Influenza delle onde acustiche sulla crescita delle microalghe (sp. Scenedesmus obliquus)

dc.contributor.advisor	Argese, Emanuele
dc.contributor.advisor	Blasi, Paolo <1976>
dc.contributor.author	Labruzzo, Pietro <1968>	it_IT
dc.date.accessioned	2014-07-28T08:04:45Z
dc.date.available	2015-04-07T13:58:32Z
dc.date.issued	2014-03-21
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/10579/4662
dc.description.abstract	The aim of the PhD thesis was to study the effects of acoustic stimulation on the rate of growth of the microalgae Scenedesmus obliquus. This study required a long and complex work aimed to develop innovative means to detect and record algal growth, control and continuous monitoring of microalgal cultures in a serial photobioreactors (synchronous stirring system, automated serial and crops in the twelve fbr low acoustic impact) not to interfere with the delivered sound waves. The construction of photobioreactors of specific geometry and a material particularly efficient in the transmission of acoustic waves and electromagnetic radiation, together with innovative and quick measurement techniques to follow the time course of microalgae growth, has been a large part of the thesis work. In conclusion, the experimental setup and easily scalable fbr, could be an ideal form innovative, highly efficient (with the acoustic stimulation they increased the rate of growth of microalgae even of 320 %) and innovative system for Scenedesmus obliquus cultivation and energy conversion, for instance, in a cement plant.	it_IT
dc.description.abstract	L’obiettivo della tesi di dottorato è stato quello di studiare gli effetti della stimolazione acustica sulla velocità di crescita della microalga Scenedesmus obliquus. Tale studio ha richiesto la messa a punto di metodi innovativi per favorire la crescita, il controllo e il monitoraggio continuo delle colture microalgali in fotobioreattori seriali (sistema di agitazione sincrono, seriale e automatizzato delle colture a basso impatto acustico; la costruzione di fbr di specifica geometria e materiale particolarmente efficiente nella trasmissione delle onde acustiche e della radiazione elettromagnetica; rapide tecniche di misura, continue e automatizzabili della crescita microalgale). In conclusione il banco sperimentale potrebbe rappresentare un ideale modulo di conversione energetica e rimozione della CO2 altamente efficiente (si sono avuti con le stimolazioni acustiche incrementi della velocità di crescita microalgale anche del 320%) di conversione energetica per una cementeria.	it_IT
dc.language.iso	ita	it_IT
dc.publisher	Università Ca' Foscari Venezia	it
dc.rights	© Pietro Labruzzo, 2014 (opera tutelata da licenza Creative Commons.org by/nc/nd 3.0)	it_IT
dc.subject	Scenedesmus obliquus	it_IT
dc.subject	Audible sound	it_IT
dc.subject	Acoustic wave	it_IT
dc.subject	Low frequency	it_IT
dc.subject	Cement plant	it_IT
dc.subject	Carbon market	it_IT
dc.subject	Anidride carbonica (CO2) - Riduzione	it_IT
dc.title	Influenza delle onde acustiche sulla crescita delle microalghe (sp. Scenedesmus obliquus)	it_IT
dc.type	Doctoral Thesis	en
dc.degree.name	Scienze ambientali	it_IT
dc.degree.level	Dottorato di ricerca	it
dc.degree.grantor	Scuola di dottorato in Scienze e tecnologie (SDST)	it_IT
dc.description.academicyear	2014	it_IT
dc.description.cycle	25	it_IT
dc.degree.coordinator	Capodaglio, Gabriele
dc.location.shelfmark	D001379	it
dc.location	Venezia, Archivio Università Ca' Foscari, Tesi Dottorato	it
dc.rights.accessrights	openAccess	it_IT
dc.thesis.matricno	955757	it_IT
dc.format.pagenumber	308 p. ; ill.	it_IT
dc.subject.miur	BIO/07 ECOLOGIA	it_IT
dc.description.tableofcontent	Sommario Presentazione sintetica e articolazione in fasi dell’attività svolta durante il periodo di dottorato inerente il progetto di ricerca 14 Capitolo 1 21 Introduzione 21 1.1 Il Protocollo di Kyoto, i crediti di emissione e il mercato della CO2 22 1.2 Come trasformare un costo di un intangibile asset (energia dissipata, crediti di emissione) in una grande opportunità. 24 1.3 Le microalghe e i fotobioreattori quale modulo innovativo di conversione energetica per una cementeria. 26 1.4 La scelta della microalga Scenedesmus obliquus come organismo modello per lo studio degli effetti delle stimolazioni acustiche sulle cinetiche di crescita 28 1.5 Il cuore del progetto: la stimolazione acustica di bassa frequenza ed intensità. 29 Capitolo 2 37 Le microalghe, sp. Scenedesmus obliquus 37 2.1 La conversione dell’energia fotochimica: la fotosintesi, i cloroplasti e i nutrienti 38 2.2.1 La morfologia 41 2.2.2 Caratteristiche reologiche della Scenedesmus obliquus 45 2.2.3 Le caratteristiche idrodinamiche della Scenedesmus obliquus 46 2.3 Sedimentazione e turbolenza nella colonna d’acqua 47 2.3.1 Scattering e ombreggiamento delle cellule 48 2.3.2 Degasamento dell’ossigeno e fenomeni di adesione cellulare alle superfici con la formazione di colonie e biofilm cellulari 49 2.3.3 Stress meccanico tollerato dalle alghe e sistemi di agitazione 50 2.4 La meccanotrasduzione sulle cellule microalgali 51 2.5 Le caratteristiche spettrali della luce 51 2.6 Il Suono e le Onde acustiche 53 2.6.2 Le grandezze fisiche del suono 55 2.6.3 Le misure del suono 57 2.6.4 L’idrofono 58 2.6.5 L’attuatore acustico 58 2.7 La velocità del suono nei diversi mezzi 58 2.7.1 le Onde acustiche in acqua 59 2.7.2 Intensità e densità di energia 60 2.7.3 Trasmissione del suono nei tubi 60 2.7.4 Cinematica e particle motions 61 2.7.5 Attenuazione del suono nei liquidi 62 2.7.6 Propagazione del suono nelle colture microalgali 63 Capitolo 3 65 Materiali e Metodi 65 3.1 Disegno Sperimentale per la preparazione dei terreni di coltura, le colture di mantenimento e gli inoculi starter 65 3.1.1 Preparazione del terreno di coltura BG11 modificato e sua sterilizzazione. 65 3.1.2 Preparazione degli inoculi starter e delle colture di mantenimento 67 3.1.3 Inoculo microalgale nei fbr per l’avvio delle attività sperimentali 68 3.1.4 I prelievi di campioni di microalghe per le analisi di laboratorio 69 3.1.5 La conservazione dei campioni in frigo a 4°C 70 3.2 Il monitoraggio chimico fisico delle colture microalgali 70 3.2.1 Il monitoraggio chimico fisico con la sonda multiparametrica e le misure del pH 70 3.2.2 Il monitoraggio delle temperature di funzionamento dei fbr e le prove di evoluzione dell’ossigeno 71 3.3 Curve di crescita 72 3.3.1 Densità ottica 72 3.3.2 Le misure di assorbanza con la sonda Li-Cor 73 3.3.3 Peso secco 76 3.3.3 Conta Cellulare 77 3.3.3.1 Analisi in camera di Burker 78 3.3.3.2 Analisi al Granulometro Laser 780/AD Autodiluiter 79 3.3.3.3 Analisi con lo Scepter Coulter Counter della Millipore 81 3.3.4 La retta di taratura dei metodi di analisi impiegati 83 3.3.5 Misure di correlazione tra lo Scepter e il Granulometro laser 85 3.4 Le analisi fluorimetriche e di microscopia ottica ed elettronica 89 3.4.1 Lo Spettrofluorimetro 89 3.4.2 Il fluorimetro portatile AquaPen AP 100 (Photon System Instruments) 91 3.4.3 Le analisi all’Infrarosso Fourier Transform Infrared (FTIR) 92 3.4.4 Le analisi di Microscopia ottica a fluorescenza 97 3.4.5 Le analisi al Microscopio elettronico TEM 99 3.5 Il sistema d’illuminazione artificiale e il fotoperiodo e le analisi di termografia 99 3.5.2 Il fotoperiodo 103 3.5.3 Misure con termocamera per la verifica del calore dissipato dalle lampade al neon 104 3.6 Il sistema di agitazione delle colture con astina e bolla d’aria microfiltrata. 106 3.7 Realizzazione del sistema di riproduzione dei segnali e di conversione analogico-digitale 107 3.7.1 Software Nuendo – scheda audio Presonus e Amplificatori a canale separato 107 3.7.2 L’attuatore acustico Ottone 108 3.7.3 Il sistema di registrazione audio con il microfono e con l’drofono 109 3.8 La costruzione dei fbr, e le analisi dei materiali 110 3.8.1 Le misure spettofotometriche del fotobioreattore di vetro 110 3.8.2 Le analisi Laser Doppler Vibrometer LDV 114 3.8.3 La costruzione delle basi di appoggio per i fbr e smorzamento delle vibrazioni 118 Capitolo 4 119 Risultati e Discussione 119 Prima Sessione 120 4.1 Studio e prove sui materiali da costruzione per la realizzazione di un banco sperimentale per lo studio della crescita microalgale in funzione delle stimolazioni acustiche. 120 4.1.1 Analisi del fbr con la tecnica Laser Doppler Vibrometer (LDV) 121 4.1.2 Le Analisi Laser Doppler Vibrometer sull’attuatore acustico Ottone 132 4.1.3 Ottimizzazione della trasmissione del suono nel sistema accoppiato trasduttore fotobioreattore. 135 4.1.4 Le misure spettrofotometriche sulla riflessione del vetro 136 4.1.5 Realizzazione del banco sperimentale e sua validazione. 140 4.1.5.1 Prove d’interferenza dei suoni tra fbr 143 Seconda Sessione 146 4.2 Esperimento Pilota - Attività sperimentali di accrescimento delle colture microalgali di Scenedesmus obliquus con le stimolazioni acustiche di bassa frequenza e intensità. 146 4.2.1 Il disegno sperimentale (fotoperiodo, suoni e sistema di agitazione delle colture) 146 4.2.2 Il rate di crescita osservato 150 4.2.3 La conta cellulare con lo Scepter contacellule automatico 151 4.2.3.1 La distribuzione dimensionale delle cellule nei diversi programmi di stimolazione acustica. 153 4.2.4 I parametri chimico fisici e le misure spettofotometriche 158 4.2.5 Le misure di bioacustica e le registrazioni dei segnali in acqua 161 Terza Sessione 165 4.4 Realizzazione del sistema di agitazione sincrono, seriale e automatizzato delle colture nei 12 fbr. 165 4.4.1 Analisi con il blue di metilene per la validazione del dispositivo di agitazione 168 4.4.2 Automazione del dispositivo e studio del protocollo sperimentale 170 4.4.3 Misure Spettroradiometriche di verifica della sedimentazione delle colture nei fbr e validazione dei timesheet di pausa lavoro dell’agitazione 172 Quarta Sessione 176 4.5 Disegno fattoriale e ottimizzazione dei parametri di crescita 176 4.5.1 Descrizione del setup sperimentale 177 4.5.1 Risultati ottenuti dalle sperimentazioni del Doe. Le superfici di risposta tridimensionali. 180 4.5.2 Individuazione e ottimizzazione dei parametri acustici più efficienti per la crescita delle microalghe. L’aumento % del rate di crescita ottenuto 184 4.5.2.1 La conta cellulare nei due esperimenti del Doe con lo Scepter contacellule automatico 185 4.5.2.2 Le misure del peso secco 188 4.5.3 Risultati ottenuti dall’impiego di metodologie innovative di analisi e monitoraggio delle colture. 193 4.5.4 Il monitoraggio Li-Cor nelle due repliche sperimentali del Doe 194 4.5.5 Le registrazioni acustiche e i risultati ottenuti 206 4.6 Le Analisi al microscopio elettronico TEM 213 4.7 Analisi di Microscopia in fluorescenza 217 Capitolo 5 221 Gli effetti della meccanotrasduzione sulle cellule di Scenedesmus obliquus 221 I fase: approfondimento bibliografico 225 5.1.1 L’attivazione dei Canali ionici 225 5.1.2 Il metabolismo cellulare e l’espressione genica 226 II fase: le metodologie di analisi impiegate 228 5.2 Le tecniche fluorimetriche di analisi impiegate per indagare gli effetti della meccanotrasduzione sulle cellule di Scenedesmus obliquus 228 5.3 Risultati complessivi delle analisi allo Spettrofluorimetro 229 5.3.1 Misure allo Spettrofluorimetro dei campioni del primo esperimento del Doe 231 5.3.2 Misure allo Spettrofluorimetro dei campioni del secondo esperimento del Doe 237 5.4 Le analisi con il fluorimetro portatile AquaPen AP 100 (Photon System Instruments) 242 5.4.1 Le curve di induzione della fluorescenza delle clorofille con l’OJIP test AquaPen delle microalghe S. obliquus dopo due giorni dall’inizio del secondo esperimento del Doe 246 5.4.2 I dati di induzione della fluorescenza delle clorofille con l’OJIP test AquaPen delle microalghe S. obliquus dopo tre, cinque e otto giorni dall’inizio del secondo esperimento del Doe 250 5.4.3 Le curve di induzione della fluorescenza delle clorofille con l’OJIP test AquaPen delle microalghe S. obliquus dopo dieci giorni dall’inizio del secondo esperimento del Doe 256 5.4.4 Misure di NPQ - Non-Photochemical Quenching 265 5.5 Le tecniche di analisi all’Infrarosso FTIR 271 5.5.1 Analisi dei campioni con la Spettroscopia FTIR. Spettri più rappresentativi relativi alle stimolazioni acustiche nei due esperimenti del Doe 271 5.5.2 In dettaglio la regione dello spettro: carboidrati e proteine nei fbr del primo esperimento del Doe 275 5.5.3 In dettaglio la regione dello spettro: carboidrati e proteine nei fbr del secondo esperimento del Doe 279 5.5.4 Discussione conclusiva sugli esiti delle misure FTIR nei diversi programmi di stimolazione acustica impiegati. 283 5.6 La tecnica di analisi Particle Image Velocimetry (mPIV) per visualizzare gli effetti delle stimolazioni acustiche sulla microalga Scenedesmus obliquus 288 5.6.1 Contenuti multimediali della tecnica mPIV 291 Conclusioni 292 Galleria Fotografica 294 Bibliografia 298 Ringraziamenti 304 Hanno parlato di noi: 306 Estratto per riassunto della tesi di dottorato 308	it_IT
dc.identifier.bibliographiccitation	Labruzzo, Pietro. "Influenza delle onde acustiche sulla crescita delle microalghe (sp. Scenedesmus obliquus", Università Ca' Foscari Venezia, tesi di dottorato, XXV ciclo, 2014	it_IT