RESEARCH GROUP PICTURE

HOW ACADEMIC SUCCESS IS CELEBRATED AT UNIVERSITY OF PADOVA

VORTEX STIRRING OF NANOMATERIALS

FLUORESCENT COATINGS FOR BIOSENSING

PRESENTATION OF RESULTS AT PLASMONICA 2015 WORKSHOP

MAGNETIC STIRRING OF A COLLOIDAL SYSTEM

OPTICAL PROPERTIES OF MATERIALS THROUGH SPECTROSCOPIC ELLIPSOMETRY

PLASMA TREATMENT ON NANOMATERIALS

USING X RAY DIFFRACTION TO FIND NANOSTRUCTURES

CREATION OF NEW MATERIALS THROUGH 3D PHOTOPOLYMERIZATION

COLORS WITHOUT PIGMENTS

TRANSIENT ENHANCEMENT AND SPECTRAL NARROWING OF THE PHOTOTHERMAL EFFECT OF PLASMONIC NANOPARTICLES UNDER PULSED EXCITATION

"Transient Enhancement and Spectral Narrowing of The Photothermal Effect of Plasmonic Nanoparticles Under Pulsed Excitation". E. Y. Lukianova-Hleb, A. N. Volkov, X. Wu, D. O. Lapotko. ADVANCED MATERIALS. In press. DOI: 10.1002/adma.201204083

The transient 100-fold enhancement and spectral narrowing to 2 nm of the photothermal conversion by solid gold nanospheres under near-infrared excitation with a short laser pulse is reported. This non-stationary effect was observed for a wide range of optical fluences starting from 10 mJ cm⁻² for single nanospheres, their ensembles and aggregated clusters in water, in vitro and in vivo. 

Se reporta el incremento transitorio de 100 veces y el estrechamiento espectral a 2 nm de la conversión fototérmica en nanoesferas de oro, ante la excitación en el infrarrojo cercano con pulsos cortos de luz láser. Este efecto no estacionario fue observado en un amplio intervalo de fluencias ópticas, que comienzan desde 10 mJ cm⁻² para nanoesferas aisladas, para sus arreglos y para sus clústers en agua, in vitro e in vivo.

 http://dx.doi.org/10.1002/adma.201204083

PLASMONICS FOCUS ISSUE

Nature Photonics published in November 2012 a special focus issue on Plasmonics. This Focus Issue covers some recent developments on Plasmonics including, nonlinear plasmonics, acousto-magneto effects, plasmons on graphene and biosensor applications. Briefly, Plasmonics takes advantage of the coupling of light to charges like electrons in metals, which allows breaking the diffraction limit for the localization of light into subwavelength dimensions enabling strong field enhancements.

En Noviembre 2012 Nature Photonics publicó un número especial dedicado a la Plasmónica. Este número especial abarca algunos desarrollos recientes de la Plasmónica, incluyendo la plasmónica no lineal, los efectos acustomagnéticos, los plasmones en grafeno y las aplicaciones en biosensores. En pocas palabras, la Plasmónica aprovecha el acoplamiento de la luz con las cargas eléctricas de los metales, lo cual permite sobrepasar el límite de difracción y localizar luz en dimensiones inferiores a su longitud de onda, permitiendo así fuertes incrementos del campo eléctrico.

http://www.nature.com/nphoton/focus/plasmonics/index.html 

TV WITH HIGH-END COLOR VIA QUANTUM DOT TECHNOLOGY

 

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

Some Sony's Bravia LCD TVs have incorporated quantum dot technology to get exceptionally high-end color. The technology involves nanoscale particles known as quantom dots. They improve significantly the color viewing in the new TVs.

Algunas televisiones Bravia LCD de Sony han incorporado tecnología basada en puntos cuánticos para lograr una excepcionalmente alta calidad de colores. La tecnología involucra nanopartículas conocidas como puntos cuánticos. Estas nanopartículas mejoran significativamente la percepción de color en las nuevas televisiones.

Sony's Bravia LCD TVs, in selected models, have incorporated quantum dot technology to boost sales of these high-end televisions by featuring exceptionally high-end color. The technology is from the Massachusetts-based company, QD Vision, and that technology involves nanoscale particles known as quantum dots. They are to significantly improve color viewing for the new Sony TVs.

Read more at: http://phys.org/news/2013-01-sony-tvs-high-end-quantum-dot.html#jCp

SECOND HARMONIC GENERATION REVEALS MATRIX ALTERATIONS DURING BREAST TUMOR PROGRESSION

"Second harmonic generation reveals matrix alterations during breast tumor progression". K. Burke, P. Tang, E. Brown. JOURNAL OF BIOMEDICAL OPTICS 18, 031106 (2012). 

DOI: 10.1117/1.JBO.18.3.031106

Alteration of the extracellular matrix in tumor stroma influences efficiency of cell locomotion away from the primary tumor into surrounding tissues and vasculature, thereby affecting metastatic potential. We study matrix changes in breast cancer through the use of second harmonic generation (SHG) of collagen in order to improve the current understanding of breast tumor stromal development. Specifically, we utilize a quantitative analysis of the ratio of forward to backward propagating SHG signal (F/B ratio) to monitor collagen throughout ductal and lobular carcinoma development. After detection of a significant decrease in the F/B ratio of invasive but not in situ ductal carcinoma compared with healthy tissue, the collagen F/B ratio is investigated to determine the evolution of fibrillar collagen changes throughout tumor progression. Results are compared with the progression of lobular carcinoma, whose F/B signature also underwent significant evolution during progression, albeit in a different manner, which offers insight into varying methods of tissue penetration and collagen manipulation between the carcinomas. This research provides insights into trends of stromal reorganization throughout breast tumor development.

La alteración de la matriz extracelular en el estroma tumoral influye en la eficiencia de la locomoción celular alejándose del tumor primario en los tejidos circundantes y en el sistema vascular, afectando así el potencial metastático. Se estudian los cambios en la matriz en los casos de cáncer de pecho a través del uso de la generación de segundo armónico (SHG) del colágeno, con la intención de mejorar el entendimiento actual acerca del desarrollo del estroma en el tumor de pecho. Específicamente, se utiliza un análisis cuantitativo de la razón de señal SHG que se propaga hacia adelante y hacia atrás (razón F/B), para seguir al colágeno a lo largo de desarrollo del carcinoma ductal y lobular. Después de la detección de una notable disminución en la razón F/B del carcinoma ductal invasivo, mas no in situ, en comparación con el tejido sano, la razón F/B del colágeno se investigó para determinar la evolución de los cambios de colágeno fibrilar a través de la progresión del tumor. Los resultados se compararon con la progresión del carcinoma lobular, cuya razón F/B también experimentó una evolución notable durante la progresión, aunque de forma distinta, lo cual profundiza en los diversos métodos para la penetración de tejido y la manipulación de colágeno entre los carcinomas. Esta investigación proporciona un mayor entendimiento de las tendencias de la reorganización estromal a lo largo del desarrollo del tumor de pecho.

http://dx.doi.org/10.1117/1.JBO.18.3.031106  

COHERENT PHONON HEAT CONDUCTION IN SUPERLATTICES

"Coherent Phonon Heat Conduction in Superlattices". M. N. Luckyanova, J. Garg, K. Esfarjani, A. Jandl, M. T. Bulsara, A. J. Schmidt, A. J. Minnich, S. Chen, M. S. Dresselhaus, Z. Ren, E. A. Fitzgerald, G. Chen. SCIENCE 338, 936 (2012). DOI: 10.1126/science.1225549

The control of heat conduction through the manipulation of phonons as coherent waves in solids is of fundamental interest and could also be exploited in applications, but coherent heat conduction has not been experimentally confirmed. We report the experimental observation of coherent heat conduction through the use of finite-thickness superlattices with varying numbers of periods. The measured thermal conductivity increased linearly with increasing total superlattice thickness over a temperature range from 30 to 150 kelvin, which is consistent with a coherent phonon heat conduction process. First-principles and Green’s function–based simulations further support this coherent transport model. Accessing the coherent heat conduction regime opens a new venue for phonon engineering for an array of applications.  

El control de la conducción de calor por medio de la manipulación de los fonones como ondas coherentes en sólidos es de interés fundamental y pudiera también ser utilizado en aplicaciones, pero la condución coherente de calor no se ha confirmado experimentalmente. Aquí se reporta la observación experimental de conducción coherente de calor por medio del uso de super-redes que tienen espesores finitos y cuyos períodos varían. Las medidas de conductividad térmica se incrementan linealmente conforme aumenta el espesor total de la super-red en el intervalo de temperaturas que van de 30 a 150 kelvin, lo cual es consistente con un proceso de conducción de calor mediante fonones coherentes. Simulaciones de primeros principios y basadas en la función de Green confirman este model de transporte coherente. Lograr un régimen de conducción coherente de calor abre un nuevo camino a la ingeniería de fonones para toda una variedad de aplicaciones.

http://dx.doi.org/10.1126/science.1225549

INJECTABLE PREFORMED SCAFFOLDS WITH SHAPE-MEMORY PROPERTIES

 

"Injectable preformed scaffolds with shape-memory properties". S. A. Bencherif, R. W. Sands, D. Bhatta, P. Arany, C. S. Verbeke, D. A. Edwards, D. J. Mooney. PROCEEDINGS OF THE NATIONAL ACADEMY OF SCIENCES OF THE UNITED STATES OF AMERICA. In press. DOI: 10.1073/pnas.1211516109

Injectable biomaterials are increasingly being explored to minimize risks and complications associated with surgical implantation. We describe a strategy for delivery via conventional needle–syringe injection of large preformed macroporous scaffolds with well-defined properties. Injectable 3D scaffolds, in the form of elastic sponge-like matrices, were prepared by environmentally friendly cryotropic gelation of a naturally sourced polymer. Cryogels with shape-memory properties may be molded to a variety of shapes and sizes, and may
be optionally loaded with therapeutic agents or cells. These scaffolds have the capability to withstand reversible deformations at over 90% strain level, and a rapid volumetric recovery allows the structurally defined scaffolds to be injected through a small-bore needle with nearly complete geometric restoration once delivered. These gels demonstrated long-term release of biomolecules in vivo. Furthermore, cryogels impregnated with bioluminescent reporter cells provided enhanced survival, higher local retention, and extended engraftment of transplanted cells at the injection site compared with a standard injection technique. These injectable scaffolds show great promise for various biomedical applications, including cell therapies.

Los biomateriales inyectables se están explorando cada vez más para minimizar lo riesgos y las complicaciones asociadas a los implantes quirúrgico. Aquí se describe una estrategia para el envío, mediante inyección convencional con una jeringa de aguja, de soportes macroporosos altamente desarrollados y con propiedades bien definidas. Los soportes 3D inyectables, en la forma de matrices elásticas tipo esponjas, se prepararon mediante una gelación criotrópica, amigable con el ambiente, de un polímero que se encuentra naturalmente. Las propiedades de los criogeles con memoria de forma pueden ser moldeados en toda una variedad de formas y tamaño, y pueden ser cargados opcionalmente con agentes terapéuticos o con células. Estos soportes tienen la capacidad de soportar deformaciones reversibles hasta por encima del 90% del nivel de esfuerzo, y una rápida recuperación volumétrica permite que los soportes definidos estructuralmente sean inyectados a través de una pequeña aguja y presenten una restauración geométrica completa una vez que se han enviado. Estos geles muestran una liberación de largo plazo de biomoléculas in vivo. Es más, los criogeles impregnados con células sonda bioluminiscentes, permitiendo una mayor supervivencia, una mayor retención local, y extendiendo el injerto de células transplantadas en el sitio de inyección, en comparación con la técnica usual de inyección. Estos soportes inyectables representan una gran promesa para diversas aplicaciones biomédicas, incluidas las terapias celulares.

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1211516109

SEQUENCE-SPECIFIC PEPTIDE SYNTHESIS BY AN ARTIFICIAL SMALL-MOLECULE MACHINE

"Sequence-Specific Peptide Synthesis by an Artificial Small-Molecule Machine". B. Lewandowski, G. De Bo, J. W. Ward, M. Papmeyer, S. Kuschel, M. J. Aldegunde, P. M. E. Gramlich, D. Heckmann, S. M. Goldup, D. M. D'Souza, A. E. Fernandes, D. A. Leigh. SCIENCE 339, 189 (2013). DOI: 10.1126/science.1229753

 The ribosome builds proteins by joining together amino acids in an order determined by messenger RNA. Here, we report on the design, synthesis, and operation of an artificial small-molecule machine that travels along a molecular strand, picking up amino acids that block its path, to synthesize a peptide in a sequence-specific manner. The chemical structure is based on a rotaxane, a molecular ring threaded onto a molecular axle. The ring carries a thiolate group that iteratively removes amino acids in order from the strand and transfers them to a peptide-elongation site through native chemical ligation. The synthesis is demonstrated with ~10¹⁸ molecular machines acting in parallel; this process generates milligram quantities of a peptide with a single sequence confirmed by tandem mass spectrometry. 

El ribosoma elabora proteínas juntando aminoácidos en un orden determinado por medio del ARN mensajero. Aquí se reporta el diseño, síntesis y operación de una máquina artificial hecha de pequeñas moléculas que se desplaza a lo largo de una cinta molecular, recogiendo los aminoácidos que impiden su paso, para entonces sintetizar un péptido de una forma secuencial específica. La estructura química se basa en un rotaxano, que es un anillo molecular enrollado a un eje molecular. El anillo lleva un grupo tiolado que remueve iterativa y ordenadamente a los aminoacidos de la cinta y los lleva a un sitio de elongación de péptidos a través de un enlace químico nativo. La síntesis se demuestra con ~10¹⁸ máquinas moleculares funcionando en paralelo, este proceso genera miligramos de péptidos con una sola secuencia, lo cual se cofirma por espectroscopia tándem de masas.

 http://dx.doi.org/10.1126/science.1229753

SUPEROMNIPHOBIC SURFACES FOR EFFECTIVE CHEMICAL SHIELDING

"Superomniphobic Surfaces for Effective Chemical Shielding". S. Pan, A. K. Kota, J. M. Mabry, A. Tuteja. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY. In press. DOI: 10.1021/ja310517s

Superomniphobic surfaces display contact angles >150° and low contact angle hysteresis with essentially all contacting liquids. In this work, we report surfaces that display superomniphobicity with a range of different non-Newtonian liquids, in addition to superomniphobicity with a wide range of Newtonian liquids. Our surfaces possess hierarchical scales of re-entrant texture that significantly reduce the solid–liquid contact area. Virtually all liquids including concentrated organic and inorganic acids, bases, and solvents, as well as viscoelastic polymer solutions, can easily roll off and bounce on our surfaces. Consequently, they serve as effective chemical shields against virtually all liquids—organic or inorganic, polar or nonpolar, Newtonian or non-Newtonian.

Las superficies omnifóbicas muestran ángulos de contacto >150° y una baja histéresis del ángulo de contacto ante prácticamente todos los líquidos con los que tienen contacto. En este trabajo se reportan superficies que muestran superomnifobicidad ante diversos líquidos no newtonianos, adicionalmente a la superomnifobicidad que muestran ante toda una variedad de líquidos newtonianos. Estas superficies poseen escalas jerárquicas de textura re-entrante que reducen significativamente el área de contacto líquido-sólido. Virtualmente todos los líquidos, incluídos los ácidos orgánicos e inorgánicos concentrados, las bases y los disolventes, así como las soluciones de polímeros viscoelásticos, pueden fácilmente rebotar y rodar sobre las superficies. En consecuencia, estas superficies sirven como barreras químicas efectivas en contra de, virtualmente, todos los líquidos—orgánicos o inorgánicos, polares o no polares, newtonianos o no newtonianos.

http://dx.doi.org/10.1021/ja310517s

TWO-PHOTON EXCITED LUMINESCENCE OF LANTHANIDE COMPLEX IN MONOLITHIC SOL-GEL HYBRID MATERIAL

 "Two-photon excited luminescence of lanthanide complex in monolithic sol–gel hybrid material". O. Maury, A. D'Aléo, A. Picot, S. Brasselet, P. L. Baldeck, F. Chaput, S. Parola, C. Andraud. JOURNAL OF LUMINESCENCE 133, 175 (2013). DOI: 10.1016/j.lumin.2011.09.039

A π-conjugated donor functionalized tris-dipicolinate complex, featuring promising two-photon excited luminescence properties in water was successfully embedded in a monolithic sol–gel material. A complete spectroscopic study unambiguously indicates that the europium complex conserves its integrity in this sol–gel matrix and the improvement of the luminescence lifetime clearly indicates a stabilisation of the complex in the matrix. Biphotonic confocal microscopy measurement shows that the Eu(III) luminescence can be sensitized in the sol–gel material using a two-photon antenna process, which is a first step towards the design of doped sol–gel nanoparticles for two-photon imaging applications.

Un complejo tris-dipicolinato funcionalizado con un donador π-conjugado, con características prometedoras en agua para la luminiscencia excitada a dos fotones, se incorporó exitosamente en un material sol-gel monolítico. El estudio espectroscópico completo indica, sin lugar a dudas, que el complejo de europio conserva su integridad en esta matriz sol-gel, y la mejoría en el tiempo de vida de la luminiscencia indica claramente la estabilización del complejo en la matriz. Las mediciones hechas por microscopia cofocal bifotónica muestran que la luminiscencia del Eu(III) puede sensibilizarse en el material sol-gel mediante un proceso de antena a dos fotones, lo cual es el primer paso hacia el diseño de nanopartículas sol-gel contaminadas para aplicaciones de imagenología a dos fotones.

http://dx.doi.org/10.1016/j.jlumin.2011.09.039