Applicazioni biomediche

Dosimetria EM

Il laboratorio di dosimetria elettromagnetica nasce dalla necessità di supportare sperimentalmente e validare i risultati ottenuti da modelli numerici che stimano le grandezze elettromagnetiche indotte nel corpo umano ed i loro effetti termici. Il setup è finalizzato alla sperimentazione legata allo studio di effetti prodotti dai dispositivi diagnostici a risonanza magnetica (Magnetic Resonance Imaging - MRI).

Il laboratorio permette la generazione di campi magnetici nella gamma di frequenza 10 MHz – 400 MHz, prodotti da antenne tipicamente impiegate nei dispositivi MRI e la misura dei campi elettrici e magnetici, in condizioni di campo vicino, con una risoluzione spaziale di alcuni millimetri. Un sistema di movimentazione automatico delle sonde di campo ed un software in grado di sovraintendere la generazione, la movimentazione, l’acquisizione e l’analisi dei dati permette la realizzazione di mappe di campo elettrico e magnetico con accuratezza e ripetibilità elevata sia in aria sia all’interno di phantom al cui interno possono essere alloggiate protesi.

High Performance Computing (HPC)
Calcolo della distribuzione spaziale della magnetizzazione in nanodischi magnetici per applicazioni nell’ipertermia

Il laboratorio dispone di un cluster HPC, basato su architettura ibrida CPU-GPU, per il calcolo sia seriale che parallelo. Tale piattaforma hardware è utilizzata a supporto delle attività di analisi modellistica e simulazione che richiedono elevate prestazioni computazionali, quali gli studi di dosimetria elettromagnetica con modelli anatomici ad alta definizione, la soluzione di problemi inversi per l’imaging quantitativo mediante tecniche tomografiche come l'MR-EPT (Magnetic Resonance - Electric Properties Tomography) e lo studio di micro/nanostrutture magnetiche per applicazioni nell'ipertermia magnetica e nella sensoristica in ambito biomedicale.

Il cluster è attualmente costituito da sette nodi (processori Intel® Xeon® E5-2680 2.8 GHz, RAM 128 Gb, schede GPU Kepler K40) ed è gestito in ambiente Windows HPC. Il laboratorio è anche dotato di un server e di una serie di workstation grafiche per la post-elaborazione dei dati di calcolo.

Ultrasuoni in medicina
Immagine reale (sinistra) di un bersaglio “hard” all'interno di un phantom “soft” e immagine elastografica acquisita mediante un ecografo Ultrasonix Sonic Touch-Q Scanner Reaserch

Il laboratorio, mediante la misura dei parametri caratteristici del fascio ultrasonoro (pressione, potenza ed intensità), è in grado di effettuare la completa caratterizzazione di sonde ad ultrasuoni utilizzate sia in ambito diagnostico che terapeutico. È possibile inoltre effettuare la caratterizzazione della cavitazione acustica generata da ultrasuoni ad elevata intensità attraverso misure di cavitation noise, analisi ottica mediante high-speed camera e misure spettrofotometriche.

Il laboratorio è in grado di progettare e realizzare:

  • Sistemi completi d’insonazione nella gamma di frequenze da 20 kHz a 1 MHz per applicazioni di ricerca nell’ambito del drug delivery;

Realizza e caratterizza:

  • Sistemi completi d’insonazione nella gamma di frequenze da 1 MHz a 3 MHz per applicazioni in ambito biomedicale;
  • Phantom e materiali simulatori tissutali, impiegati sia in ambito terapeutico che diagnostico, per lo studio dell’interazione tra onde ultrasonore e i tessuti reali.
Radiochimica e spettroscopia
Nocciolo del reattore del LENA - facility UniPv

I laboratori di Radiochimica e Spettroscopia sono situati all’interno del Dipartimento di Chimica, in prossimità del Laboratorio Energia Nucleare Applicata (LENA) dell’Università di Pavia.

Le infrastrutture, i servizi di sorveglianza sanitaria e le strumentazioni installate permettono di sviluppare ed applicare metodi analitici basati sull’attivazione neutronica per la determinazione di più di sessanta elementi della tavola periodica con incertezza relativa nell’intervallo 1 % - 10 % e limiti di rilevabilità in termini di frazioni di massa nell’intervallo 10-6 - 10-12.

Oltre alle comuni attrezzature presenti in un laboratorio di chimica analitica, sono disponibili tre catene di misura per spettrometria gamma, di cui due dotate di un sistema automatico di sostituzione del campione.

Gli irraggiamenti con neutroni vengono effettuati nel reattore nucleare di ricerca Triga Mark II dell’Università di Pavia in funzione presso il LENA.

Contatti
Metrologia in biologia cellulare
Colture 3D di cellule staminali mesenchimali

Il laboratorio supporta la ricerca e i servizi di metrologia in biologia cellulare in linea con la strategia metrologica internazionale. Ha sviluppato campioni di riferimento per il conteggio di cellule su matrici solide 2D, metodi di misura per il conteggio di cellule in matrici 3D e metodi di analisi di immagine, da utilizzare sia in ambito diagnostico che terapeutico.

Avvalendosi di tecniche di microscopie ottiche classiche (contrasto di fase, fluorescenza) e microscopie ottiche avanzate (2 fotoni/Coherent Anti-Stokes Raman Scattering - CARS/Second Harmonic Generation - SHG, multimodali), di microscopia meccanica (AFM force spectroscopy), di spettrofotometria, di citofluorimetria e di digital PCR (polymerase chain reaction), il laboratorio è in grado di effettuare misure non invasive e nel tempo di: proliferazione e differenziamento cellulare, modulo elastico di cellule, tessuti e substrati, interazioni cellule-cellule e cellule-scaffold, espressione genica e quantificazione di DNA per applicazioni sia diagnostiche che terapeutiche.

Il laboratorio inoltre effettua studi di cell tracking sfruttando l’interazione delle cellule con nanoparticelle fluorescenti e nanodischi magnetici e studi di citotossicità misurando l’emissione di VOC (Volatile Organic Compounds) da parte di cellule e tessuti in vitro.

Contatti
Metrologia dei composti organici volatili
Analisi al gascromatografo della frazione molare di VOC in aria

Il laboratorio sviluppa campioni primari di composti organici volatili in traccia da utilizzare nelle differenti applicazioni, in medicina e tossicologia. Ha sviluppato e validato campioni primari dinamici basati sul principio fisico della diffusione, di composti ossigenati, in particolare etanolo, metanolo, acetone in aria ambiente purificata nell’intervallo di frazione molare tra 10 nmol/mol e 500  nmol/mol con stabilità sul breve medio e lungo termine e accuratezza relativa inferiore a 4 %. Ha sviluppato un prototipo portatile con le stesse caratteristiche metrologiche, in corso di validazione internazionale tramite confronto inter-laboratorio.

Contatti
Ultima modifica: 25/05/2017 - 16:45