolazioni ittiche pelagiche, quali la sardina Sardina pilchardus, l'acciuga Engraulis encrasicolus e il tonno rosso Thunnus thynnus - prototipo sperimentale di dispositivo per il controllo del comportamento di mammiferi marini in prossimità degli attrezzi da pesca - raccolta ed elaborazione dell'informazione necessaria alle Amministrazioni per la stesura dei Piani di Gestione delle risorse, previsti dalla normativa comunitaria, per far rientrare le condizioni di sfruttamento in condizioni di maggiore sostenibilità -valutazione dell'efficacia delle aree marine protette come strumenti di incremento delle risorse pescabili - formulazione di piani atti ad arrestare il depauperamento ittico e a rimodulare lo sforzo di pesca. - composizione e distribuzione spaziale dei popolamenti ittici in aree marine protette e zone impattate dall'attività di pesca a strascico - per risposte a bisogni individuali e collettivi - valutazione della biomassa delle risorse rinnovabili oggetto di sfruttamento - conciliazione delle istanze di conservazione di specie protette e di riduzione dei danni economici per i pescatori.


- ausilio alle categorie e agli organi di vigilanza per discutere e dirimere eventuali controversie normative rendendo partecipi al processo formativo i diretti interessati (pescatori), attraverso ad esempio la presentazione di schede esemplificative biologico-normative su argomenti sensibili. - supporto tecnico-scientifico alle categorie per favorire l'adozione di comportamenti e tecniche di pesca che minimizzino l'impatto sugli stock e sull'ecosistema - individuazione di strumenti di gestione finalizzati all'uso sostenibile delle risorse sfruttate dalla pesca artigianale - recupero (recovery) di ambienti sottoposti all'impatto delle attività umane attraverso misure di protezione parziale o totale degli habitat. - elaborazione di modelli "esperti" di gestione integrata delle zone costiere ai fini di una gestione sostenibile della pesca artigianale, da supporto alla programmazione territoriale degli enti locali e regionali. Moduli

Modulo: Oceanografia interdisciplinare ed ecologia della pesca Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Luogo di svolgimento attività: Sede di Mazara del Vallo

Modulo: Modelli “esperti” per la gestione integrata delle zone costiere Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Luogo di svolgimento attività: Sede di Mazara del Vallo

Modulo: Valutazione, Gestione, Incremento e Valorizzazione delle Risorse Pescabili della Fascia Costiera

Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Luogo di svolgimento attività: Sede di Mazara del Vallo

Modulo: Ecologia marina e pesca sostenibile Istituto esecutore: Istituto per l'ambiente marino costiero Luogo di svolgimento attività: Sede di Mazara del Vallo


Documents

Articolazione Regionale - CNR · DCSPI Articolazione regionale delle Attività 2009 Programmazione Operativa Regione Sicilia Mediterraneo. Introduzione e conservazione di tutte le