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L’analisi scientifica è da un po’ di tempo entrata nel mondo dei beni culturali, non sono più solo gli archeologi e gli storici dell’arte a occuparsi dello studio dei reperti archeologici e storici, ma anche gli scienziati sono entrati a gamba tesa portando le loro conoscenze al servizio di questa vasta gamma di materiali. Lo studio di reperti botanici e zoologici, le competenze chimiche e mineralogiche, lo studio di fenomeni fisici, ha permesso di porre e rispondere a nuove domande, colmando così lacune sulla storia dell’umanità. Reti commerciali, migrazioni, tecniche produttive, molte sono state le scoperte avvenute grazie anche all’intervento scientifico, oltre a fornire strumenti utili al restauro e alla conservazione dei reperti. Nei miei tre anni di dottorato mi sono occupato dell’applicazione dell’analisi in Fluorescenza a Raggi X (XRF) per analizzare campioni metallici e ceramici. Questa tecnica ha il vantaggio di poter essere applicata in maniera non invasiva e non distruttiva su un reperto per ottenere informazioni sulla sua composizione elementare. In particolare, il nostro obiettivo è quello di ottenere informazioni sui diversi strati che compongono un campione. Spesso, infatti, i manufatti presentano una struttura stratificata causata dal passaggio degli anni o dalla natura stessa dell’oggetto, che presenza una serie di decorazioni superficiali. L’impiego di tecniche non invasive permetterebbe quindi di ottenere informazioni più dettagliate anche su campioni al momento inaccessibili, in quanto troppo fragili o troppo preziosi. Lo studio si è quindi avvalso di tecniche a scansione angolare, per cui il segnale di fluorescenza caratteristica dipende sia dalla posizione dell’analita all’interno del campione, sia dalla struttura e composizione dello stesso, sia dalla geometria di analisi. Per valutare l’applicabilità delle tecniche sono stati analizzati tre casi diversi: campioni metallici preparati ad hoc in laboratorio, un campione ceramico, e un campione di lustro. Per i primi due campioni è stata applicata l’XRF a Risoluzione Angolare (AR-XRF) per cui il campione è stato ruotato con uno step angolare inferiore a un grado, e misurato ad ogni step. Nel caso dei campioni metallici i profili misurati sono stati confrontati direttamente con i profili calcolati usando il metodo dei Parametri Fondamentali. Nel caso del campione ceramico invece, sono stati confrontati i rapporti dei profili, in quanto la geometria del campione era piuttosto complessa. Nello studio sui campioni metallici, composti da una doratura depositata su una lamina di rame, è stato possibile calcolare lo spessore dello strato superficiale. Nel caso del campione di Majolica sono invece state studiate le varie decorazioni, valutando così anche diversi limiti della tecnica, in particolar modo nel caso in cui la composizione della decorazione sia simile alla composizione dello strato sottostante, o nel caso in cui avvengano processi di diffusione a lunghe distanze. In casi in cui invece lo spessore della decorazione era limitato e ben separato dallo strato sottostante, è stato possibile ottenere informazioni sua sulla composizione della decorazione che sul suo spessore. Infine, lo studio delle ceramiche lustrate è stato effettuato presso la linea XRF del Sincrotrone di Elettra, impiegando tecniche di analisi in radenza. In questo caso stato possibile solo evidenziare come il nano-strato di nano-particelle di argento, caratteristico di questa tipologia di campioni, sia effettivamente distinguibile applicando queste tecniche, in quanto il profilo di fluorescenza di tale elemento è molto diverso dagli altri. Rimangono comunque dei problemi, legati soprattutto all’analisi dati e all’allineamento che vanno ancora risolti, rendendo necessari ulteriori studi a riguardo. In the last decades scientific analysis has been deeply employed in the world of cultural heritage, thus, archaeologists and art historians are no more the sole front line workers of this field. Scientists, and science, have joined the team, giving new inputs and tools for the study of historical and archaeological samples, allowing to explore new paths and receive new answers, collecting information otherwise inaccessible on human history and culture. New discoveries have been made on the trade networks, migrations and on the technologies employed; besides, science also gave precious inputs on conservation and restoring procedures, allowing to better preserve fragile and sensitive artifacts. In my three years as a PhD student, I worked on the application of X-Ray Fluorescence (XRF) analysis to analyze ceramic and metal samples. XRF is a non-invasive technique that retrieves the elemental composition of a sample. In particular the aim of my PhD project is to obtain information on the layered structure of an unknown sample, distinguishing and characterizing the different layers. Indeed, artifacts usually concerning the field of Cultural Heritage present a layered structure; sometimes it is due to the presence of alteration layers, other times, instead, the objects are made of different layers from the principle, for example in the case of a glazed ceramic or of a painting. The possibility to get this information in a non-invasive way will give the possibility to analyze objects that are nowadays unattainable, because they cannot be sampled. My project has, thus, focused on the analysis of three kinds of samples employing angular dependent techniques (Angle Resolved-XRF, Grazing Emission-XRF}, Grazing Incidence-XRF}); indeed, the fluorescence signal of an analyte depends on its position inside the sample, on the sample composition and on the geometry of analysis. The chosen specimens allowed to verify the feasibility of this analytical method in an increasing complexity: a gilded laboratory-made sample, a ceramic Majolica sherd, and an Italian renaissance lustered fragment. The first two samples have been analyzed through AR-XRF where the measure is performed while tilting the sample, one spectrum is collected for each tilting angle. In the case of the gilded sample the measured profiles have been compared directly with the calculated profiles employing the Fundamental Parameters method. For the ceramic Majolica sample, instead, we studied the ratio of the profiles, as the sample surface is not flat. In the study of the metallic samples, made of gilded copper plate, we could infer the thickness of the top-layer. While in the case of the Majolica sample, we studied the different decorations, evaluating the limits of the technique, in particular in the case that the top-layer composition is similar to the underling layer, or in the case of a long-range diffusion. Instead, in the case of two well-separate layers we could retrieve information on both the composition and the thickness of the layer. Finally, the study of the lustered ceramic has been carried out at the XRF beamline of the Elettra Synchrotron of Trieste, employing grazing techniques. In this case we could only highlight and distinguish the presence of the silver nanoparticles in the luster nanolayer, which is the peculiar feature of this kind of artifacts. However, there are still many questions left, especially concerning the data analysis and the alignment of the sample, which requires more investigations.

la visione e la percezione del colore possono variare da specie a specie, e non solo. Infatti, anche se ci limitiamo agli esseri umani, esistono notevoli differenze dovute a difetti e anomalie visive di vario tipo. Ecco perché è interessante sperimentare una visione 'alternativa' come promemoria del fatto che nulla su questo pianeta può essere dato per scontato. Un dato è certo: tutto il mondo animale e vegetale deve la sua sopravvivenza - mangiare ed evitare di essere mangiati, trovare il partner e riprodursi, comunicare - alla capacità di distinguere gli oggetti, dove il colore assume una posizione predominante, benché non unica.

La fotosintesi è il processo chiave che sostiene la vita sulla Terra. L'efficienza della fotosintesi in condizioni ambientali variabili è mantenuta da meccanismi di regolazione che rispondono velocemente, ovvero l'emissione della fluorescenza della clorofilla a (F) e il quenching non fotochimico (NPQ). F è una radiazione elettromagnetica emessa a lunghezze d'onda più lunghe (640-850 nm) rispetto a quelle di eccitazione. NPQ è un processo complesso che comprende la de-epossidazione dei pigmenti del ciclo della xantofilla con conseguente dissipazione dell'energia in eccesso sotto forma di calore. L'obiettivo del mio progetto di dottorato era quello di sfruttare i metodi di telerilevamento di prossimità della vegetazione per chiarire il collegamento tra misurazioni iperspettrali in continuo di indici ottici relazionati alla fisiologia delle piante (F e PRI) e la funzionalità della vegetazione. Sono state utilizzate misure multiangolari per caratterizzare la risposta anisotropa della fluorescenza nel rosso lontano (F760), nel rosso (F687) e del PRI. Presento un ampio dataset sperimentale di misurazioni multiangolari di F, PRI e riflettanza (R) raccolte durante cicli giornalieri su quattro diversi target di vegetazione. Le risposte direzionali di F760, F687 e PRI in canopy orizzontalmente omogenee sono caratterizzate da valori maggiori nella direzione di retrodiffusione con un massimo nell'hotspot e da valori minori nella direzione di diffusione in avanti. La forma della risposta angolare di F e PRI è per lo più controllata dalla funzione di distribuzione dell'inclinazione delle foglie (LIDF), mentre la grandezza e la forma del picco dell'hotspot sono sensibili ad una combinazione di fattori - l'indice di area fogliare (LAI) e il rapporto tra la larghezza delle foglie e l'altezza della canopy. La valutazione quantitativa dell'impatto dell'anisotropia sui rendimenti apparenti della fluorescenza (Fy*760 e Fy*687) ha mostrato che, in media, le osservazioni off-nadir sono sovrastimate del 20-67% in direzione della retrodiffusione e sottovalutate in altre direzioni del 10-45%. I risultati ottenuti corroborano l'importanza di mantenere una geometria di osservazione nadirale per le misure in continuo di F e PRI. Un ulteriore elemento di complessità per l'interpretazione delle serie temporali di segnali ottici risiede nella dipendenza temporale delle dinamiche della vegetazione. In tale contesto, questo lavoro verifica l'applicabilità di una tecnica di decomposizione delle serie temporali altamente flessibile chiamata Singular Spectrum Analysis (SSA) per disaccoppiare le componenti lente e veloci delle dinamiche della vegetazione nelle serie temporali di F760, Fy*760 e PRI. In primo luogo, è stata sviluppato un proof of concept sulla base di serie temporali spettrali e di flussi a intervalli di mezz’ora simulate realisticamente con il modello SCOPE. Le simulazioni comprendevano due output - considerando ed escludendo l'effetto del ciclo di de-epossidazione delle xantofille e il fattore di amplificazione dell’efficienza di fluorescenza rispettivamente su PRI e F760. Le componenti SSA lente decomposte di PRI, F760 e Fy*760 hanno mostrato una buona correlazione con la variabilità costitutiva di riferimento simulata escludendo l'effetto della modulazione fisiologica. L'accuratezza delle componenti SSA veloci è stata validata con variabili fisiologicamente indotte di riferimento (∆PRI, ∆F), e con il NPQ e l'efficienza di utilizzo della luce (LUE). Quindi, questa metodologia è stata applicata su un set di serie temporali spettrali e di flussi acquisite in campo su grano invernale, permettendo di migliorare significativamente la correlazione delle componenti veloci di F e PRI con LUE rispetto alle serie temporali originali. l'approccio basato su SSA è uno strumento promettente per disaccoppiare le informazioni fisiologiche a partire da misurazioni in continuo del segnale ottico. Photosynthesis is the key process sustaining life on Earth. The efficiency of photosynthesis under varying environmental conditions is maintained by fast-responding regulatory mechanisms, namely chlorophyll a fluorescence emission (F) and non-photochemical quenching (NPQ). F is an electromagnetic radiation emitted at longer wavelengths (640-850 nm) than for excitation. NPQ is a complex process which includes the de-epoxidation of xanthophyll cycle pigments resulting in dissipation of excess energy as heat. This translates into changes in leaf absorbance at 531 nm, which can be detected with the photochemical reflectance index (PRI). Proximal sensing is a powerful tool for exploitation of subtle signals related to the downregulation of photosynthesis. However, F and PRI are also influenced by canopy structural and biochemical properties, illumination conditions and solar-view geometry, and its explicit interpretation is still challenging. The aim of my Ph.D. project was to exploit the methods of proximal sensing of vegetation to elucidate a link between continuous hyperspectral measurements of optical indicators related to plant physiology (F and PRI) and vegetation functioning. Multi-angular measurements were used to characterize the anisotropic response of far-red (F760), red (F687) fluorescence and PRI. I present an extensive experimental dataset of multi-angular measurements of F, PRI and R collected during a day over four different vegetation targets. Directional responses of F760, F687 and PRI in horizontally homogeneous canopies are characterized by increased values in the backward scattering direction with a maximum in the hotspot and decreased values in the forward scatter direction. The shape of F and PRI angular response is mostly controlled by leaf inclination distribution function (LIDF), while a magnitude and shape of the hotspot peak is sensitive to a combination of factors - leaf area index (LAI) and the ratio of leaf width to canopy height. Quantitative evaluation of the impact of anisotropy on fluorescence apparent yields (Fy*760 and Fy*687) showed, that, on average, off-nadir observations were overestimated by 20-67% in the backscatter direction and underestimated in other directions by 10-45%. The archived results reinforce the importance of maintaining nadir observation geometry for continuous measurements of F and PRI. Additional complexity for the interpretation of time series of optical signal lies in time-scale dependant vegetation dynamics. Here I test the applicability of highly-adaptive time series decomposition technique Singular Spectrum Analysis (SSA) for disentangling slow and fast varying components of vegetation dynamics in time series of F760, Fy*760 and PRI. First, the proof of concept was developed based on spectral and flux half-hourly time series realistically simulated with the SCOPE model. The simulations included two outputs - featuring and excluding the effect of the xanthophyll cycle de-epoxidation and fluorescence efficiency amplification factor on PRI and F760, respectively. The decomposed slow varying SSA-components of total PRI, F and Fy*760 showed a good correlation with reference constitutive variability simulated excluding the effect of physiological modulation (PRI0 , F0,760, Fy*0,760). The accuracy of disentangled fast varying SSA-components was validated with the reference physiologically induced variables (∆PRI, ∆F), and with non-photochemical quenching (NPQ) and light-use efficiency (LUE). Then, the application of this methodology on a field dataset of spectral and flux time series collected in winter wheat field allowed to significantly improve the correlation of fast components of F and PRI with the fast component of LUE in comparison with original time series. Therefore, SSA-based approach is a promising tool for decoupling physiological information from continuous measurements of optical signal which can foster the use of automated proximal sensing systems.

Negli ultimi decenni, il telerilevamento è stato utilizzato con successo per monitorare la vegetazione grazie alla sua capacità intrinseca di fornire informazioni quantitative ripetute e spazialmente distribuite circa le sue proprietà. Tuttavia, la ricerca si è concentrata prevalentemente sulla descrizione delle proprietà strutturali e biochimiche della vegetazione piuttosto che sulla comprensione del suo funzionamento. Negli ultimi decenni, il telerilevamento della fluorescenza della clorofilla indotta dal sole (F) è emerso come strumento innovativo utile allo studio del funzionamento delle piante. F è un debole segnale emesso nelle regioni spettrali del rosso e infrarosso vicino (~650-800 nm) dal cuore dell’apparato fotosintetico per dissipare l’eccesso di energia assorbita. Il suo potenziale risiede nella relazione esistente tra fotochimica e vie dissipative: poiché la fotochimica compete con la dissipazione sotto forma di F e calore, F può essere un indicatore diretto del funzionamento della fotosintesi. L’obiettivo principale di questo dottorato è stato l’utilizzo di dati ottici (i.e., riflettanza e fluorescenza) per migliorare la comprensione del funzionamento della vegetazione e della sua variabilità spaziale. In particolare, il lavoro si è focalizzato sullo studio del legame tra proprietà ottiche della vegetazione, plant traits (PT) e ecosystem functional properties (EFP) in una foresta di media latitudine. A tale scopo, sono state utilizzate tecniche di telerilevamento innovative per studiare il funzionamento della vegetazione a partire da dati ottici ad altissima risoluzione spettrale acquisiti tramite il sensore aviotrasportato ad immagine HyPlant. Il lavoro si è focalizzato su due obiettivi principali: i) l’analisi della relazione spaziale tra F e EFP per comprendere la variabilità della funzionalità a scala regionale; ii) l’analisi del potenziale di F come indice sintetico della diversità funzionale. I risultati dimostrano l’efficacia dell’utilizzo di F come proxy della funzionalità della vegetazione, sottolineando allo stesso tempo la complessità del legame tra F, PT e EFP e la necessità di integrare dati differenti per interpretare correttamente il segnale di F. In particolare, i risultati mostrano che: i) F è relazionata alla variabilità spaziale delle EFP, dimostrando che tale relazione tipicamente osservata nel dominio temporale si mantiene in quello spaziale; ii) F è uno strumento più promettente rispetto agli indici tradizionali basati sulla riflettanza per spiegare la diversità funzionale. Globalmente, i risultati mostrano il ruolo fondamentale dell’eterogeneità spaziale nel controllare l’uptake del carbonio, migliorando così la comprensione della complessa relazione tra F e funzionalità. Futuri studi in questa direzione sono una priorità per migliorare la comprensione del ruolo della vegetazione nel bilancio globale del carbonio. Remote Sensing (RS) data have been successfully exploited in the last decades to monitor vegetation due to their inherent capacity of providing repeated and spatially-distributed quantitative information about vegetation properties. However, most research focused on the description of the structural and biochemical properties of vegetation rather than on the understanding of its functioning. In the last decade, RS of sun-induced chlorophyll fluorescence (F) emerged as a novel and promising tool for assessing plant functional status. F is a weak signal emitted by the core of the photosynthetic machinery in the red and far-red spectral regions (~650-800 nm) as a side product of light absorption. The potential of F relies on the relationship existing between photochemistry and the energy dissipation pathways: since photochemistry competes with F emission and heat dissipation for the absorbed energy, F can be a direct indicator of plant actual functional state. The main aim of this Ph.D. research was to exploit optical data (i.e., reflectance and fluorescence) to advance the understanding of vegetation functioning and of its variability across space. In particular, the work aimed at better understanding the link between vegetation optical properties, plant traits (PTs) and ecosystem functional properties (EFPs) in a case study represented by a mid-latitude forest ecosystem. At this purpose, innovative RS techniques were exploited to infer information about the vegetation functioning from fine and ultra-fine spectral resolution optical measurements acquired with the HyPlant airborne imaging spectrometer. The analyses were focused on two main work streams: i) the investigation of the spatial relationship between F and EFPs to better understand the variability of the ecosystem functioning at regional scale; ii) the analysis of the potential of F as a synthetic descriptor of the ecosystem functional diversity. Results provided evidence of the effectiveness of F as a tool for assessing vegetation functioning, but also pointed out the complexity of the link existing between F, PTs and EFPs and the need to integrate different RS derived products to obtain an unambiguous interpretation of the F signal. In particular, results showed that: i) F can be related to the spatial variability of the EFPs, thus demonstrating that this link usually observed in the temporal domain holds in the spatial domain; ii) F is a more powerful tool compared to traditional reflectance-based indices for explaining the functional diversity. Overall, these results improved the understanding of the complex relationship between F and vegetation functioning by adding new insights into the critical role of the spatial heterogeneity in controlling the carbon uptake. Further research in this direction constitutes a high priority for advancing the understanding of the imprint of plants on the global carbon balance.

Intrinsically disordered proteins (IDPs) are proteins that do not fold into a stable globular structure but are biological active. These proteins are involved in regulation, recognition, and signaling process, where high-specificity/low affinity interactions with multiple partners are fundamental prerequisites. In the last thirty years, a class of small peptides, knowns as antimicrobial peptides (AMPs), similar to IDPs but involved in eukaryotic innate immune response against pathogen infections, have been the subjects of several studies to understand their mechanism of action and to discover and/or develop new antimicrobial substances, that can be used as antibiotic. In the following PhD thesis we elucidate the structure, mechanism and function of several peptides which are characteristic of AMPs and IDPs. In particular, we determined the structure and function of the AMP Chionodracine (CND). We demonstrated that CND can bind to membranes of different lipid compositions with a preference for membranes mimicking those of prokaryotic cells. We also observed that upon the binding with phospholipid vesicles, the peptide remains adsorbed at the lipid surface, only partially exposed to the aqueous environment. In aqueous solution, the peptide is unfolded but undergoes to disorder-to- order transition, upon binding with phospholipid membranes. Based on the promising results obtained for CND, we designed three different CND mutants, with increased net positive charge and hydrophobicity, and characterized their interaction with synthetic and natural membranes. We characterized the mutant’s activity and function in presence of different phospholipid membranes. These studies demonstrated that the mutations have increased antimicrobial properties of CND. The mutants showed a stronger ability to interact, bind and disrupt membranes of different lipid compositions that can be directly correlated to the number of positively charged amino acids present in the sequence. The heat-stable Protein Kinase Inhibitor (PKI) is a fully disordered 75 amino acid that regulate the activity and the intracellular localization of catalytic subunit of cAMP-dependent protein kinase A (PKA-C). To understand the molecular mechanism underlying recognition of PKA-C by PKI, we characterized the change in the conformational landscape that PKI undergoes upon binding to PKA-C (Apo to PKA-C bound). These studies were carried out using NMR spectroscopy, the only structural technique to provide atomic resolution detail on IDPs. Using chemical shift analysis and nuclear spin relaxation experiments, we demonstrated that PKI alone has minimal secondary structural elements with only two transient helixes. However, paramagnetic relaxation enhancement (PRE) experiments show that PKI is not fully disordered, but has transient tertiary intramolecular interaction between the C- and N-terminus. When PKI is bound to the kinase, in the presence of the non-hydrolysable ATP mimic, β,γ-Imidoadenosine 5′-triphosphate (ATPN), only the sequence that directly interacts with the PKA-C undergoes significant structural rearrangement while the majority of the peptide is still unfolded. Le proteine intrinsecamente disordinate (intrinsically disordered proteins – IDPs) sono catene proteiche che, diversamente dalle proteine globulari, sebbene non assumano una struttura tridimensionale, sono biologicamente attive. Le IDPs sono coinvolte in processi di regolazione, riconoscimento e segnalazione cellulare, dove interazioni ad alta affinità/ bassa specificità con partner multipli sono un prerequisito fondamentale. Negli ultimi trent’anni una classe di piccoli peptidi ad attività antimicrobica (antimicrobial peptides - AMPs), componenti fondamentali della risposta immunitaria eucariotica contro infezioni batteriche, e simili per alcune caratteristiche alle IDPs ma, sono diventati l’oggetto di studi finalizzati alla comprensione del loro meccanismo di azione e all’individuazione e/o implementazione di nuove sostanze and attività antimicrobica da utilizzare come alternativa ai comuni antibiotici. Nel seguente lavoro di tesi di dottorato, abbiamo elucidato la struttura, i meccanismi e la funzione di diversi peptidi appartenenti alle famiglie proteiche sopra citate. In particolare, abbiamo descritto e caratterizzato la struttura e l’attività del peptide antimicrobicoChionodracine (CND). In particolare abbiamo dimostrato che CND interagisce con membrane di diversa composizioni lipidica, prediligendo comunque le membrane la cui composizione fosfolipica mima quella delle membrane procariotiche. A seguito del legame con vescicole fosfolipidiche, il peptide si distribuisce sulla superficie del doppio strato lipidico. In soluzione acquosa, il peptide non ha una struttura tridimensionale definita mentre, in presenza di membrane fosfolipidiche, si organizza in una α-elica amfipatica. Sulla base degli studi effettuati su CND, abbiamo progettato tre diversi peptidi, aventi una maggiore carica positiva e idrofobicità rispetto al peptide wild-type. Come effettuato per CND, anche per i mutanti abbiamo caratterizzato l’attivitàdi interazione con le membrane, utilizzando organismi batterici modello, e vescicole lipidiche la cui composizione lipidica mimava quelle delle membrane procariotiche ed eucariotiche. Gli studi hanno dimostrato che le mutazioni introdotte hanno aumentato sia la capacità di interagire con le membrane modello dei mutanti. In particolare i peptidi mostrano una maggiore capacità di interazione, legame e rottura delle membrane di diversa composizione lipidica, PKI (heat-stable Protein Kinase Inhibitor) è un peptide costituito da 75 aminoacidi, non strutturato in soluzione, che regola l’attività e la localizzazione cellulare della sub-unità catalitica della proteina chinasi A (PKA-C). Al fine di comprendere il meccanismo molecolare alla base del riconoscimento di PKA-C da parte di PKI, abbiamo caratterizzato i cambiamenti conformazionali subiti da PKI a seguito del legame con l’enzima. Questi studi sono stati effettuati utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), che è l’unica tecnica che fornisce informazioni dettagliate a livello atomico sugli IDPs. Utilizzando l’analisi dei chemical shifts ed esperimenti di nuclear spin relaxation, siamo stati in grado di dimostrare che PKI, da solo, presenta elementi minimi di strutture secondarie, con due eliche transitorie. Tuttavia, gli esperimenti di paramagnetic relaxation enhancement (PRE) hanno mostrato che PKI non è completamente disordinata in soluzione, bensì sono presenti interazioni terziare transienti tra la porzione N- e C-terminal. Una volta legata a PKA-C, in presenza di un analogo non idrolizzabile dell’ATP (ATPN), le porzioni del peptide che subiscono una arrangiamento strutturale sono quelle che direttamente interagiscono con la chinasi, mentre la maggior parte del peptide rimane non strutturato. Dottorato di ricerca in Scienze ambientali

Relazione scientifica finale della campagna di misure svolta in Antartide nell'ambito della XXXI CAMPAGNA ITALIANA ANTARTICA, relativamente al progetto PNRA 2013/AZ1.12 -SFIDA che ha avuto come obiettivo: (1) il test in campo del funzionamento del prototipo di spettrometro LIFportatile, appositamente progettato e sviluppato nell'ambito di questo progetto, per la rivelazione e la caratterizzazione in situ delle comunità microbiche fototrofe che crescono sul suolo delle regioni polari.; (2) lo studio in situ delle comunità microbiche terrestri in vari siti delle Dry Valleys e della Terra di Vittoria, mirando alla caratterizzazione delle specie e alla loro distribuzione, alla loro vitalità e alla biodiversità mediante misure di fluorescenza in situ da confrontare in un secondo tempo con metodi molecolari in laboratorio.

Rapporto tecnico-scientifico relativo a una campagna di misure di fluorescenza indotta da laser svolta nell'ambito dell'azione di restauro del Colosseo commissionato dalla Ditta ASPERA

In conventional fluorescent chemosensors, the recognition of the target by the receptor unit affects the fluorescence properties of a single covalently coupled fluorescent moiety. Here we show for the first time that when a suitable TSQ derivative is densely grafted onto the surface of preformed silica nanoparticles electronic interactions between the individual chemosensor units enable the free units to recognize the state of the surrounding complexed ones. As a result, the fluorescence transduction is not limited to the local site where binding occurs, but it involves a wider region of the fluorophore network that is able to transfer its excitation energy to the complexed units. Such behavior leads to an amplification of the fluorescence signal. What we report here is the first example of amplification in the case an off-on chemosensor due to its organization onto the surface of silica nanoparticles. We also describe a simple general model to approach amplification in multifluorophoric systems based on the localization of the excited states, which is valid for assemblies such as the supramolecular ones where molecular interactions are weak and do not significantly perturb the individual electronic states. The introduction of an amplification factor f in particular allows for a simple quantitative estimation of the amplification effects.

We investigated, by confocal laser spectroscopy, the role of the microscopic morphology on the fluorescence spectra of poly(9,9-dioctylfluorene) (PF8) thin films self-doped by the PF8 β phase. We demonstrate the existence, on the micron scale, of different regions in the films, characterized by locally different fluorescence spectra. We show that the microscopic morphology irregularities lead to locally nonuniform β-phase density resulting in the switching on or off of the intermolecular energy migration within the β-phase excited-state distribution. This effect causes considerable local variation of the fluorescence spectra consisting of a progressive red shift (up to 26 meV) and a line width narrowing from about 70 (similar to the absorption one) down to 52 meV.

Films based on TiO2 nanoparticles (NPs) have been successfully used as sensing elements in chemical sensors. TiO2 colloidal suspensions can be obtained by spontaneous hydrolysis in acidic solutions of Ti(IV) compounds. The obtained TiO2 NPs can be employed to build up nanostructured films. With the purpose of preparing TiO2-based nanostructured, imprinted materials as sensing elements for piezoelectric sensors, we obtained TiO2 NP dispersions by hydrolyzing potassium titanyl oxalate in the presence of a target analyte (tyrosine). Since morphological properties of the synthesized NPs are known to influence the nanostructured film characteristics, an analytical strategy to characterize such colloidal systems can combine a size-based separation method with spectroscopic analysis to correlate the particle size distribution (PSD) with the particle-target interaction properties able to determine the sensing efficiency. In this work, we present the characterization of colloidal tyrosine-TiO2 NP systems by flow field-flow fractionation (FlFFF) with online, UV/Vis absorption detection and offline fluorescence analysis. FlFFF eliminates the possible contribution of free tyrosine to the absorption and fluorescence properties of the NPs. FlFFF also fractionates NPs on a size basis. Particle size distribution (PSD) profiles of the fractionated NPs are then obtained by conversion of the multi-wavelength UV/Vis fractograms. Size of the fractionated NPs is finally related to fluorescence properties of the collected NPs fractions. Good correlation between the fluorescence intensity, which is proportional to the tyrosine uptake, and the FlFFF-based, NP mass-size frequency distribution finally confirms the existence of tyrosine-TiO2 NP interaction.

Amongst all the properties that phthalocyanines possess, their photochemical behavior is extremely peculiar and useful for an extremely wide range of applications such as photodynamic therapy and photovoltaics. During the last years we have synthesized and tested a considerable number of new macrocyclic-based dyes for Dye-Sensitized Solar Cells bearing zinc in the central cavity. We have recently chosen to change the central ion to investigate the potentialities of other metals and we have focused our attention on copper derivatives because of their extremely high stability, fundamental for a long lifetime of the solar cell, and color intensity which is needed in order to maximize the light harvesting properties of the device. Even if Cu(II) is a well known fluorescence quencher because of its capability to induce an intersystem crossing in the molecular systems that interact with it, a consistent number of copper chlorines, porphyrins and corroles have been reported as photosensitizers1,2 showing interesting results in terms of efficiencies. Our contribution will deal with the fluorescence properties of some copper phthalocyanines with increasing degree of substitution synthesized as potential photochemical sensitizers, analyzed both with steady-state and time-resolved measurements. The results will be compared with those of the corresponding free-base and, when possible, zinc derivatives and in one specific case the evidence of a consistent fluorescence in a copper derivative has been highlighted.

Materials, systems and methods for reducing self-quenching due to homo resonance energy transfer when biomolecules are labeled with more than one fluorophore. The materials include a fluorophore labeled biomolecule conjugate and a metallic particle, wherein the labeled biomolecule conjugate comprises multiple fluorophores per biomolecule. The fluorophore-biomolecule conjugate may be bound to the metallic particle or positioned at a distance from the metallic particle, wherein the position of the fluorophore labeled biomolecule conjugate to the metallic particle reduces self-quenching due to homo resonance energy transfer. The methods include detecting a presence of or quantifying an amount of a biomolecule. The fluorophore labeled biomolecules and metallic particles can be used to obtain ultra-bright reagents for use in immunoassays, imaging, arrays and other applications.

La microscopia di fluorescenza è una tecnica molto usata in ricerca e sviluppo in campo biomedico, grazie alla sua versatilità, al suo alto contrasto, e alla sua compatibilità con l’utilizzo in campioni biologici attivi. Recentemente, numerose varianti della microscopia di fluorescenza sono state sviluppate per migliorare la selettività e la qualità delle informzioni acquisite. Dal momento che la maggioranza dei sistemi biologici evolve su scale temporali lente (secondi), la risoluzione temporale è spesso sacrificata per migliorare altri parametri dell’acquisizione. Alcuni importanti processi biologici, come per esempio l’attività neurale, la diffusione molecolare e la circolazione sanguigna, agiscono su scale temporali del millisecondo. Questa tesi illustra due tecniche di microscopia di fluorescenza appositamente sviluppate per lo studio di fenomeni veloci in organismi viventi, e riporta risultati sperimentali inediti ottenuti ottenuti osservando il flusso sanguino in embrioni di zebrafish, e l’attività neuronale in tessuto cerebellare di ratto Wistar. Per studiare il flusso sanguigno in modelli animali (embrioni di zebrafish) è stata utilizzata la cross correlazione spaziale di fluorescenza (sFCCS), una variante della spettroscopia di correlazione della fluorescenza classica, basata sullo studio statistico delle fluttuazioni delsegnale di fluorescenza acquisito in due punti distinti nel campo visivo del microscopio. La teoria dell’ sFCCS è riportata in letteratura, ma il suo utilizzo pratico è sempre stato limitato all’uso in semplici sistemi “in vitro”, in quanto il setup sperimentale classico, basato sull’uso di beam splitter fissi e di un doppio fotodiodio, è di complessa realizzazione e allineamento, e non permette di realizzare un’immagine del campione, né di posizionare con precisione i due volumi di eccitazione. Il setup alternativo presntto in questa tesi, basato sull’uso di un electron multiplying charged couple device (EMCCD), un interferometro modificato per il posizionamento dei punti focali, e uno scanner galvanometrico per l’imaging, è più versatile e di più semplice realizzazione, e permette di acquisire un’immagine confocale del campione, e di scegliere su di essa le posizioni dei due volumi di eccitazione. Tale setup è stato utilizzato per misure su embrioni di zebrafish, misurando le dinamiche del moto cardiaco, le velocità di flussi, e fornendo stime dello shear stress nei vasi sanguigni. Per lo studio delle reti neuronali cerebellari, invece, questa tesi descrive un metodo originale ed estremamente innovativo, per il calcium imaging a due fotoni ad alta velocità. Il calcium imaging è una tecnica basata sulla colorazione dei tessuti con coloranti fluorescenti che cambiano la loro emissione dipendentemente dalla concentrazione di calcio intracellulare; nella sua forma classica il calcium imaging a due fotoni richiede l’us di uno scanner galvanometrico, la cui limitata velocità di movimento costringe a scegliere fra l’acquisizione di segnali ad alta velocità su singole linee, oppure l’acquisizione su grandi campi visivi a non più di qualche immagine al secondo. La tecnica riportata in questa tesi è basata sull’uso di un sensore sCMOS ad alta velocità e su un modulatore spaziale di luce, strumento olografico che permette di creare un numero arbitrario di volumi di eccitazione in qualsiasi posizione all’interno del campo visivo. Mediante questo sistema è possibile acquisire un’immagine confocale del campione, selezionare alcuni punti di interesse, ed acquisire segnali di calcio da tali punti simultaneamente e su scale temporali del millisecondo. Il sistema è stato utilizzato con successo per studiare l’organizzazione spaziale dei segnali, del bilanciamento fra eccitazione ed inibizione, e della plasticità sinaptica.

Dottorato di ricerca in Ecologia e gestione delle risorse biologiche

Following previous studies on α and β polarizabilities of ketocyanines, a subgroup of D–π–A–π–D quadrupolar chromophores with moderately V-shaped structure, the present work analyses the effects of modifying the π-bridges connecting the D (NMe2) and A (CO) groups. This aim is pursued through a detailed comparison between the previously studied ketocyanines (KC2, KC3) and a Michler's ketone analogue (KM1) bearing styrenic (in the place of polyenic) π-bridges. First, we report a spectroscopic study, including absorption and fluorescence anisotropy spectra, aimed to probe the electronic peculiarities of KM1 as well as to derive consistent three-state model (TSM) parameters for the three compounds. The paper goes on with an extensive theoretical study, carried out in the framework of the density functional theory (DFT), encompassing the structure, the electronic spectrum, α and β polarizabilities and two-photon absorption (TPA) cross-sections (σTP). Calculations performed according to the sum-over-states (SOS) approach are discussed with reference to the performances of few-state descriptions, it is shown that such descriptions (including TSM), which have been proved to be quite reliable in the case of KC2 and KC3, lose their effectiveness with KM1 because of the electronic characteristics related to the styrenic π-bridges. As to the TPA cross-sections, the results of TSM and SOS approaches concerning the TSM g → c and g → e transitions are supplemented by those obtained using the quadratic response theory. A common qualitative conclusion, traceable to the degree of bending of the V-shaped structure, is that in the case of KM1 the allowed (g → e) and the “forbidden” (g → c) transitions both should be observable in the TPA spectrum, as confirmed by experiment.

The technology for fluorescence protein-sensing is advancing rapidly owing to the continued introduction of new concepts, new fluorophores, and proteins engineered for sensing-specific analytes. Concerns about the reversibility and selectivity of engineered proteins are being addressed by developing biosensors that are based on the utilisation of coenzyme-depleted enzymes. Such biomolecules do not consume the substrate and can exhibit conformational changes upon the binding of the analyte, which can be easily detected as fluorescence change. In addition, concerns about the stability of biosensors can be overcome by using thermostable enzymes isolated from thermophilic microorganisms. Finally, the development of new techniques such as polarization-based sensing, anisotropy-based sensing and lifetime-based sensing, all of which can be accomplished with light-emitting diodes as the light source, is prompting the design of a new class of specific and stable biosensors, as has occurred with blood glucose measurement. These biosensors represent a valid alternative to the conventional clinical chemistry diagnostics.

Nel contributo viene introdotto il significato del termine per poi illustrare il principio di funzionamento e l'applicazione delle indagini in fluorescenza.

Il presente lavoro di Tesi di Dottorato di Ricerca (Scuola di Dottorato in Scienza e Tecnica "Bernardino Telesio") dal titolo "Novel Organic Optoelectronic Materials" è stato svolto all'interno dei laboratori di "Organic Optoelectronic Materials" e "New Syntheses via Organometallic Catalysis" del Dipartimento di Chimica dell'Università della Calabria. Nuovi semiconduttori organici potenzialmente impiegabili in dispositivi optoelettronici quali OLEDs, celle solari, transitors ed elettrocromici sono state progettate, sintetizzate e caratterizzate. La prima parte del lavoro ha riguardato la sintesi e la caratterizzazione di derivati di triarilammine, molecole elettron-donatrici (anodiche), da impiegare in dispositivi elettrocromici ("smart windows") per l'attenuazione della radiazione solare nel vicino infrarosso (NIR). L'intensa ed estesa banda di assorbimento nel NIR prodotta delle specie mono-ossidate ha suggerito l'impiego di queste triarilammine in dispositivi "complementari" in cui vengono utilizzate insieme a molecole elettron-accetrici (catodiche) elettrocromiche nel visibile, per un'ampia modulazione dello spettro solare. Tali sistemi sono stati dispersi all'interno di matrici polimeriche al fine di realizzare dei gel elettrocromici le cui prestazioni sono state ampiamente studiate. La risposta elettrocromica del gel è stata inoltre provata in un dispositivo plastico, dimostrandone le potenziali applicazioni campo dell'elettronica flessibile. La seconda parte del lavoro invece, ha riguardato la sintesi e lo studio delle proprietà di cristalli liquidi semiconduttori di tipo "n" (elettron-accetori) da impiegare in celle solari organiche "bulk heterojunction". Tali molecole, appartenenti alla famiglia dei viologeni estesi, hanno mostrato interessantissime proprietà mesomorfiche fortemente influenzate dalla lunghezza delle catene alchiliche ( a 9, 10 e 11 atomi di carbonio) e dell'anione utilizzato, la bis(triflimmide). Le proprietà elettrochimiche di questi composti sono state investigate sia in soluzione che nelle mesofasi. Un'efficace elettrocromismo dovuta (i) al doppio strato elettrico creato all'elettrodo degli anioni presenti e (ii) all'elevata sovrapposizione degli orbitali di frontiera dell'esteso sistema π- coniugato è stato osservato nelle fasi colonnari e smettiche in cui le molecole si sono auto-assemblate. Infine, le proprietà elettrocromiche di questi composti sono state studiate all'interno di film plastici utilizzabili in dispositivi quali i displays. Dottorato di Ricerca in Mesophases and Molecular Materials, XXV Ciclo, a.a. 2011-2012 Università della Calabria

Particulate matter was sampled in laminar premixed flames at atmospheric pressure and separated in molecular weight (MW)-segregated fractions. Through UV-visible spectroscopy of each MW fraction, it was possible to evaluate the corresponding band gap, related to the size of the aromatic units. The lower MW compounds, key species in the soot formation, were also analysed by fluorescence emission spectroscopy. By coupling UV-Visible spectroscopy and fluorescence the molecular structure of carbonaceous species and their evolution during the complex mechanism of soot formation was followed.

Seven new bio-inspired chemosensors (2-4 and 7-10) based on fluorescent peptides were synthesized and characterized by elemental analysis, 1H-NMR, 13C-NMR, melting point, matrix assisted laser desorption-ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF-MS), infrared, UV-vis absorption and emission spectroscopy. The interaction with transition and post-transition metal ions (Cu2+, Ni2+, Ag+, Zn2+, Cd2+, Hg2+, Pb2+ and Fe3+) has been explored by absorption and fluorescence emission spectroscopy and MALDI-TOF mass spectrometry. The reported fluorescent peptide systems, introducing biological molecules in the skeleton of the probes, enhance their sensitivity and confer them strong potentials for applications in biological fields. Gold and silica nanoparticles functionalized with these peptides were also obtained. All nanoparticles were characterized by dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscopy (TEM), UV-vis absorption and fluorescence spectroscopy. Stable gold nanoparticles (diameter 2-10 nm) bearing ligands 1 and 4 were obtained by common reductive synthesis. Commercial silica nanoparticles were decorated at their surface using compounds 8 to 10, linked through a silane spacer. The same chemosensors were also taken into aqueous solutions through their dispersion in the outer layer of silica core/PEG shell nanoparticles. In both cases, these complex nanoarchitectures behaved as new sensitive materials for Ag+ and Hg2+ in water. The possibility to use these species in this solvent is particularly valuable since the impact on human health of heavy and transition metal ions pollution is very severe, and all analytical and diagnostics investigations involve a water environment., Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), Universidade do Minho (UM)

Fiat lux on alcohols: Molecular-level resolution was achieved for the detection of short-chain alcohols in the vapor phase using a fluorescent cavitand sensor. The transduction mechanism, activated exclusively by the complexation mode, is provided by the change of the electronic density on the fluorophore caused by the formation of an intracavity hydrogen bond between the cavitand P-O and the alcohol OH group.

The field of nanoparticles is amazingly many-sided and consequently their applications range between many different areas from industry to bio-analysis and catalysis. In particular, luminescent nanoparticles attract close attention in the areas of biology, medical diagnosis and therapy, where they already find many applications. In this so fascinating and wide framework we have focussed our attention on luminescent silica nanoparticles able to act as sensing materials. We highlight here the importance, especially with the aim of sensing, of gaining precise knowledge and control of their structures; the performance of a chemosensor is, in fact, totally dependent on its design. We then briefly present the state of the art and the progress both in the synthetic protocols and in the application of luminescent silica nanoparticles as chemosensors. We present many recent examples, organized into two main sections, the first dealing with systems presenting the signalling units on the surface (dye coated silica nanoparticles, DCSNs) and the second with systems entrapping the dyes inside the silica matrix (dye doped silica nanoparticles, DDSNs).

Analidi spettroscopica e in fluorescenza di due tavole di Lorenzo Veneziano

Nanoparticelle di silice drogate con una molteplicità di coloranti caratterizzate da trasferimento di energia ad elevata efficienza e capaci di Stokes Shift modulabile.

The discovery of methods suitable for the conversion in vitro of native proteins into amyloid fibrils has shed light on the molecular basis of amyloidosis and has provided fundamental tools for drug discovery. We have studied the capacity of a small library of tetracycline analogues to modulate the formation or destructuration of β2-microglobulin fibrils. The inhibition of fibrillogenesis of the wild type protein was first established in the presence of 20% trifluoroethanol and confirmed under a more physiologic environment including heparin and collagen. The latter conditions were also used to study the highly amyloidogenic variant, P32G. The NMR analysis showed that doxycycline inhibits β2-microglobulin self-association and stabilizes the native-like species through fast exchange interactions involving specific regions of the protein. Cell viability assays demonstrated that the drug abolishes the natural cytotoxic activity of soluble β2-microglobulin, further strengthening a possible in vivo therapeutic exploitation of this drug. Doxycycline can disassemble preformed fibrils, but the IC(50) is 5-fold higher than that necessary for the inhibition of fibrillogenesis. Fibril destructuration is a dynamic and time-dependent process characterized by the early formation of cytotoxic protein aggregates that, in a few hours, convert into non-toxic insoluble material. The efficacy of doxycycline as a drug against dialysis-related amyloidosis would benefit from the ability of the drug to accumulate just in the skeletal system where amyloid is formed. In these tissues, the doxycycline concentration reaches values several folds higher than those resulting in inhibition of amyloidogenesis and amyloid destructuration in vitro.

La forte relazione tra parametri di fluorescenza e capacità di assimilazione della CO2 nelle foglie rendono l’analisi dell’emissione di fluorescenza della clorofilla a una tecnica consolidata per lo studio della performance fotosintetica di una pianta. Diversi fattori di stress, pur se non direttamente coinvolti nei meccanismi fotosintetici, inducono cambiamenti del metabolismo fotosintetico variando significativamente la cinetica di emissione della fluorescenza delle piante. Il valore aggiunto dell’analisi di immagine (imaging) ha contribuito considerevolmente a potenziare questa tecnica, fornendo così informazioni in tempo reale sull’eterogeneità spaziale dell’attività fotosintetica di una foglia e, data la non distruttività della tecnica, dello stesso campione nel tempo. In questo studio piante di Brassica oleracea inoculate con Phoma lingam, patogeno fungino, e talee di pioppo clone I 214 contaminate con alte concentrazioni di zinco sono state analizzate in diversi tempi di misura con fluorimetro Imaging- PAM (Walz, Germany) allo scopo di valutare e monitorare la risposta fotochimica di piante modello sottoposte a differenti stress ambientali mediante l’analisi d’immagine dell’emissione di fluorescenza della clorofilla. È stato inoltre sviluppato un software dedicato ed adattato all’elaborazione delle immagini acquisite di foglie di pioppo per ampliare la conoscenza e comprensione degli effetti indotti e dei meccanismi attivati nella risposta alla presenza di zinco. Variazioni dei parametri di resa quantica, di trasporto elettronico e di quenching fotochimico e non- sono state osservate sia in broccolo che in pioppo, come confermato anche dai cambiamenti nel contenuto dei pigmenti fotosintetici. L’analisi d’immagine di piante inoculate con il fungo ha evidenziato risposte diverse fra aree direttamente colpite dal patogeno e quelle lontane, ma influenzate dalla sua presenza. Oltre all’eterogeneità spaziale nella risposta fotochimica è stata osservata una maggiore attività fotosintetica nell’area adiacente a quella direttamente colpita dal patogeno, come aspettato in un’interazione piantapatogeno biotrofica. L’analisi dei parametri di efficienza fotosintetica e di quenching non fotochimico delle foglie di pioppo hanno evidenziato differenze significative nel tempo e nella capacità di accumulare e tollerare le diverse dosi di zinco. Inoltre, l’eterogeneità di risposta delle immagini ha posto l’attenzione sul possibile ruolo esercitato dai pigmenti fotosintetici ipotizzando un loro coinvolgimento attivo nei diversi meccanismi di tolleranza della pianta in risposta alla presenza di livelli tossici crescenti di un microelemento essenziale. L’emissione di fluorescenza, quindi, si conferma come sonda metabolica idonea per studiare le risposte della pianta in funzione di fattori di stress ambientali quali i metalli pesanti e di agenti biologici come batteri, virus e funghi. The plant defense response to biotic and abiotic stress involves morphological and physiological alterations including changes in chloroplast structure and function. Chlorophyll fluorescence emission kinetics from plants provide an indicator of plant photosynthetic performance. Consequently, perturbations of photosynthetic metabolism significantly modify fluorescence emission kinetic characteristics of plants. Several studies show that the photochemical efficiency of photosystems decreases with stress and the excess energy unused in photosynthesis and dissipated by non-photochemical processes increases. A rapid and noninvasive technique involving imaging of chlorophyll fluorescence is useful tool for early detection of plant responses to various stresses. The analysis and monitoring of fungi disease caused by Phoma lingam on broccoli (Brassica olearacea var. italica) and zinc accumulation in poplar (Populus x euramericana, clone I-214) plants were investigated. The plant photosynthetic performance was monitored by the portable Imaging-PAM fluorometer (Walz, Germany). Chlorophyll fluorescence emission and photochemical parameters analysis in plants at different days after inoculation with fungi and treatment with zinc compared with uninfected and uncontaminated plants were carried out. Moreover, a custom software for analysis of the photochemical parameters images has been developed in order to gain a better understanding of the mechanisms that occur under metal stress. Imaging analysis have been suited to visualize heterogeneity in plant response to stress. The monitoring of biotic stress was confirmed. In fact, even if the symptoms are not evident, the photochemical parameters ( changes in broccoli plants were observed. Further areas of infection corresponding to disease development were evident only in imaging analysis. The analysis of photochemical efficiency and non photochemical quenching in poplar plants show differences both in response to time and in the capability to tolerate different zinc concentration. Therefore, heterogeneity of images suggest that the pigment composition and concentration differ in cells from different regions of the leaf, contributing to spatial differences in photochemical activity and changes in the antenna down-regulation. Dottorato di ricerca in Ecologia forestale

In accordance with a first aspect of the present invention, it is provided a method for the preparation of an active nanoparticle, comprising a mixing step, during which at least one active compound is mixed with molecules of at least one surfactant in an organic solvent; an evaporation step, that is subsequent to the mixing step and during which the organic solvent is evaporated in order to obtain a residue; a reaction step, which is subsequent to the evaporation step and during which molecules of at least one alkoxysilane are added to the residue and silanized in presence of water; the alkoxysilane is chosen between a tetraalkoxysilane and a trialkoxysilane; the surfactant comprising the following structure: Hydro1-Lipo-Hydro2 wherein Lipo indicates a substantially hydrophobic chain, Hydro1 and Hydro2 each indicate a substantially hydrophilic chain. Advantageously, the active compound is substantially lipophilic.