Search

Οι Κυκλάδες διαχρονικά παρουσίαζαν έντονα φαινόμενα λειψυδρίας, τα οποία τα τελευταία χρόνια οξύνονται περαιτέρω, εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής και της συνεχώς αυξανόμενης ζήτησης κυρίως από τον τουριστικό τομέα. Είναι χαρακτηριστικό, πως η καλοκαιρινή τουριστική περίοδος ταυτίζεται με τις περιόδους μέγιστης ζήτησης και ελάχιστης προσφοράς διαθέσιμων υδατικών πόρων. Στην Ίο έχει πραγματοποιηθεί μια σειρά έργων και παρεμβάσεων για την αντιμετώπιση του φαινομένου της λειψυδρίας και την κάλυψη των υδρευτικών αναγκών, κυρίως κατά την καλοκαιρινή περίοδο, τα οποία περιλαμβάνουν: • Ανόρυξη υδρογεωτρήσεων. • Κατασκευή της εσωποτάμιας λιμνοδεξαμενής του Μυλοποτάμου συνολικής χωρητικότητας 215.000m3. • Λειτουργία μονάδας αφαλάτωσης στο Μυλοπότα δυναμικότητας 1.000m3/24ωρο. Δεδομένης της κλιματικής αλλαγής που συντελείται τα τελευταία χρόνια, παρατηρείται συνεχής ποσοτική και ποιοτική υποβάθμιση των υδατικών πόρων της Ίου. Ενδεικτικά αναφέρεται, πως καταγράφεται: • στείρευση ή σημαντική μείωση της παροχής των πηγαίων εκφορτίσεων, • αξιοσημείωτη πτώση στάθμης στις υδρογεωτρήσεις και στα πηγάδια, • ενώ η λιμνοδεξαμενή του Μυλοπότα τόσο το 2000 όσο και φέτος (2018) δεν είχε καθόλου νερό, εξαιτίας της παρατεταμένης ανομβρίας. Το μέσο ετήσιο βροχής των μετεωρολογικών σταθμών Ίου και Νάξου ανέρχεται σε 285,5mm για τα υδρολογικά έτη 2009-2010 έως και 2017-2018 και σε 350,0mm για τα υδρολογικά έτη 1955-1956 έως και 2017-2018 αντίστοιχα. Για αμφότερους τους σταθμούς, οι οποίοι είναι όμοροι και παρουσιάζουν καλή συσχέτιση, προκύπτει σαφής τάση μείωσης των βροχοπτώσεων. Επισημαίνεται, πως απόρροια της κλιματικής αλλαγής είναι η συχνή εκδήλωση ακραίων καιρικών φαινομένων κατά τη διάρκεια των οποίων οι βροχοπτώσεις παρουσιάζουν μεγάλα ύψη βροχής σε πολύ μικρό χρονικό διάστημα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα, να υπερτερεί η επιφανειακή απορροή της κατείσδυσης και επομένως να συντελείται περιορισμένη επανατροφοδοσία των υδροφόρων οριζόντων. Η Ίος αποτελείται σχεδόν εξολοκλήρου από μεταμορφωμένα πετρώματα, πάνω στα οποία έχουν αποτεθεί ασύμφωνα περιορισμένες εμφανίσεις Τεταρτογενών σχηματισμών. Τα μεταμορφωμένα πετρώματα της Ίου περιλαμβάνουν την κυρίαρχη ενότητα των Κυανοσχιστολίθων Κυκλάδων (Cycladic Blueschist Unit) που εμφανίζεται κυρίως στο βόρειο τμήμα και σε υπολειμματικές εμφανίσεις στο νότιο, η οποία υπέρκειται τεκτονικά του Παλαιοζωικού υποβάθρου (Βαρύσκια ηλικία) της ενότητας Βάσης Κυκλάδων (Cycladic Basement Unit) που καταλαμβάνει το κεντρικό και νότιο τμήμα. Κοκκώδεις υδροφόροι ορίζοντες, ελεύθεροι φρεάτιοι, υποκείμενοι στις εποχιακές μεταβολές και μέτριας δυναμικότητας αναπτύσσονται στις παράκτιες προσχωσιγενείς κοιλάδες Μυλοπότα, Μαγγαναρίου, Ψάθης, Κουμπάρας και Κάτω Κάμπου, όπου εμφανίζονται αλλουβιακές αποθέσεις (al). Η τροφοδοσία των κοκκωδών υδροφόρων οριζόντων συντελείται απευθείας από τις βροχοπτώσεις, από την επιφανειακή χειμερινή κυρίως απορροή χειμάρρων που διέρχονται από αυτές και από κατά θέσεις πλευρική τροφοδοσία, κυρίως από τους γρανατικούς – μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους (sch.ge) και τους οφθαλμογνεύσιους (gn). Η εκμετάλλευση των κοκκωδών υδροφόρων οριζόντων γίνεται από πλήθος πηγαδιών, βάθους έως 10 μέτρα, και υδρογεωτρήσεις μικρού βάθους με παροχές άντλησης της τάξης των (3-8)m3/h, ενώ η τελική εκφόρτισή τους συντελείται στη θάλασσα. Πρόκειται για υδατικό πόρο που διαδραμάτισε και συνεχίζει έως και σήμερα να παίζει σημαντικό ρόλο στην τοπική οικονομία, τόσο για άρδευση όσο και ύδρευση (κυρίως καθαριότητα και πράσινο). Από τους πιεζομετρικούς χάρτες των περιόδων Αυγούστου 1978 (Κουρμούλης, 1980), Σεπτεμβρίου 2000 (Παπαδόπουλος & Στεργιόπουλος, 2000), Ιουλίου 2005 (Γιαννουλόπουλος & Λάππας, 2010) και Αυγούστου 2018 προκύπτει συστηματική και διαχρονική ποσοτική και ποιοτική υποβάθμιση του κοκκώδους υδροφόρου ορίζοντα που αναπτύσσεται στην προσχωματική κοιλάδα του Μυλοπότα. Αντίστοιχα αποτελέσματα διαχρονικής ποσοτικής και ποιοτικής υποβάθμισης προκύπτουν και για τους κοκκώδεις υδροφόρους ορίζοντες Κάτω Κάμπου και Μαγγαναρίου. Στα μάρμαρα (mr) της ενότητας Κυανοσχιστολίθων Κυκλάδων (CBU) αναπτύσσονται καρστικοί υδροφόροι ορίζοντες μικρής έως μέσης δυναμικότητας, εξαιτίας της μικρής επιφανειακής ανάπτυξης και του περιορισμένου πάχους, οι οποίοι βρίσκονται σε υδραυλική επικοινωνία με τη θάλασσα σε περισσότερες από μία πλευρές και εκφορτίζονται σχεδόν αποκλειστικά σε παράκτιες, καρστικές, υφάλμυρες πηγές (Γιαννουλόπουλος & Λάππας, 2010). Η τροφοδοσία τους συντελείται απευθείας από τις βροχοπτώσεις. Υδροφόροι ορίζοντες μέσου ασυνεχειών, τοπικής σημασίας και μικρής δυναμικότητας αναπτύσσονται στους γρανατικούς – μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους (sch.ge) και στους οφθαλμογνεύσιους (gn) της ενότητας Βάσης Κυκλάδων. Αμφότεροι οι ανωτέρω σχηματισμοί παρουσιάζουν προχωρημένο βαθμό αποσάθρωσης και έντονη διάρρηξη και κατατάσσονται στα σκληρά διερρηγμένα πετρώματα. Στους γρανατικούς – μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους (sch.ge) αναπτύσσονται πολύ μικρής δυναμικότητας υδροφόροι ορίζοντες τόσο στον αποσαθρωμένο μανδύα όσο και στη διερρηγμένη ζώνη, ενώ στους οφθαλμογνεύσιους (gn) πολύ μικρής δυναμικότητας υδροφόροι ορίζοντες στον αποσαθρωμένο μανδύα και μικρής δυναμικότητας υδροφόροι ορίζοντες στη διερρηγμένη ζώνη. Η τροφοδοσία του συνόλου των ανωτέρω υδροφόρων οριζόντων πραγματοποιείται αποκλειστικά από τις βροχοπτώσεις. Η εκμετάλλευση της υδροφορίας που αναπτύσσεται στον αποσαθρωμένο μανδύα των γρανατικών – μαρμαρυγιακών σχιστόλιθων (sch.ge) και των οφθαλμογνευσίων (gn) συντελείται από πηγάδια στις περιοχές με σχετικά ομαλό ανάγλυφο και πλήθος μικροπηγών που εκδηλώνονται διάσπαρτα, με κυμαινόμενη παροχή της τάξης των (2-4)m3/24ωρο και κάλυπταν μεμονωμένες ανάγκες άρδευσης και ύδρευσης των επιμέρους ιδιωτικών αγροκτημάτων. Η κατασκευή μικρών δεξαμενών χωρητικότητας (2-3)m3 για την αποθήκευση ποσοτήτων νερού, δίπλα στο σημείο εκδήλωσης των μικροπηγών, ήταν κοινή τακτική στο πλαίσιο της αειφορικής διαχείρισης των έστω και ελάχιστων υδατικών πόρων. Η παροχή των μικροπηγών αποτελεί άμεση συνάρτηση της έκτασης και του πάχους του αποσαθρωμένου μανδύα που εκφορτίζουν, καθώς και των βροχοπτώσεων. Το σύνολο σχεδόν των μικροπηγών αυτών έχουν στερέψει ή έχει περιοριστεί πάρα πολύ η παροχή τους με το πέρασμα των δεκαετιών και το συνεχή περιορισμό των βροχοπτώσεων. Η πλέον γνωστή και αξιόλογη πηγή της κατηγορίας αυτής είναι η πηγή του Κρητικού (S05) (Κουρμούλης, 1980; Γιαννουλόπουλος & Λάππας, 2010). Η εκμετάλλευση της υδροφορίας που αναπτύσσεται στη διερρηγμένη ζώνη των οφθαλμογνευσίων (gn) διαχρονικά γινόταν από πηγές, κυρίως υπερπλήρωσης. Οι πλέον αξιόλογες από αυτές είναι της Επάνω Δέσης (S01), Κάτω Δέσης (S02), Ψάθης (S03) και Αγίας Θεοδότης (S04), οι οποίες κάλυπταν τις υδρευτικές ανάγκες της Χώρας, της Ψάθης και της Αγίας Θεοδότης αντίστοιχα. Κοινό χαρακτηριστικό όλων των προαναφερθέντων πηγών είναι η εκδήλωσή τους σε χαμηλό σχετικά υψόμετρο (

Το βασικό αντικείμενο της εργασίας αυτής αποτελεί η διαχρονική παρακολούθηση της περιοχής της Ψάθας, όσον αφορά την εξέλιξή της σε σχέση με τα ιδιαίτερα γεωλογικά και γεωμορφολογικά της χαρακτηριστικά. Η εγγύτητά της με την Αθήνα, από τη μια και τον Κορινθιακό κόλπο από την άλλη, το ενεργό ρήγμα της και τα σχεδόν κάθετα πρανή της, την καθιστούν αρκετά ενδιαφέρουσα για μελέτες βραχοπτώσεων. Η πολύ υψηλή ακρίβειας χαρτογράφησή της, χρησιμοποιώντας σύστημα επίγειου σαρωτή αναγλύφου χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία ενός 3D μοντέλου και αυτό με τη σειρά για τη διαχρονική παρακολούθηση των μεταβολών, συγκρινόμενο με το αντίστοιχο του 2011. Ο τρόπος με τον οποίο έγινε αυτό και τα αποτελέσματα της μελέτης αναλύονται στη συνέχεια. Συγκεκριμένα: Το 1ο κεφάλαιο αναφέρεται, αρχικά, στην τεχνική της τρισδιάστατης σάρωσης με σαρωτές αναγλύφου και ειδικότερα στους επίγειους σαρωτές. Εκεί περιγράφονται, σύντομα, η βασική αρχή λειτουργίας των συγκεκριμένων σαρωτών, τα βασικά μέρη και οι τύποι τους, καθώς επίσης και τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Στη συνέχεια γίνεται μια σύντομη αναφορά στις χρήσεις τους, γενικά και στις φυσικές καταστροφές ειδικότερα. Λόγω της φύσης της συγκεκριμένης έρευνας ακολουθεί παράθεση γενικών πληροφοριών σχετικά με τα κατολισθητικά φαινόμενα και τη σχέση τους με τις σεισμικές δονήσεις. Στη συνέχεια, στο κεφάλαιο 2, γίνεται μία εκτενής βιβλιογραφική επισκόπηση των εφαρμογών σαρωτών λέιζερ στις γεωεπιστήμες, είτε μεμονωμένα είτε σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους τηλεπισκόπησης. Γι’ αυτό το σκοπό παρατίθενται παραδείγματα που αφορούν κατολισθήσεις – βραχοπτώσεις, παράκτια διάβρωση, ρήγματα, ηφαίστεια και σπήλαια. Ακολουθεί στο 3ο κεφάλαιο η γενική περιγραφή της περιοχής μελέτης, όσον αφορά τα στοιχεία, που σχετίζονται με τη γεωμορφολογία, γεωλογία και υδρογεωλογία της. Η μεθοδολογία που εφαρμόστηκε για τη συλλογή των δεδομένων και την επεξεργασία τους αναπτύσσεται στο κεφάλαιο 4. Αρχικά, δίνονται πληροφορίες όσον αφορά τη σχεδίαση της διαδικασίας των σαρώσεων και τα χαρακτηριστικά του χρησιμοποιούμενου σαρωτή αναγλύφου και στη συνέχεια, αναλυτικά, τα βήματα που ακολουθήθηκαν κατά την πρακτική εφαρμογή της επίγειας τρισδιάστατης σάρωσης, η οποία περιλαμβάνει το στάδιο προεργασίας λήψεων και τη διαδικασία συλλογής δεδομένων της περιοχής. Η περιγραφή της επεξεργασίας των δεδομένων και στοιχείων, αποτελεί το βασικό θέμα του 5ου κεφαλαίου. Σε αυτό δίνονται πληροφορίες για το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε και τη διαδικασία που ακολουθήθηκε, από το στάδιο της προ–επεξεργασίας και τον καθαρισμό των μετρήσεων μέχρι τη δημιουργία του τρισδιάστατου μοντέλου DEM-2022. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την επιλογή των αλγορίθμων για τη σύγκριση του παραγόμενου μοντέλου με το DEM-2011. Στο επόμενο κεφάλαιο (Κεφάλαιο 7) παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της έρευνας αυτής. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον εντοπισμό των θέσεων, που σχετίζονται με την αλλαγή μορφολογίας και στα στοιχεία που σχετίζονται με τις βραχοπτώσεις, κατά τη διαδικασία της διαχρονικής παρακολούθησης της περιοχής μελέτης. Αναφέρονται επίσης τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε. Η εργασία ολοκληρώνεται με τα συμπεράσματα και τις προτάσεις για μελλοντική έρευνα και την παρουσίαση της βιβλιογραφίας. Στα παραρτήματα δίνονται το γλωσσάρι των απαραίτητων ξενόγλωσσων, κυρίως, όρων και συντομογραφιών, που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα μελέτη καθώς και κάποια βασικά στοιχεία για τη χρήση του λογισμικού CloudCompare. The main subject of this work is the long-term monitoring of Psatha bay, regarding the development, due to its special geological and geomorphological characteristics. The study of this area in terms of rockfall issues is quite challenging, because of the proximity to Athens, on the one hand, and to the Gulf of Corinth on the other as well as the active fault with the almost vertical slopes. With a focus on producing an as possible accurate mapping, a terrestrial scanner system was utilized, resulting on the design of a very high precision 3D model, which was used to monitor the changes over time, compared to the 2011 equivalent models. The exact way about how this was realized, and the results of the study are discussed in the following. In particular: The 1st chapter refers, initially, to the 3D scanning mapping technique with laser scanners in general and terrestrial scanners, specifically. The basic operating principles of these scanners are described briefly as well as their main parts and types, and their technical characteristics are presented. Following, a brief reference for their general application areas, is given emphasizing their applications to natural disasters. Due to the nature of this study, some information about landslide phenomena as well as their relationship to seismic events is given. In chapter 2, an extensive literature review is provided, concerning the applications of the laser scanners systems in geosciences fields, either alone or in combination with other remote sensing methods. To this end, application examples are described of studies concerning landslides – rockfalls, coastal erosion, faults, volcanoes and caves. The 3rd chapter deals with the general description of the study area, regarding features such as geomorphology, geology and hydrogeology characteristics. The methodology applied for data collection and processing is described in chapter 4. Initially, information is given regarding the design of the scanning procedure and the characteristics of the used laser scanner. Following, the specific steps during the practical implementation of terrestrial 3D scanning, can be found in detail, including the pre-processing stage and the data collection process on the field study. The description of processing of data is the main subject of the 5th chapter, as well as general information on the software used and the process followed, from the pre-processing stage and the preparation of the data to the design and creation of the DEM-2022 3D model. The chapter concludes with the selection of algorithms for comparing the generated model with DEM-2011. The results of this study are the subject of the next chapter. Emphasis was given on the identification of the areas, where change of morphology is observed because of the specific elements related to the rockfalls, during the process of the long-term monitoring of the study area. A list of the advantages and disadvantages of the method used is also given. Chapter 7 covers the conclusions of the study as well as proposals for future work and the presentation of the used bibliography. In the appendices can be found a glossary of the necessary foreign mainly terms and abbreviations, used in the present study as well as a brief note on the basic elements of CloudCompare software.

Η παρούσα διατριβή ερευνά τη δυνατότητα ανάπτυξης δεξιοτήτων επιχειρηματολογίας των φοιτητών/τριών του Π.Τ.Δ.Ε. (Ε.Κ.Π.Α) σε θέματα φυσικής και, συγκεκριμένα, την εξέλιξη της ατομικής και ομαδικής επιχειρηματολογίας των φοιτητών/τριών με αφορμή την άσκησή τους σε πέντε θέματα Νευτώνειας Μηχανικής. Οι δύο παράμετροι της επιχειρηματολογίας που εξετάζονται είναι η δομή και το η γνώση περιεχομένου. Η έρευνα διεξήχθη μέσω Skype λόγω της πανδημίας Covid-19. Το δείγμα αποτελούνταν από δεκαεπτά προπτυχιακούς/ες φοιτητές/τριες του Π.Τ.Δ.Ε. του Ε.Κ.Π.Α. Οι φοιτητές/τριες που συμμετείχαν κατανεμήθηκαν σε τέσσερις ομάδες. Η έρευνα βασίστηκε στις συζητήσεις των φοιτητών/τριών σε πέντε θέματα της Νευτώνειας Μηχανικής, εναλλασσόμενες με τις παρεμβάσεις του ερευνητή. Οι είκοσι συζητήσεις (τέσσερις ομάδες επί πέντε θέματα) των φοιτητών/τριών καθώς και οι παρεμβάσεις του ερευνητή βιντεοσκοπήθηκαν και καταγράφηκαν. Πριν και μετά την παρέμβαση δόθηκαν στους/στις φοιτητές/τριες ερωτηματολόγια (pre- & post-tests) τα οποία αποτελούνταν από πέντε προβλήματα ανοικτού τύπου εστιασμένα στη Νευτώνεια Μηχανική. Αξιοποιήθηκαν ποιοτικές μέθοδοι ανάλυσης των δεδομένων της έρευνας και, συγκεκριμένα, ανάλυση περιεχομένου. Η προφορική επιχειρηματολογία των φοιτητών/τριών αναλύθηκε και κατατάχθηκε σε επίπεδα ομαδικής και ατομικής επιχειρηματολογίας με βάση το μοντέλο των Clark & Sampson (2007, 2008). Τα γραπτά επιχειρήματα των φοιτητών/τριών που προέκυψαν από τα αρχικά και τελικά ερωτηματολόγια (pre- & post-tests) αναλύθηκαν και αξιολογήθηκαν με βάση το μοντέλο των McNeill & Krajcik (2007, 2008, 2012). Σύμφωνα με τα αποτελέσματα της έρευνας, η εμπλοκή των φοιτητών/τριών στην ομαδική επιχειρηματολογία συμβάλλει στην ανάπτυξη των δεξιοτήτων επιχειρηματολογίας των φοιτητών/τριών και στη βελτίωση του επιστημονικού τους επιπέδου στις περισσότερες εφαρμογές της Νευτώνειας Μηχανικής. Επίσης, παρ’ όλο που οι περισσότεροι/ες φοιτητές/τριες δυσκολεύτηκαν να ξεπεράσουν πλήρως τις εναλλακτικές αντιλήψεις τους σε ορισμένα προβλήματα Νευτώνειας Μηχανικής, η έκφραση διαφορετικών απόψεων για τα προβλήματα αυτά τους/τις βοήθησε να αναπτύξουν αντικρούσεις και, επομένως, να βελτιώσουν την ποιότητα των επιχειρημάτων τους, τόσο ως προς τη δομή όσο και ως προς τη γνώση περιεχομένου. This thesis examines the possibility of the development of undergraduate (Primary Education- NKUA) students’ argumentation skills on physics problems and, in specific, the development of the students’ individual and group argumentation while they were involved in five topics of Newtonian Mechanics. The two parameters/variables of argumentation that were taken into account were structure and scientific content. The research was conducted via Skype due to the Covid-19 pandemic. The sample consisted of seventeen undergraduate students of Primary Education (NKUA).The students who participated were divided into four groups. The research was based on the students’ discussions on five topics of Newtonian Mechanics, alternating with the researcher’s interventions. The twenty students’ discussions (four groups on five topics) as well as the researcher’s interventions were videotaped and recorded. Before and after the intervention, students were given questionnaires (pre- & post-tests), which consisted of five open-ended problems focused on Newtonian Mechanics. Qualitative methods of analysis of the research data were applied selected (content analysis). The students’ oral argumentation was analyzed and classified into group and individual argumentation levels following the model of Clark & Sampson (2007, 2008). The students’ written arguments that emerged from the pre- and post-tests were analyzed and evaluated according to McNeill & Krajcik’s model (2007, 2008, 2012). Based on the results of the research, the students’ involvement in group argumentation contributes both to the development of students’ argumentation skills and to the improvement of their scientific level in most problems of Newtonian Mechanics. In addition, although most students found it difficult to fully overcome their alternative conceptions of some Newtonian Mechanics problems, the expression of different views on these problems helped them develop rebuttals and, thus, improve the quality of their arguments, both in terms of structure and of scientific content.

H παρούσα διδακτορική διατριβή έχει ως βασικό αντικείμενο μελέτης τα Συνελικτικά Νευρωνικά Δίκτυα (Convolutional Neural Networks - CNNs) για εφαρμογές υπολογιστικής όρασης (computer vision) και συγκεκριμένα εστιάζει στην εκτέλεση της διαδικασίας της εξαγωγής συμπερασμάτων των CNNs (CNN inference) σε ενσωματωμένους επιταχυντές κατάλληλους για εφαρμογές της υπολογιστικής των παρυφών (edge computing). Ο σκοπός της διατριβής είναι να αντιμετωπίσει τις τρέχουσες προκλήσεις σχετικά με τη βελτιστοποίηση των CNNs προκειμένου αυτά να υλοποιηθούν σε edge computing πλατφόρμες, καθώς και τις προκλήσεις στο πεδίο των τεχνικών σχεδίασης αρχιτεκτονικών επιταχυντών για CNNs. Προς αυτή την κατεύθυνση, η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται σε διαφορετικές εφαρμογές βαθιάς μάθησης (deep learning), συμπεριλαμβανομένης της επεξεργασίας εικόνων σε δορυφόρους και της πρόβλεψης ηλιακής ακτινοβολίας από εικόνες. Στις παραπάνω εφαρμογές, η διατριβή συμβάλλει σε τέσσερα διακριτά προβλήματα στα πεδία της βελτιστοποίησης CNNs και της σχεδίασης επιταχυντών CNNs. Αρχικά, η διατριβή συνεισφέρει στην υπάρχουσα βιβλιογραφία σχετικά με τεχνικές επεξεργασίας εικόνας, βασισμένες στα CNNs, για την εκτίμηση και πρόβλεψη ηλιακής ακτινοβολίας. Στα πλαίσια της διατριβής, προτείνεται μια μέθοδος επεξεργασίας εικόνας η οποία βασίζεται στον ακριβή εντοπισμό του Ήλιου σε εικόνες του ουρανού, χρησιμοποιώντας τις συντεταγμένες του Ήλιου και τις εξισώσεις του fisheye φακού της κάμερας λήψης εικόνων του ουρανού. Όταν η προτεινόμενη μέθοδος εφαρμόζεται σε φωτογραφίες του ουρανού πριν από την επεξεργασία τους από τα CNNs, τα αποτελέσματα από την εκτεταμένη μελέτη που διενεργεί η διατριβή, δείχνουν πως μπορεί να βελτιώσει την ακρίβεια των τιμών ακτινοβολίας που παράγουν τα CNNs σε όλες τις περιπτώσεις και με μικρή μόνο αύξηση στο πλήθος των υπολογισμών των CNNs. Στη συνέχεια, η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στην κατάτμηση εικόνων βασισμένη στη βαθιά μάθηση, με στόχο τον εντοπισμό σύννεφων από δορυφορικές εικόνες σε εφαρμογές επεξεργασίας δεδομένων σε δορυφόρους. Πιο συγκεκριμένα, στα πλαίσια της διατριβής προτείνεται μια αρχιτεκτονική μοντέλου CNN περιορισμένων υπολογιστικών απαιτήσεων, βασισμένη στην αρχιτεκτονική U-Net, η οποία στοχεύει σε μια βελτιωμένη αναλογία ανάμεσα στο μέγεθος του μοντέλου και στις επιδόσεις του στη δυαδική κατάτμηση της εικόνας. Το προτεινόμενο μοντέλο εκμεταλλεύεται πλήθος τεχνικών CNNs προκειμένου να μειώσει το πλήθος των παραμέτρων και πράξεων που απαιτείται για την εκτέλεση του μοντέλου, αλλά ταυτόχρονα να πετυχαίνει ικανοποιητική ακρίβεια αποτελεσμάτων. Η διατριβή διενεργεί μια μελέτη ανάμεσα σε CNN μοντέλα της βιβλιογραφίας για εντοπισμό σύννεφων που έχουν αξιολογηθεί στα ίδια δεδομένα με το προτεινόμενο μοντέλο, και έτσι αναδεικνύει τα προτερήματά του. Επιπλέον, η διδακτορική διατριβή στοχεύει στην αποδοτική υλοποίηση του inference των CNNs επεξεργασίας εικόνας σε ενσωματωμένους επιταχυντές κατάλληλους για εφαρμογές edge computing. Για τον σκοπό αυτό, η διατριβή επιλέγει τα Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) για την επιτάχυνση των CNNs και συνεισφέρει τις λεπτομέρειες της μεθοδολογίας ανάπτυξης που υιοθετήθηκε και η οποία βασίζεται στο εργαλείο Xilinx Vitis AI. Πέρα από τη μελέτη των δυνατοτήτων του Vitis AI, όπως των προχωρημένων τεχνικών κβάντισης των μοντέλων, η διατριβή παρουσιάζει επιπλέον και μια προσέγγιση επιτάχυνσης για την επιτάχυνση των επιμέρους διεργασιών μιας ολοκληρωμένης εργασίας μηχανικής όρασης η οποία εκμεταλλεύεται τους ετερογενείς πόρους του FPGA. Τα αποτελέσματα χρόνων εκτέλεσης και διεκπεραιωτικότητας (throughput) των CNNs τόσο για τη δυαδική κατάτμηση εικόνων για εντοπισμό σύννεφων όσο και για την εκτίμηση ηλιακής ακτινοβολίας από εικόνες, στο FPGA, αναδεικνύουν τις δυνατότητες επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο του επιταχυντή. Τέλος, η διδακτορική διατριβή συνεισφέρει τη σχεδίαση ενός συστήματος διεπαφής, υψηλών επιδόσεων και με ανοχή στα σφάλματα, για την αμφίδρομη μεταφορά εικόνων ανάμεσα σε ενσωματωμένους επιταχυντές βαθιάς μάθησης, στα πλαίσια υπολογιστικών αρχιτεκτονικών για επεξεργασία δεδομένων σε δορυφόρους. Το σύστημα διεπαφής αναπτύχθηκε για την επικοινωνία ανάμεσα σε ένα FPGA και τον επιταχυντή Intel Movidius Myriad 2 και η εκτεταμένη διαδικασία επαλήθευσης του συστήματος, τόσο σε εμπορικά διαθέσιμες όσο και σε πρωτότυπες πλατφόρμες, έδειξε πως αυτό μπορεί να επιτύχει μέχρι και 2.4 Gbps αμφίδρομους ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων εικόνων. The current doctoral thesis focuses on Convolutional Neural Networks (CNNs) for computer vision applications and particularly on the deployment of the inference process of CNNs to embedded accelerators suitable for edge computing. The objective of the thesis is to address several challenges regarding the optimization techniques of CNNs towards their edge deployment as well as challenges in the field of CNN accelerator architectures design techniques. In this direction, the thesis focuses on different deep learning applications, including on-board payload data processing as well as solar irradiance forecasting, and makes distinct contributions to four different challenges in the fields of CNN optimization and CNN accelerators design. First, the thesis contributes to the existing literature regarding image processing techniques and deep learning-based image regression for solar irradiance estimation and forecasting. It proposes an image processing method which is based on accurate sun localization in sky images and which utilizes the solar angles and the mapping functions of the lens of the sky imager camera. When the proposed method is applied to the sky images before these are processed by the image regression CNNs, the results from the extensive study that the thesis conducts, show that the method can improve the accuracy of the irradiance values that the CNNs produce in all cases by introducing only minimal computational overhead. Next, the thesis focuses on the task of deep learning-based semantic segmentation in order to enable cloud detection from satellite imagery in on-board payload data processing applications. In particular, the thesis proposes a lightweight CNN model architecture, based on the U-Net architecture, which aims at providing an improved trade-off between model size and binary semantic segmentation performance. The proposed model utilizes several CNN techniques in order to reduce the number of parameters and operations required for the inference but at the same time maintain satisfying performance. The thesis conducts a study among CNN models for cloud detection, which are evaluated on the same test dataset as the proposed model, and thus showcases the advantages of the proposed model. Then, the thesis targets the efficient porting of the inference process of image processing CNNs to edge-oriented embedded accelerator devices. The thesis opts for CNN acceleration based on Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) and contributes the adopted development flow which utilizes the Xilinx Vitis AI framework. Apart from exploring the capabilities of Vitis AI, including its advanced quantization solutions, the thesis also showcases an acceleration approach for accelerating different processes of a single computer vision task by taking advantage of the heterogeneous resources of the FPGA. The execution time and throughput results of the CNN models, for the tasks of binary semantic segmentation for cloud detection as well as image regression for irradiance estimation, on the FPGA, showcase the real-time processing capabilities of the accelerator. Finally, the thesis contributes the design details of a bi-directional interfacing system for high-throughput and fault-tolerant image transfers between deep learning embedded accelerators, in the context of on-board payload data processing architectures. The interfacing system is developed for interfacing an FPGA with the Intel Movidius Myriad 2 and the extensive testing campaign based on both commercial as well as prototype hardware platforms, shows that it can achieve a bit-rate of up to 2.4 Gbps duplex image data transfers.

Στη διατριβή αυτή περιγράφεται η στοχευμένη φυτοχημική μελέτη των φύλλων της Olea europaea και φύλλων από τα είδη Ligustrum, Phillyrea, Syringa, Jasminum, Fraxinus της οικ. Oleaceae. Στο πρώτο μέρος (κεφάλαιο 1) αναφέρονται ορισμένα εισαγωγικά στοιχεία για την Ελιά, καθώς και για τα υπόλοιπα φυτά που μελετήθηκαν και τα βοτανικά χαρακτηριστικά τους. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι χημικές κατηγορίες και οι βιολογικές ιδιότητες των φαινολικών συστατικών των υπό μελέτη φυτών. Στο υποκεφάλαιο των βιολογικών ιδιοτήτων περιέχονται τα κυριότερα αποτελέσματα που έχουν παρουσιαστεί μέχρι σήμερα και αφορούν τα φαινολικά συστατικά όλων των προαναφερθέντων φυτών της οικ. Oleaceae. Το δεύτερο μέρος χωρίζεται σε τρεις ενότητες και αφορά τα πειραματικά αποτελέσματα. Η πρώτη ενότητα αποτελείται από τρία κεφάλαια (2-4). Το κεφάλαιο 2 αναφέρεται στην κατεργασία των δειγμάτων των φύλλων των φυτών και στις τεχνικές απομόνωσης των φαινολικών συστατικών τους σε μεγάλη κλίμακα. Το κεφάλαιο 3 περιλαμβάνει τoν ποσοτικό προσδιορισμό των φαινολικών συστατικών στα φύλλα των φυτών της οικ. Oleaceae με φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού, μελετώντας συγχρόνως, την εποχιακή διακύμανση και τις μεταβολές που παρατηρούνται στην ποσοτική τους σύσταση κατά τη διάρκεια αυτής. Στο κεφάλαιο 4, περιγράφεται η εφαρμογή των μεθόδων που αναπτύχθηκαν στη μέτρηση και σύγκριση φύλλων ελιάς ως προς το φαινολικό τους περιεχόμενο, στα οποία είχε πραγματοποιηθεί η αποσιώπηση της β – γλυκοσιδάσης με μοριακές προσεγγίσεις. Στη δεύτερη πειραματική ενότητα (κεφάλαιο 5), περιγράφεται η μελέτη βιοδραστικότητας των σεκοϊριδοειδών φαινολικών συστατικών της ελιάς στους υποδοχείς T2R (υποδοχείς γεύσης), ενώ γίνεται παράλληλα συσχέτιση των υποδοχέων αυτών με διάφορες φαρμακολογικές δράσεις . Επιπλέον, στο κεφάλαιο 5 δίνονται πληροφορίες όσον αφορά το κομμάτι της γευσιγνωσίας και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων συσχέτισης συγκεκριμένων φαινολικών συστατικών του ελαιολάδου με τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά του. Τέλος, στην τρίτη πειραματική ενότητα (κεφάλαιο 6) περιγράφεται η ημισύνθεση ορισμένων μεταβολιτών που προέρχονται από τα φαινολικά συστατικά που μελετήθηκαν και επεξηγείται αναλυτικά ο καθορισμός της δομής τους με βάση τα φασματοσκοπικά δεδομένα. Πιο συγκεκριμένα περιγράφονται οι αντιδράσεις της ελαιοκανθάλης και της ελαιασίνης με μία 7 σειρά αμινοξέων και κυρίως με τη γλυκίνη σε διάφορες συνθήκες. Μετά από μία σειρά πειραμάτων NMR δύο διαστάσεων, διαπιστώθηκε πως τα προϊόντα που παράγονται αντιστοιχούν σε δύο πρωτότυπες ισομερείς ενώσεις που φέρουν έναν σκελετό τετραϋδροπυριδίνης, για τα οποία προτείνονται τα ονόματα α -και β-ελαιογλυκίνη, αντίστοιχα α -και β- υδροξυ - ελαιογλυκίνη. Το μεγαλύτερο μέρος της εκπόνησης αυτής της διατριβής πραγματοποιήθηκε με την οικονομική υποστήριξη μέσω υποτροφίας από το Παγκόσμιο Κέντρο Ελιάς για την Υγεία σε συνεργασία με το Ίδρυμα Λεβέντη. Μέρος της διατριβής χρηματοδοτήθηκε από το ευρωπαϊκό ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης μέσω του προγράμματος Interreg Med ARISTOIL. Το ARISTOIL είχε ως στόχο την ενδυνάμωση της ανταγωνιστικότητας του Μεσογειακού ελαιολάδου δίνοντας έμφαση στις υγειοπροστατευτικές του ιδιότητες. Για το λόγο αυτό, προώθησε την εφαρμογή καινοτόμων παραγωγικών μεθόδων και μεθόδων ελέγχου ποιότητας. Το ARISTOIL στόχευσε στο χαρακτηρισμό της φαινολικής σύνθεσης του εξαιρετικού παρθένου ελαιολάδου και την αποτίμηση των παραγόντων που μπορεί να επηρεάζουν το περιεχόμενό του σε φαινόλες και τα συναφή οργανοληπτικά χαρακτηριστικά. Το πρόγραμμα αυτό στηρίχτηκε στον Ευρωπαϊκό Κανονισμό 432/2012 για την «Προστασία των λιπιδίων του αίματος από το οξειδωτικό στρες». Ως μέθοδος ανάλυσης χρησιμοποιήθηκε η τεχνική του NMR, η οποία παρέχει μια γρήγορη ανάλυση και πληροφορίες για όλες τις φαινόλες του ελαιολάδου που εμπίπτουν στον παραπάνω ισχυρισμό με μία μόνο εκτέλεση. Το ARISTOIL αναδείχθηκε ως το κορυφαίο πρόγραμμα στην κατηγορία του για το 2019, καθώς και το κορυφαίο ανάμεσα σε δεκάδες διαπεριφερειακά ευρωπαϊκά προγράμματα στον διαγωνισμό Interreg Project Slam. This thesis describes the targeted phytochemical study of the leaves of Olea europaea and of the leaves from the species Ligustrum, Phillyrea, Syringa, Jasminum, Fraxinus (Oleaceae). In the first part of this thesis, introductory information is provided about the Olive Tree, as well as about the other plants regarding their botanical characteristics. The chemical categories and biological properties of the phenolic components of the studied plants, are presented. In this chapter of biological properties are contained the results that have been particularly presented so far and concern the phenolic components of all the above-mentioned plants of the Oleaceae. The second part is divided into three experimental sections and concerns the experimental results. The first section consists of three chapters (2-4). Chapter 2 deals with the treatment of plant leaf samples and techniques for isolating their phenolic components on a large scale. Chapter 3 includes the quantification of phenolic components in the leaves of plants of Oleaceae family by Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy, studying at the same time, the seasonal variation and the changes observed in their quantitative composition during it. Chapter 4 describes the application of the methods developed in the measurement and comparison of olive leaves in terms of their phenolic content, in which the silencing of beta-glucosidase with molecular approaches had been performed. In the second experimental section (chapter 5), the study of the bioactivity of the secoiridoid phenolic components of the olive at T2R receptors (bitter taste receptors) is described, while correlating these receptors with various pharmacological actions. In addition, chapter 5 gives information on the tasting part and presents the results of experiments on the correlation of specific phenolic components of olive oil with its organoleptic characteristics. Finally, the third experimental section (Chapter 6) describes the semi-synthesis of certain metabolites derived from the studied phenolic components and explains in detail the determination of their structure on the basis of spectroscopic data. More specifically, the reactions of oleocanthal and oleacein with a series of amino acids and mainly with glycine in various conditions are described. After a series of two-dimensional NMR experiments, it was found that the products produced correspond to two original isomeric compounds bearing a tetrahydropyridine skeleton, for which the names α-and β-oleoglycine, respectively α-and βhydroxy-oleglycine are proposed. Most of the elaboration of this thesis was carried out with the financial support through a scholarship from the World Olive Center for Health in collaboration with the Leventis Foundation.9 Part of the thesis was funded by the European Regional Development Fund through the Interreg Med ARISTOIL program. ARISTOIL aimed to strengthen the competitiveness of Mediterranean olive oil by emphasizing on its health-protective properties. For this reason, it promoted the application of innovative production methods and quality control methods. ARISTOIL aimed to characterize the phenolic composition of extra virgin olive oil and evaluate the factors that may affect its content in phenols. This program was based on the European Regulation 432/2012 on the "Protection of blood lipids from oxidative stress". As a method of analysis, the NMR technique was used, which provides a rapid analysis and information about all the olive oil phenols that fall under the above claim with a single measurement. ARISTOIL was highlighted as the top program in its category in 2019, as well as the top among dozens of interregional European projects in the Interreg Project Slam competition.

Χιλιάδες Αναδυόμενοι Ρύποι (ΑΡ) απελευθερώνονται από, σημειακές και μη, πηγές ρύπανσης στα επιφανειακά ύδατα. Οι σημειακές πηγές αποτελούν μέσο εναπόθεσης υψηλών φορτίων ΑΡ στο περιβάλλον, διότι οι διεργασίες που εφαρμόζονται στα Κέντρα Επεξεργασίας Λυμάτων (ΚΕΛ) δεν επιτρέπουν την πλήρη απομάκρυνσή τους. Συνεπώς, οι πιο ανθεκτικοί καταλήγουν σε δεξαμενές γλυκού νερού, υπόγεια ύδατα, στο πόσιμο νερό και εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα. Η παρουσία τους στην πανίδα απειλεί τη σταθερότητα των οικοσυστημάτων λόγω της τοξικότητας και της βιοσυσσώρευσης σε ζωικούς οργανισμούς που βρίσκονται σε υψηλότερα τροφικά επίπεδα. Παρ’ όλο που ο αριθμός των ερευνών για τους ΑΡ συνεχώς αυξάνεται, η μελέτη της συμπεριφοράς τους στα οικοσυστήματα και το πλήθος των φυσικών και μη διεργασιών που πραγματοποιούνται παραμένει πρόκληση. Ως γνωστόν, οι ΑΡ δημιουργούν σύνθετες μήτρες άγνωστης σύστασης, γεγονός που καθιστά την παρακολούθησή τους πρόκληση, εκτός αν χρησιμοποιούνται προηγμένες μέθοδοι σάρωσης και όργανα τελευταίας τεχνολογίας. Η παρούσα διατριβή διακρίνεται σε τρεις εργασίες που στοχεύουν (i) στον χαρακτηρισμό ΑΡ σε οικοσυστήματα υψηλής περιβαλλοντικής σημασίας (ποταμός Δούναβης) χρησιμοποιώντας προηγμένες αναλυτικές μεθόδους και εργαλεία επεξεργασίας δεδομένων, (ii) στην εκτίμηση κινδύνου και τοξικότητας όσων ταυτοποιηθούν στα δείγματα και (iii) στην εκτίμηση των επιπέδων συγκέντρωσης των ΑΡ σε δείγματα εισροών λυμάτων με τη χρήση Επιδημιολογίας Λυμάτων, ένα χημικό εργαλείο που αντικατοπτρίζει τις συνήθειες και τη δημόσια υγεία του πληθυσμού που εξυπηρετείται από το ΚΕΛ. Λόγω της εν εξελίξει πανδημίας που οφείλεται στη νόσο Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) και των μεταλλάξεων του αρχικού στελέχους, θα αναπτυχθεί και επικυρωθεί αναλυτικό πρωτόκολλο που περιλαμβάνει τρία στάδια (προσυγκέντρωση, απομόνωση και ανίχνευση) με σκοπό την εκτίμηση του ιικού φορτίου σε δείγματα εισροών αστικών λυμάτων από την Αθήνα και την ανάπτυξη ενός συστήματος έγκαιρης προειδοποίησης για την εξέλιξη της πανδημίας. Thousands of contaminants of emerging concern (CECs) are released from diffuse and point sources in surface waters. Point sources represent a major input of high loads of CECs in the environment because the technology applied in Wastewater Treatment plants (WWTPs) is insufficient to eliminate them. Consequently, the most persistent CECs end up in freshwater reservoirs, groundwater and even drinking water. Additionally, CECs may also enter the trophic chain depending on their properties. The occurrence of CECs in biota can threaten the stability of the ecosystems due to their toxicity and potential bioaccumulation to animals of higher trophic levels. Even though there is an increasing number of studies dealing with CECs in the literature, the investigation of their behavior in the ecosystem and the various natural and non-natural processes remains a challenge. CECs are known to create complex mixtures of unknown composition, which makes monitoring these substances challenging unless wide-scope screening methods and state-of-the-art analytical instrumentation is utilized. The proposed thesis is divided into three working packages (WP) that aim at (i) characterizing CECs in ecosystems of decisive environmental importance (Danube river basin) using advanced analytical methods and data processing tools, (ii) performing risk assessment to prioritize the compounds based on their hazard and (iii) evaluating the concentration levels of CECs in the influent wastewater and application of Wastewater- based Epidemiology (WBE), which is a chemical tool used to reflect the lifestyle and public health of the WWTP serving population. Due to the Corona Virus Disease 2019 (COVID-19) ongoing pandemic and SARS-CoV-2 variants, an analytical protocol including three steps (concentration, extraction and detection) will be developed and validated, in order to estimate the virus load in influent wastewater from Athens. Wastewater surveillance could be used as an early warning system for epidemics.

Η ισχυρή σχέση μεταξύ της μεσογειακής διατροφής και της υγείας έχει αναφερθεί σε αρκετές επιδημιολογικές μελέτες. Η αποτελεσματικότητά της συνδέεται πιθανώς με την ελιά και το ελαιόλαδο, την κύρια πηγή ελαίου στην περιοχή της Μεσογείου. Τα προϊόντα της ελιάς χαρακτηρίζονται από την παρουσία βιοδραστικών φαινολικών ενώσεων, με πιο χαρακτηριστικές την ελαιοευρωπεΐνη, τον λιγκστροσίδη, την υδροξυτυροσόλη, την τυροσόλη, την ολεασίνη και την ολεοκανθάλη. Όλες οι προαναφερθείσες ενώσεις παρουσιάζουν βιοδραστικό δυναμικό, το οποίο έχει προσελκύσει το ενδιαφέρον της επιστημονικής και φαρμακευτικής βιομηχανίας. Ωστόσο, μόνο μερικά από αυτά τα μόρια μπορούν να εξαχθούν σε μεγάλη ποσότητα από τη φυσική μήτρα και υπάρχει ένα προφανές υψηλό κόστος για την εκτέλεση της διαδικασίας. Επιπλέον, η εφαρμογή τους ως προληπτικοί παράγοντες ή φάρμακα περιορίζεται από τη χαμηλή διαπερατότητά τους στη μεμβράνη. Συνεπώς, υπάρχει ανάγκη να αναπτυχθούν αποτελεσματικοί συνθετικοί τρόποι για την παραγωγή φυσικών και μη φυσικών παραγώγων βιοδραστικών ενώσεων της ελιάς. Οι ημισυνθετικές διαδικασίες αντιπροσωπεύουν αποτελεσματικές και οικονομικές επιλογές για τη σύνθεση των φαινολικών παραγώγων σε σύγκριση με την ολική σύνθεση. Έτσι, ο συνδυασμός μεθόδων εκχύλισης με συγκεκριμένες συνθετικές μετατροπές μπορεί να οδηγήσει σε νέες ή ήδη γνωστές δραστικές ενώσεις που περιέχονται στην ελιά. Στη μελέτη μας, αναπτύξαμε μια αποτελεσματική, διαδικασία πέντε βημάτων για την ημι-σύνθεση ελαιοευρωπεΐνης και αναλόγων ολεοκανθάλης. Η σύνθεση έχει πραγματοποιηθεί με μια βιομιμητική προσέγγιση για την παρασκευή ολεοσίδη από ελαιοευρωπεΐνη. Το διοξύ του ολεοσίδη μετασχηματίστηκε αποτελεσματικά στον μικτό ανυδρίτη με επεξεργασία με οξικό ανυδρίτη παρουσία πυριδίνης. Η μέθοδος ήταν στερεοελεγχόμενη και παρείχε μια αποτελεσματική προσέγγιση στη σύνθεση διαφόρων αναλόγων με αξιοσημείωτα καλές αποδόσεις. Κατά τη διάρκεια αυτής της παρούσας διδακτορικής διατριβής, συντέθηκαν 47 ημισυνθετικά ανάλογα. Επιπλέον, εξετάσαμε τη βιολογική δράση (αντιοξειδωτικές, αντιμεταλλαξιογόνες, αντιφλεγμονώδεις και κυτταροτοξικές δράσεις) αυτών των αναλόγων in vitro, χρησιμοποιώντας ανθρώπινες κυτταρικές σειρές αλλά και κυτταρικές σειρές από ποντίκια (HepG2, HeLa, MCF-7, MDA-MB-231, BT- 474, MKN45, EA.hy926, MiaPaca-2, PANC-1 και C2C12) καθώς και πραγματοποιώντας αναλύσεις με βάση ελεύθερες ρίζες (δηλ. ABTS•+, DPPH•, O2•−, και OH•). Ο κύριος σκοπός μας ήταν να εξαγάγουμε συμπεράσματα σχετικά με τη σχέση δομής-δράσης και να κατανοήσουμε τους πιθανούς μηχανισμούς δράσης. Τα αποτελέσματά έδειξαν πως αρκετά μόρια παρουσίασαν αυξημένη δραστικότητα σε σχέση με το μητρικό μόριο καθώς και εκλεκτικότητα σε κυτταρικές σειρές. Τέλος, σε ένα παράλληλο πείραμα εξετάσαμε τη σύσταση των φύλλων, των καρπών και του πυρήνα δειγμάτων ελιάς, διαφορετικών ποικιλιών. Για το σκοπό αυτό, χρησιμοποιώντας 22 ποικιλίες που καλλιεργήθηκαν στην ίδια έκταση, κάτω από τις ίδιες γεωπονικές και περιβαλλοντικές συνθήκες, μελετήθηκε ποιοτικά και ποσοτικά η χημική σύσταση των διαφορετικών ποικιλιών. Αυτή η προσέγγιση παρείχε σημαντικές και ενδιαφέρουσες πληροφορίες σχετικά με την επίδραση της κάθε ποικιλίας στη σύσταση των φύλλων, των καρπών και του πυρήνα της ελιάς και προσδιόρισε πιθανούς δείκτες. Επιπλέον, τα αποτελέσματα ανέδειξαν την ποικιλία με το υψηλότερο επίπεδο ελαιοευρωπεΐνης που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ημισύνθεση αναλόγων. The strong relationship between Mediterranean diet and health has been reported by several epidemiological studies. Its effects are possibly linked to olive and olive oil, the foremost source of fat in the Mediterranean area. Olive products are characterized by the presence of bioactive phenolic compounds with the most typical being oleuropein, ligstroside, hydroxytyrosol, tyrosol, oleacein and oleocanthal, which all present bioactive potential. The latter has attracted the scientific and pharmaceutical industry interest. However, just a few of them can be extracted in a large amount from the natural matrix and there is an apparent high-cost efficiency of the process. Additionally, their application as preventive agents or drugs is limited by their low membrane permeability. Therefore, there is a need to develop efficient synthetic ways to reach natural and non-natural olive bioactive compounds derivatives. The semi-synthetic procedures stand for efficient and economical options for the synthesis of the phenolic derivatives compared to total synthesis. Thus, combining extraction methods with specific synthetic conversions can lead to new or already known olive active compounds. In our study, we developed an efficient, five-step, three-pot procedure for the semi-synthesis of oleuropein and oleocanthal analogues. The synthesis has been performed by a convenient biomimetic approach for the preparation of oleoside from oleuropein. The diacid of oleoside was transformed efficiently into the mixed anhydride by treatment with acetic anhydride in the presence of pyridine. The method was stereo controlled and provided an efficient approach to the synthesis of various analogues with remarkable good yields. During this thesis, 47 semi-synthetic analogues were synthetized. Moreover, we examined the biological activity (antioxidant, antimutagenic, anti-inflammatory and cytotoxic activities) of these analogues in vitro, using human and mouse cell lines (i.e., HepG2, HeLa, MCF-7, MDA-MB-231, BT-474, MKN45, EA.hy926, MiaPaca-2, PANC-1, and C2C12) and radical assays (i.e., ABTS•+, DPPH•, O2•−, and OH•). Our main purpose was to extract outcomes regarding the structure-activity relationships and understand their potential mechanism of action. The results revealed that several compounds presented increased biological activity compared to the parental molecule (oleuropein), and cell line specificity. Finally, in a parallel experiment we aimed to examine the composition of olive leaves, fruits, and stones of different cultivars. For this purpose, the composition was studied qualitatively and quantitatively in 22 cultivars, grown in the same grove, under the same agronomical and environmental conditions. This orthogonal approach, combining data from three olive organs, provided valuable and unique information, regarding the impact of olive cultivar and determined possible varietal markers. Moreover, the outcome of this study was to track down the cultivar with the most noteworthy oleuropein level to be utilized for the semi-synthesis of analogues.

Το φαινόμενο της Σχάσης Εγκαρσίων Κυμάτων (κατά το οποίο ένα εγκάρσιο κύμα διαιρείται σε δυο κάθετα πολωμένες συνιστώσες οι οποίες διαδίδονται με διαφορετικές ταχύτητες) οφείλεται στην ανισοτροπία του μέσου διάδοσης. Η μελέτη του βασίζεται στην παρακολούθηση δυο παραμέτρων: την διεύθυνση πόλωσης του ταχέως κύματος (φ) και τη χρονική καθυστέρηση (td) μεταξύ του χρόνου διαδρομής (ή άφιξης) των δυο συνιστωσών. Στην πτυχιακή αυτή εργασία ο στόχος είναι η μελέτη της σεισμικής ανισοτροπίας του Δυτικού τμήματος του Κορινθιακού Κόλπου. Η βάση δεδομένων αποτελείται από 255 σεισμικά γεγονότα από τον Ιούλιο-Σεπτέμβριο του 2013. Μόνο καθαρές καταγραφές σεισμών με εστίες στον ανώτερο φλοιό λήφθηκαν υπόψη κατά τη διεξαγωγή αυτής της μελέτης. Τελικά επιλέχθηκε ένα σύνολο 48 μετρήσεων (που αντιστοιχούν σε 6 σταθμούς) με αποδεκτά βάρη, εντός ενός Παραθύρου Εγκαρσίων Κυμάτων 45°. Προηγούμενες μελέτες έχουν δείξει πως η συγκεκριμένη τιμή Παραθύρου Εγκαρσίων Κυμάτων είναι η πλέον κατάλληλη έτσι ώστε να αποφευχθούν τυχόν αλληλεπιδράσεις με την ελεύθερη επιφάνεια. Ο στόχος είναι ο καθορισμός της διεύθυνσης πόλωσης στη θέση του κάθε σταθμού, και συνεπώς η δημιουργία μιας περιεκτικότερης εικόνας της σεισμικής ανισοτροπίας της περιοχής ενδιαφέροντος. Πρέπει να σημειωθεί ότι στην προκειμένη περίπτωση, η παρατηρούμενη ανισοτροπία μπορεί να ερμηνευθεί με το μοντέλο Ανισοτροπικής Πορο-ελαστικότητας (APE), το οποίο λαμβάνει υπόψη το πως επηρεάζονται από τη τάση οι πληρωμένες με ρευστό μικρο-ρωγματώσεις. Οι Crampin και Zatsepin κατέληξαν πως το μοντέλο APE ερμηνεύει επαρκώς την ανισοτροπική συμπεριφορά των εγκαρσίων κυμάτων στον ανώτερο φλοιό, σε βάθη μέχρι και 15 km, και ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να εξηγήσει τις αλληλεπιδράσεις ρευστού-πετρώματος εντός αυτού του πλαισίου. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε για την ανάλυση της Σχάσης των Εγκαρσίων Κυμάτων είναι το Pytheas (Spingos, 2018), το οποίο περιλαμβάνει τρεις μεθόδους ανάλυσης: i) την οπτική εποπτεία των διαγραμμάτων σωματιδιακής κίνησης, ii) τη μέθοδο ιδιοτιμών και iii) τη μέθοδο περιστροφής – συσχέτισης. Στην συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένας συνδυασμός της 1ης και 3ης μεθόδου. Οι καταγραφές ελέγχθηκαν από τον χρήστη και η βραδεία συνιστώσα του εγκαρσίου κύματος μετατοπίστηκε χρονικά για να καθοριστεί η χρονική καθυστέρηση (td). Η χρήση της «χειροκίνητης» μεθόδου έναντι των αυτόματων εναλλακτικών έγινε συνειδητά, διότι προσφέρει καλύτερη ποιότητα και έλεγχο σε κάθε βήμα της ανάλυσης. The Shear-Wave Splitting phenomenon (during which a shear-wave is divided in two perpendicularly polarized components travelling at different velocities) is attributed to the anisotropy of the propagation medium. Studying it relies on the monitoring of two main parameters: the polarization direction of the fast shear-wave (φ) and the time-delay (td) between the travel time of the two components. The current thesis aims to study the anisotropy of the Western part of the Gulf of Corinth. The database used consists of 255 events from July-September, 2013. Only clear recordings of upper-crust events were considered while conducting this study. A total of 48 measurements (corresponding to 6 stations) with acceptable grades were determined under a shear-wave window of 45°. Previous studies have shown that this specific shear-wave window value is the optimal one when it comes to avoiding interactions with the free surface. The goal is to determine the polarization direction at the location of each station and thus, get a more encompassing picture of seismic anisotropy in the area of interest. It should be noted that in this instance, the observed anisotropy can be interpreted by the Anisotropic Poro-Elasticity (APE) model, which takes into account the effects of stress on fluid-saturated microcracks. Crampin and Zatsepin concluded that the APE model adequately explains the anisotropic behavior of shear-waves in the upper crust, up to a depth of 15 km, and that it can be used to explain fluid-rock interactions in that context. The software used for the Shear-Wave Splitting analysis is Pytheas (Spingos, 2018) which incorporates three possible methods of analysis: i) the visual inspection of particle motion diagrams, ii) the eigenvalue method and iii) the rotation - correlation method. For this study a combination of the 1st and 3rd methods was implemented. The recordings were manually inspected and the slow shear-wave component was temporally moved to determine the time delay (td). The use of the manual method over its automatic alternatives was consciously decided, as it provides greater quality and control at every step of the analysis.

Τα ισχυρά συσχετισμένα συστήματα αποτελούν ένα πεδίο με πάρα πολύ ενδιαφέρον μιας και παρουσιάζουν σημαντικές ηλεκτρικές και μαγνητικές ιδιότητες. Μια υποσχόμενη, υπό ανάπτυξη θεωρία για την περιγραφή των συστημάτων αυτών είναι η RDMFT (Θεωρία Συναρτησιακού Ανηγμένου Πίνακα Πυκνότητας). Είναι μια θεωρία που αποσκοπεί στην επίλυση του προβλήματος των πολλών ηλεκτρονίων χρησιμοποιώντας ως κύρια μεταβλητή τον πρώτης τάξεως μειωμένο πίνακα πυκνότητας. Για τον προσδιορισμό των ιδιοτήτων της θεμελιώδους κατάστασης, χρησιμοποιούνται προσεγγίσεις για το συναρτησιακό της ενέργειας, που αποδεικνύονται επιτυχείς στην περιγραφή των συστημάτων. Μια υβριδική θεωρία που βασίζεται στην RDMFT είναι η Local RDMFT, όπου πραγματοποιείται η επίλυση του πολυσωματιδιακού προβλήματος υπό τον περιορισμό ότι τα τροχιακά ικανοποιούν μια μονοσωματιδιακή εξίσωση Schrödinger με τοπικό ενεργό δυναμικό. Η παρούσα διατριβή κινείται σε δύο βασικούς άξονες: Στην ανάπτυξη και εφαρμογή μεθοδολογίας μη τοπικού ενεργού δυναμικού και στην ανάπτυξη και εφαρμογή τεχνικών που βασίζονται σε ενεργά τοπικά δυναμικά με εφαρμογές κυρίως στην RDMFT. Και οι δύο αυτές κατευθύνσεις παρέχουν εναλλακτικούς τρόπους βελτιστοποίησης των τροχιακών. Όσον αφορά την εισαγωγή μη τοπικού ενεργού δυναμικού η επιτυχία της μεθόδου αξιολογήθηκε με βάση το ποσοστό της ενέργειας συσχέτισης της θεμελιώδους κατάστασης που αναπαράγει για πιλοτικά συστήματα. Θεωρήσαμε δύο διαφορετικές μορφές μη τοπικών δυναμικών. Βρήκαμε ότι και με τις δύο μορφές που επιλέξαμε, το ποσοστό της ενέργειας συσχέτισης που αναπαράγεται είναι πολύ υψηλό και φτάνει το 99,9 % σε σύγκριση με την πλήρη ελαχιστοποίηση. Όσον αφορά το δεύτερο σκέλος της έρευνας μας, παρουσιάζουμε μια αποτελεσματική μέθοδο που στηρίζεται σε τοπικό ενεργό δυναμικό. Πιο συγκεκριμένα, θεωρούμε ότι η ενεργός πυκνότητα που αντιστοιχεί στο ενεργό δυναμικό είναι το τετράγωνο ενός ενεργού πλάτους (effective amplitude), το οποίο υιοθετούμε ως την μεταβολική ποσότητα της μεθόδου. Η μέθοδος αυτή αξιολογήθηκε επιτυχώς όσον αφορά την ακρίβεια φασματικών ιδιοτήτων. Στη συνέχεια, προτείναμε μια τεχνική για την αντιστροφή πυκνοτήτων μιας ηλεκτρονικής κατάστασης που παρέχει το αντίστοιχο τοπικό δυναμικό, η οποία είναι αποτελεσματική και εύκολα εφαρμόσιμη σε υπάρχοντες υπολογιστικούς κώδικες. Η μέθοδος εφαρμόστηκε τόσο σε πυκνότητες θεμελιώδους κατάστασης όσο και σε πυκνότητες συλλογών καταστάσεων (ensembles). Σε κάθε περίπτωση για το τοπικό ενεργό δυναμικό εφαρμόστηκαν δυο πολύ σημαντικές συνθήκες που εξασφαλίζουν την απαλλαγή του συστήματος από σφάλματα αυτο-αλληλεπίδρασης (self-interaction) των σωματιδίων και συνεπώς τη σωστή ασυμπτωτική συμπεριφορά του δυναμικού. Οι συνθήκες αυτές επιβάλλουν το ολοκλήρωμα της ενεργού πυκνότητας να είναι ίσο με Ν-1, όπου Ν ο αριθμός των ηλεκτρονίων, και επίσης να είναι παντού θετική. Για μεθόδους που εισάγουν ενεργά τοπικά δυναμικά εξήχθησαν τα δυναμικά ιονισμού για μια πληθώρα συστημάτων, αφού αυτά αποτελούν μια καλή ένδειξη του πόσο αποτελεσματική είναι η εκάστοτε θεωρία. Τα αποτελέσματα ήταν σε πολύ καλή συμφωνία με τα πειραματικά και με αυτά που έχουν εξαχθεί από παρόμοιες θεωρίες. Αντιστρέφοντας πυκνότητες συλλογών από ακριβείς (CI) υπολογισμούς, βρήκαμε ότι το ενεργό δυναμικό ανταλλαγής και συσχέτισης αναπαράγει την αναμενόμενη ασυνέχεια που σχετίζεται με το θεμελιώδες χάσμα. Τέλος, πραγματοποιήθηκε η μελέτη της προ-ασυμπτωτικής συμπεριφοράς του δυναμικού του συναρτησιακού LDA (DFT), δηλαδή σε σχετικά μεγάλες αποστάσεις, αλλά πριν την γνωστή εκθετική του μείωση. Βρήκαμε ότι στην περιοχή αυτή εμφανίζεται σε ικανοποιητικό βαθμό ορθή γραμμική συμπεριφορά και βρήκαμε εμπειρικά ότι από τη συμπεριφορά αυτή μπορούμε να διορθώσουμε σε σημαντικό βαθμό τα έργα ιονισμού της LDA. Strongly correlated systems are a field of great interest since they exhibit significant electrical and magnetic properties. A promising, under-development theory to describe these systems is RDMFT (Reduced Density Matrix Functional Theory). This theory aims to solve the many-body problem using the first-order reduced density matrix as the main variable. Using approximations of the total energy functional within this theory, several properties of the ground state of prototype systems were reproduced successfully. A hybrid theory based on RDMFT is Local RDMFT, where the many-body problem is solved under the constraint that the orbitals satisfy a one-particle Schrödinger equation with an effective local potential. This thesis is concerned with two main fields: The development and application of a non-local effective potential theory and the development and application of techniques based on local effective potentials with applications mainly in RDMFT. Both of these fields provide alternative ways to optimize orbitals. Regarding the introduction of a nonlocal effective potential the success of the method was evaluated based on the percentage of the ground state correlation energy it reproduces for pilot systems. We considered two different forms of nonlocal potentials. We found that both these forms reproduce a high percentage of correlation energy, reaching 99.9 % compared to a full minimization method. Regarding the second part of our research, we present an efficient method based on local effective potential. More specifically, we consider that the screening density corresponding to the effective potential is the square of an effective amplitude, which we adopt as the variational quantity of the method. This method was successfully evaluated regarding the accuracy of spectral properties. Next, we proposed a technique for inverting densities of an electronic state that provides the corresponding local potential, which is efficient and easily applicable to existing computational codes. The method was applied to both ground state densities and ensembles. In any case, for the local effective potential, two very important conditions were enforced that ensure that the system is free of self-interaction errors and consequently ensure the correct asymptotic behavior of the potential. These conditions impose that the screening density integrates to N-1, where N is the number of electrons, and that it is everywhere positive. For methods that introduce effective local potentials, ionization potentials have been derived for a variety of systems, since ionization potentials are a good indication of how effective the theory is. The results were in very good agreement with the experimental ones and with those derived from similar theories. By inverting ensemble densities from exact (CI) calculations, we found that the effective exchange and correlation potential reproduces the expected discontinuity associated with the fundamental gap. Finally, we studied the pre-asymptotic behavior of the potential of the LDA (DFT) i.e., at relatively long distances but before the region of its well-known exponential decrease. We found that, in this region, the potential displays a linear behavior and we found empirically that by exploiting this behavior we can correct the ionization potentials of LDA to a significant extent.

Οι ανισώσεις α’ βαθμού είναι ένα σημαντικό κεφάλαιο στα μαθηματικά της τελευταίας τάξης του γυμνασίου, ενώ οι δευτεροβάθμιες ανισώσεις (μίας μεταβλητής) εμφανίζονται στα μαθηματικά της Α’ Λυκείου. Ωστόσο, η κατανόηση των ανισώσεων από τους μαθητές δεν είναι ικανοποιητική. Αυτή η εργασία επιθυμεί να παρουσιάσει τα ευρήματα για την προσέγγιση των ανισώσεων από τους μαθητές γυμνασίου και λυκείου, τις κοινές δυσκολίες που εμφανίζουν, τις παρανοήσεις και τις πιθανές πηγές αυτών των δυσκολιών και παρανοήσεων. Η ερευνητική μελέτη χρησιμοποίησε ειδικά διαμορφωμένες δραστηριότητες ώστε να διερευνηθούν οι διαδικαστικές-εννοιολογικές δυσκολίες που αντιμετωπίζουν και οι παρανοήσεις που κάνουν οι μαθητές κατά την επίλυση ανισώσεων, αλλά και η ικανότητα των μαθητών να εντοπίζουν ανισώσεις μέσα από λεκτικά διατυπωμένα προβλήματα. Η έρευνα αποτελεί μελέτη περίπτωσης και τα δεδομένα αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας την μέθοδο της θεματικής ανάλυσης.

Στη διδακτορική διατριβή γίνεται μελέτη των χαρακτηριστικών του πληθωριστικού δυναμικού που προκαλούν σημαντική ενίσχυση, καθώς και ταλαντώσεις, στο φάσμα διαταραχών καμπυλότητας. Τα χαρακτηριστικά που παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον είναι οι απότομες μεταπτώσεις (σκαλοπάτια) στο δυναμικό και οι στροφές στον εσωτερικό χώρο πολλών πεδίων. Και στις δύο περιπτώσεις δίνεται ιδιαίτερη έμφαση στην αθροιστική επίδραση περισσότερων του ενός τέτοιων χαρακτηριστικών, ενώ η ανάλυση που διεξάγεται είναι τόσο αριθμητική όσο και αναλυτική. Στην περίπτωση του πληθωρισμού από ένα πεδίο γίνεται μελέτη συγκεκριμένων μοντέλων εμπνευσμένων από το πλαίσιο των α-attractors. Σε πολλές από τις μελετώμενες περιπτώσεις η αύξηση του φάσματος διαταραχών καμπυλότητας είναι αρκετή ώστε να οδηγεί σε σημαντική παραγωγή αρχέγονων μελανών οπών καθώς και στοχαστικών βαρυτικών κυμάτων, πιθανά ανιχνεύσιμων στο μέλλον. Οι ταλαντώσεις στο φάσμα διαταραχών καμπυλότητας αποτυπώνονται στο φάσμα των στοχαστικών βαρυτικών κυμάτων. In this thesis we study features of the inflaton potential that can lead to a strong enhancement of the power spectrum of curvature perturbations. In single-field inflation, which constitutes the biggest part of this work, we focus on models with steep step-like features in the potential that result in the temporary violation of the slow-roll conditions during the inflaton evolution. These features enhance the power spectrum of the curvature perturbations by several orders of magnitude at certain scales and also produce prominent oscillatory patterns. Our analysis regarding the inflationary dynamics is both analytical and numerical. We describe quantitatively the size of the enhancement, as well as the profile of the oscillations, which are shaped by the number and position of the features in the potential. The models that we use include some simplified potentials, as well as potentials that are constructed within the framework of $\alpha$-attractors in supergravity. We also demonstrate that the induced tensor power spectrum inherits the distinctive oscillatory profile of the curvature spectrum and is potentially detectable by near-future space interferometers. In addition, the enhancement of the power spectrum by several step-like features may trigger the production of a sizeable number of primordial black holes under suitable conditions. We also extend our work on the enhancement of the curvature spectrum during inflation to the two-field case. Our emphasis here is given on sharp turns in field space, which is a clearly multi-field phenomenon that occurs when the component of the slow-roll parameter perpendicular to the background trajectory grows large. Our focus is mainly on the additive eeffect of several turns, leading to the resonant growth of the curvature spectrum. Three or four features in the evolution of η are sufficient in order to induce an enhancement of the power spectrum by six or seven orders of magnitude, which can lead to the significant production of primordial black holes and stochastic gravitational waves, in analogy with the case of steps in the potential.

Τα βοροϋδρίδια παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για διεργασίες αποθήκευσης υδρογόνου σε χαμηλές πιέσεις, λόγω της πολύ υψηλής περιεκτικότητας σε υδρογόνο. Ωστόσο, η ιδιαίτερη σταθερότητά τους και οι υψηλές θερμοκρασίες που απαιτούνται για την διάσπασή τους δεν ευνοούν την πρακτική τους εφαρμογή. Μια ενδιαφέρουσα προσέγγιση για την κατάλληλη τροποποίηση των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων τους σχετίζεται με την μορφοποίησή τους σε σωματίδια νανοκλίμακας μέσω περιορισμού σε νανοπόρους. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η μελέτη των ιδιοτήτων αποθήκευσης-αποδέσμευσης υδρογόνου ευτηκτικών μιγμάτων βοροϋδριδίων, όπως LiBH4 – NaBH4 (LiNa) και LiBH4 – KBH4 (LiK), μετά την εισαγωγή τους (μέσω διήθησης τήγματος) στους πόρους μεσοπορωδών υλικών ανθρακικής βάσης. Παρατηρήθηκε ότι και για τα δύο ευτηκτικά μίγματα, η εισαγωγή τους στους πόρους άνθρακα τύπου CMK3 και αερογέλης άνθρακα (CA-20) με διάμετρο 5 και 25 nm, αντίστοιχα, βελτιώνει την κινητική ενώ επιτρέπει και τη μερική αντιστρεψιμότητα της αντίδρασης αφυδρογόνωσης / υδρογόνωσης μετά από 5 κύκλους. Ενώ οι αντιδράσεις αφυδρογόνωσης των σύμπλοκων υδριδίων είναι μη αναστρέψιμες, τα σύνθετα συστήματα άνθρακα/βοροϋδριδίων παρουσιάζουν σταθερή αναστρέψιμη πρόσληψη H2 περίπου 3.5-4 wt% για τα σύνθετα LiNa / CMK-3 και CA-20 και περίπου 3 wt% H2 για τα αντίστοιχα υλικά με LiK. Η αντίστοιχη μελέτη σύνθετων υλικών με μη πορώδεις δίσκους άνθρακα (Carbon Disks, CD), επίσης έδειξε βελτίωση στις ιδιότητες απελευθέρωσης υδρογόνου από τα βοροϋδρίδια, υποδηλώνοντας ότι η επιφάνεια του άνθρακα μπορεί να δράσει καταλυτικά και να βοηθήσει την διάσπαση των βοροϋδριδίων. Ωστόσο, ο νανοπεριορισμός στους πόρους φαίνεται να παίζει θεμελιώδη ρόλο στην αντιστρεπτότητα της αντίδρασης υδρογόνωσης, τουλάχιστον για την περίπτωση του μείγματος LiBH4 – KBH4. Η συμπεριφορά αυτή μπορεί να σχετίζεται με έναν συνδυασμό φαινομένων όπως με την καταλυτική δράση της επιφάνειας του άνθρακα, τη νανοδιάσταση των σωματιδίων βοροϋδριδίου και/ή τον περιορισμό μη αντιστρέψιμων πλευρικών αντιδράσεων. Borohydrides are considered good candidates for low-pressure solid state hydrogen storage, as they have very high hydrogen content. However their high stability and decomposition temperatures hinder their practical use. An appealing approach for adjusting their thermodynamic properties is nano-sizing by confinement in nanometersized pores. The aim of this thesis has been to study the hydrogen storage-release properties of eutectic borohydride mixtures such as LiBH4 – NaBH4 (LiNa) and LiBH4 – KBH4 (LiK), after their incorporation (through melt infiltration) in mesoporous carbonaceous materials. It has been shown that the confinement of the borohydride mixtures into 5 and 25 nm diameter pores of a CMK-3 type carbon and a carbon aerogel (CA-20), respectively, improves the kinetics, also providing a partial reversibility of the dehydrogenation / rehydrogenation reaction for both eutectic mixtures after 5 cycles. While the dehydrogenation reactions of the bulk complex hydrides are irreversible, the nanoconfined systems exhibit a consistent reversible uptake of about 3.5-4 wt% H2 for the LiNa / CMK-3 and CA-20 composites and about 3 wt% H2 for the LiK ones. The same synthetic procedure was also followed to obtain composite materials with non-porous carbon disks (CD) and kinetic improvements in the hydrogen release properties of the borohydrides were also observed. These findings in the absence of porosity imply that the carbon surface may act catalytically and assist the decomposition of the borohydrides. However, the pore nanoconfinement seems to play a fundamental role in the reversibility of the hydrogenation reaction, at least for the case of the LiBH4 – KBH4 mixture. Overall, this thesis revealed that the increased reversibility and improved kinetics may be related to a combination of several phenomena such as the catalytic action of the carbon surface, the nano-sizing of the borohydride particles, and/or the abatement of irreversible side-reactions.

Η παρούσα διατριβή παρουσιάζει μια διεξοδική μελέτη των μηχανισμών κατακερματισμού πρωτεϊνών και πεπτιδίων στην αέρια φάση με φασματομετρία μάζας (MS) χρησιμοποιώντας τη νέα τμηματοποιημένη γραμμική παγίδα ιόντων που ονομάζεται πλατφόρμα OmnitrapTM. Η πολυδιάστατη και πολλαπλών σταδίων διαδοχική επεξεργασία πρωτεϊνικών ιόντων επιδεικνύεται με υψηλή αποτελεσματικότητα, ενώ η βελτιωμένη απόδοση είναι δυνατή χάρη την ενσωμάτωση ενός ευρέος φάσματος μεθόδων ενεργοποίησης ιόντων σε μια ενιαία πλατφόρμα με εξαιρετικά δυναμικό τρόπο. Το δίκτυο ενεργοποίησης ιόντων που διερευνήθηκε περιλαμβάνει εξωτερική έγχυση ιόντων αντιδραστηρίων, φωτονίων VUV, ηλεκτρονίων μεταβλητής ενέργειας, καθώς και συγκρούσεις με ουδέτερα μόρια. Πραγματοποιείται εις βάθος MSn χαρακτηρισμός πρωτεϊνών τόσο για την «από πάνω προς τα κάτω», όσο και για την «από κάτω προς τα πάνω» προσέγγιση, υπογραμμίζοντας τις μοναδικές δυνατότητες της πλατφόρμας Omnitrap. Το Κεφάλαιο 1 παρέχει το απαραίτητο θεωρητικό υπόβαθρο, συμπληρωματικό στο υλικό που παρουσιάζεται στα επόμενα κεφάλαια. Οι θεμελιώδεις πτυχές του κατακερματισμού των πρωτεϊνών στην αέρια φάση και οι διαφορετικές μέθοδοι διάσπασης που χρησιμοποιούνται στη φασματομετρία μάζας ανασκοπούνται εν συντομία. Τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού της τεχνολογίας Omnitrap, καθώς και ένα νέο λογισμικό - που αναπτύχθηκε στην εταιρία Fasmatech - για την ανάλυση «από πάνω προς τα κάτω» δεδομένων παρουσιάζονται επίσης στο πρώτο κεφάλαιο. Η Fasmatech είναι μια εταιρεία κατασκευής οργάνων, όπου πραγματοποιήθηκαν όλες οι πειραματικές διαδικασίες που περιγράφονται σε αυτή τη διατριβή, χρησιμοποιώντας την τεχνολογία αιχμής τους. Ένας από τους κύριους στόχους αυτής της διατριβής είναι να επιδείξει τον σε βάθος χαρακτηρισμό άθικτων βιομορίων μέσω της «από πάνω προς τα κάτω» MS, ειδικά για τα μεγαλύτερα συστήματα όπου η χρήση διαφορετικού συνόλου μεθόδων ενεργοποίησης ιόντων μπορεί να δημιουργήσει συμπληρωματικές πληροφορίες, ενισχύοντας την κάλυψη αλληλουχίας και τις δομικές πληροφορίες. Στο Κεφάλαιο 2, η ικανότητα της πλατφόρμας Omnitrap να ενισχύσει την «από πάνω προς τα κάτω» MS προσέγγιση αποδεικνύεται από την πλήρη κάλυψη αλληλουχίας που επιτυγχάνεται για την μεσαίου μεγέθους πρωτεΐνη ουμπικουιτίνη (8+ κατάσταση φόρτισης) σε MS2 επίπεδο με τέσσερις διαφορετικές μεθόδους κατακερματισμού που περιλαμβάνουν ηλεκτρόνια, φωτόνια και ιόντα αντιδραστηρίου. Ο βαθμός συμπληρωματικότητας των ζευγών ιοντικών θραυσμάτων που επιτυγχάνεται σε αυτά τα πειράματα μπορεί να προσεγγιστεί μόνο με την υπεριώδη φωτοδιάσπαση (UVPD) (Shaw et al., 2013) και τη διάσπαση μεταφοράς ηλεκτρονίων σε συνδυασμό με την ενεργοποίηση των ιόντων (AI-ETD) (Riley et al., 2017). Μια λεπτομερής ανάλυση των καναλιών κατακερματισμού που παρατηρούνται στην Διάσπαση μέσω ενεργοποίησης με ιόντα Υδρογόνου (HIAD), μια νέα μέθοδο διάστασης που χρησιμοποιείται για πρώτη φορά με εξαιρετική απόδοση, παρουσιάζεται επίσης στο Κεφάλαιο 2. Ο σχηματισμός πρωτεϊνικών ιόντων με ρίζα μέσω αποκόλλησης ηλεκτρονίων που οδηγεί σε αύξηση του επιπέδου φόρτισης προσφέρει νέες δυνατότητες στη διερεύνηση θεμελιωδών πτυχών των διεργασιών ενεργοποίησης-διάσπασης ιόντων. Ενδελεχής εξέταση των ανωτέρω παρουσιάζεται στο Κεφάλαιο 3 μέσω μιας σειράς διαδοχικών MS πειραμάτων πολλαπλών σταδίων που περιλαμβάνουν MS2 ιονισμό με ηλεκτρόνια της ουμπικουιτίνης και της αλυσίδας Β ινσουλίνης και MS3 διάσπαση μέσω συγκρούσεων (CID) των πρωτεϊνικών μορίων με έλλειψη υδρογόνου. Νέες σειρές θραυσμάτων εντοπίζονται και αποδίδονται σε εκτεταμένες ενδομοριακές αντιδράσεις αναδιάταξης ατόμων υδρογόνου που ξεκινούν με ιονισμό από ηλεκτρόνια και επακόλουθη ενεργοποίηση σύγκρουσης. Η έκταση των αντιδράσεων αναδιάταξης φαίνεται να εξαρτάται από την κατάσταση φόρτισης, βελτιώνοντας την κάλυψη αλληλουχίας για τα περισσότερα από τα μόρια με έλλειψη υδρογόνου που εξετάστηκαν. Παρατηρήθηκε αυξημένη προτίμηση σε οδούς διάσπασης ριζών που περιλαμβάνουν αρωματικά αμινοξέα, αναδεικνύοντας τα ως προτιμώμενη θέση για να συμβεί ιονισμός με ηλεκτρόνια, συμμετέχοντας δραστικά σε διαδικασίες μετανάστευσης των ριζών και σε αντιδράσεις ενδομοριακής αναδιάταξης ατόμων υδρογόνου. Το «από πάνω προς τα κάτω» MS3 CID των ιονισμένων πρωτεϊνών αντιπαραβάλλεται με το MS2 CID των ομολόγων τους με άρτιο αριθμό ηλεκτρονίων για να τονίσει τις μεταβολές στις οδούς κατακερματισμού για είδη που διαφέρουν μόνο κατά ένα άτομο υδρογόνου. Μια λεπτομερής σύνοψη αυτού που θεωρείται πλέον ως η τελευταία λέξη της τεχνολογίας στην «από πάνω προς τα κάτω» φασματομετρία μάζας για τον χαρακτηρισμό ενός άθικτου μονοκλωνικού αντισώματος (mAb) σε λειτουργία εκτός σύνδεσης παρέχεται στο Κεφάλαιο 4. Μια σειρά MS2, MS3 και MS4 εκτός σύνδεσης πειραμάτων με ανέπαφη μη ανηγμένη τραστουζουμάμπη (Herceptin), ιονισμένη τόσο σε φυσικές όσο και σε αλλοιωτικές (denaturing) συνθήκες και κατακερματισμένη με μια ποικιλία μεθόδων διάσπασης, όπως CID, διάσπαση επαγόμενη από ηλεκτρόνια (EID), διάσπαση με πρόσληψη ηλεκτρονίων (ECD), φωτοδιάσπαση VUV και HIAD. παρουσιάζονται, αναδεικνύοντας τις μοναδικές δυνατότητες της τεχνολογίας Omnitrap. Νέα πρότυπα στην κάλυψη της αμινοξικής ακολουθίας των άθικτων mAb ορίζονται με τη χρήση πολυδιάστατων πολλαπλών σταδίων MS4 πειραμάτων. Η υψηλότερη από όσο γνωρίζουμε κάλυψη αλληλουχίας >80% για την ελαφριά αλυσίδα που απελευθερώνεται από άθικτη μη ανηγμένη Herceptin επιτυγχάνεται με MS4 ενεργοποίηση μέσω συγκρούσεων της ελαφριάς αλυσίδας μειωμένου φορτίου που σχηματίζεται από πρόσληψη ηλεκτρονίων. Αυτή η συγκεκριμένη MS4 πειραματική ροή μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για de novo προσδιορισμό αλληλουχίας της μεταβλητής περιοχής μονοκλωνικών αντισωμάτων όσο και για σκοπούς Ποιοτικού Ελέγχου (QC) παρέχοντας λεπτομερείς πληροφορίες όσον αφορά στο δίκτυο δισουλφιδικών δεσμών και πιθανής αναδιάταξης τους. Αποδεικνύεται ότι τόσο το CID όσο και το ECD μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διάσπαση των διαμοριακών δισουλφιδικών δεσμών για την απελευθέρωση της ελαφριάς αλυσίδας από άθικτα mAbs, ενώ συνδυασμός των παραπάνω μεθόδων μπορεί να χρησιμοποιηθεί περαιτέρω για τη διάσπαση των ενδομοριακών δισουλφιδικών δεσμών στην αέρια φάση. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται για τα άθικτα mAbs με την «από πάνω προς τα κάτω» MS τονίζουν ότι η πλήρης κάλυψη ακολουθίας ενός ανέπαφου mAb σε ένα εκτός σύνδεσης «από πάνω προς τα κάτω» πείραμα πολλαπλών σταδίων φαίνεται εφικτή. Επιπλέον, φάσματα MS2 EID και MS2 HIAD άθικτων αντισωμάτων ελήφθησαν για πρώτη φορά. Όλα τα «από πάνω προς τα κάτω» δεδομένα αναλύθηκαν στο Peak Finder, μια νέα πλατφόρμα λογισμικού όπου το βήμα αποσυνέλιξης (deconvolution) εξαλείφεται και εφαρμόζονται προηγμένοι αλγόριθμοι ειδικά για την επιτάχυνση της χειροκίνητης επεξεργασίας φασμάτων μάζας με υψηλή συμφόρηση. Στο τελευταίο Κεφάλαιο 5 εξετάζεται η «από κάτω προς τα πάνω» προσέγγιση χρησιμοποιώντας τις μεθόδους διάσπασης με ηλεκτρόνια που είναι διαθέσιμες στην πλατφόρμα Omnitrap. Ένα πλήρες σύνολο MS2 πειραμάτων με εξαρτώμενη από τα δεδομένα ανάλυση (Data Dependent Acquisition, DDA) διεξήχθη για τη θρυψινοποιημένη λευκωματίνη ορού βοοειδών (BSA) με διαχωρισμό νανο-υγρής χρωματογραφίας σε συνδυασμό με την πλατφόρμα Omnitrap-Q Exactive HF MS χρησιμοποιώντας ως μεθόδους κατακερματισμού EID, ECD και υψηλότερης ενέργειας διάσπαση σε C-trap (HCD). Τα «από κάτω προς τα πάνω» δεδομένα BSA συγκρίνονται τόσο σε επίπεδο πρωτεΐνης όσο και σε επίπεδο πεπτιδίων όσον αφορά την κάλυψη αλληλουχίας, τον αριθμό αντιστοιχιών φάσματος πεπτιδίου (PSM), τη συμπληρωματικότητα ιοντικών θραυσμάτων, τα μοτίβα κατακερματισμού και τα w διαγνωστικά ιόντα χρησιμοποιώντας ένα νέο λογισμικό της Fasmatech ως επέκταση στο Proteome Discoverer (PD). Αποδεικνύεται ότι οι μέθοδοι διάσπασης που βασίζονται σε ηλεκτρόνια παρέχουν υψηλότερη κάλυψη αλληλουχίας και συμπληρωματικότητα για τα πεπτίδία με φορτίο 3+ και 4+ και υψηλά επίπεδα διαφοροποίησης μεταξύ λευκίνης και ισολευκίνης μέσω του σχηματισμού των διαγνωστικών ιόντων w, ενώ στο DDA MS2 EID προσδιορίζονται θραύσματα υψηλής αφθονίας με ουδέτερες απώλειες πλευρικής αλυσίδας. Τα μονοπάτια πρωτογενούς κατακερματισμού μέσω ExD (x = I, C) και οι απώλειες ουδέτερης πλευρικής αλυσίδας συζητούνται εις βάθος. Συνολικά, ο συνδυασμός των τριών μεθόδων κατακερματισμού (EID, ECD και HCD) μπορεί να παρέχει πλήρη κάλυψη αλληλουχίας για όλα τα αναγνωρισμένα πεπτίδια. Ο συμπληρωματικός χαρακτήρας των διαφορετικών εργαλείων κατακερματισμού που διερευνώνται μπορεί να αξιοποιηθεί περαιτέρω για την ενίσχυση της de novo «από κάτω προς τα πάνω» πρωτεωμικής ανάλυσης. This thesis presents a thorough study of protein and peptide fragmentation mechanisms in the gas phase by Mass Spectrometry (MS) using the novel segmented linear ion trap termed the OmnitrapTM platform. Multi-dimensional multiple-stage tandem processing of protein ions is demonstrated with superior efficiency, while the enhanced performance is enabled by incorporating a broad range of ion activation methods into a single platform in a highly dynamic fashion. The ion activation network explored here comprises external injection of reagent ions, VUV photons, variable energy electrons and collisions with neutral molecules. In-depth MSn characterization of proteins for both top-down and bottom-up workflows is performed, highlighting the unique capabilities of the Omnitrap platform. Chapter 1 provides the necessary theoretical background for complementing the material presented in subsequent chapters. Fundamental aspects of protein fragmentation in the gas phase and the different dissociation methods employed in mass spectrometry are briefly reviewed. Design features of the Omnitrap technology, as well as a new software tool - developed in Fasmatech - for top-down data analysis are also presented in the first chapter. Fasmatech is an instrument manufacturing company, where all experimental procedures described in this thesis were performed using their cutting-edge technology. One of the main objectives in this thesis is to demonstrate in-depth characterization of intact biomolecules by top-down MS, especially for the larger systems where utilization of a diverse set of ion activation methods can generate complementary information, enhancing sequence coverage and structural information. In Chapter 2, the capacity of the Omnitrap platform to empower top-down MS is established by the complete sequence coverage achieved for the medium-sized protein ubiquitin (8+ charge state) with four different fragmentation methods involving electrons, photons and reagent ions at the MS2 level. The degree of fragment pair complementarity accomplished in these experiments can only be approached by Ultraviolet Photodissociation (UVPD) (Shaw et al., 2013) and Activated Ion Electron Transfer Dissociation (AI-ETD) (Riley et al., 2017). A detailed analysis of the fragmentation channels observed in Hydrogen Ion Activated Dissociation (HIAD), a novel dissociation method employed for the first time with exceptional efficiency, are also presented in Chapter 2. The formation of radical protein ions by detachment of electrons leading to increased charge state species offers unique opportunities for investigating fundamental aspects of ion activation-dissociation processes. This is presented in Chapter 3 through a series of multiple-stage tandem MS experiments involving MS2 electron ionization of different charge states of ubiquitin and insulin chain B followed by MS3 collision induced dissociation (CID) of such hydrogen-deficient species. New series of fragments are identified and attributed to extensive intramolecular hydrogen atom rearrangement reactions initiated upon electron ionization and subsequent collisional activation. The extent of the rearrangement reactions appears to be charge-state dependent, providing enhancements in sequence coverage for most of the hydrogen-deficient species examined. Highly preferential radical dissociation pathways involving aromatic residues were observed suggesting that these residues are a preferential location for electron ionization to occur, drastically participating in radical hole migration processes and intramolecular H atom rearrangement reactions. Top-down MS3 CID of ionized proteins are contrasted to MS2 CID of the even-electron counterparts to highlight alterations in fragmentation pathways for species differing by one hydrogen atom only. A detailed summary of what is now considered to be the state-of-the-art in top-down MS for the characterization of an intact monoclonal antibody (mAb) in offline mode is provided in Chapter 4. A series of offline MS2, MS3 and MS4 experiments with intact non-reduced trastuzumab (Herceptin), ionized both under native and denaturing conditions and fragmented by a variety of dissociation methods including CID, electron induced dissociation (EID), electron capture dissociation (ECD), VUV photodissociation and HIAD, are presented, highlighting the unique capabilities of the Omnitrap technology. New standards in sequence coverage of intact mAbs are set by utilizing multidimensional multiple-stage MS4 workflows. The highest to the best of our knowledge sequence coverage of >80% obtained for the light chain released from intact non-reduced Herceptin is achieved by collisional activation at MS4 level of the charge-reduced light chain formed by electron capture. This particular MS4 workflow can be used both for de novo sequencing of the variable domain of monoclonal antibodies and for Quality Control (QC) purposes providing detailed information in terms of the disulfide bond network and possible scrambling. It is shown that both CID and ECD can be employed to reduce intermolecular SS bonds to release the light chain from intact mAbs, while collisionally activated ECD can be employed further to reduce intramolecular disulfide bonds in the gas phase. The results produced so far and presented here for intact mAbs by top-down MS highlight that complete sequence coverage of an intact mAb in an offline multiple-stage top-down experiment appears feasible. MS2 EID and MS2 HIAD spectra of intact antibodies are also generated for the first time. All top-down data sets were analyzed in Peak Finder, a new software platform whereby the deconvolution step is eliminated and advanced fitting algorithms are implemented specifically to accelerate manual processing of highly-congested mass spectra. The final Chapter 5 is dedicated to bottom-up workflows utilizing the electron-based dissociation methods available in the Omnitrap platform. A full set of Data Dependent Acquisition (DDA) MS2 experiments for the Bovine Serum Albumin digest (BSA) were performed with nano-liquid chromatography separation coupled to the Omnitrap Q Exactive HF MS platform using EID, ECD and Higher-energy C-trap dissociation (HCD) fragmentation methods. The BSA bottom-up data are compared at both protein and peptide level in terms of sequence coverage, number of peptide spectrum matches (PSMs), fragment ion complementarity, fragmentation patterns and w diagnostic ions using Fasmatech’s Proteome Discoverer (PD) extension software. It is demonstrated that electron-based dissociation methods provide higher sequence coverage and complementarity for the 3+ and 4+ peptide charge states and high-level differentiation between leucine and isoleucine residues through the formation of the w diagnostic ions, while high abundance fragments with side chain losses are identified in DDA MS2 EID. ExD (x = I, C) primary fragmentation pathways and neutral side-chain losses are also identified and discussed. Overall, the combination of the three fragmentation methods (EID, ECD and HCD) may provide complete sequence coverage for all the annotated peptides. The complementary character of the different fragmentation tools explored and highlighted herein can be exploited further to empower de novo bottom-up proteomics analysis. This is the first thesis providing a thorough overview of the different analytical workflows supported by the Omnitrap platform, highlighting the unique capabilities of the technology using a wide ranges of ion species and different ion dissociation methods. Furthermore, the combination of such a variety of fragmentation options in a single device qualifies the Omnitrap platform as an excellent tool for exploring the gas phase chemistry of ions across a wide mass range. The quality of the results produced and discussed here are enhanced further by connecting the Omnitrap platform to an OrbitrapTM mass analyzer.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση της ισχύος και των ιδιοτήτων της γνωστής ανισότητας του Hardy σε πλαίσια που υπερβαίνουν το κλασικό Ευκλείδειο πλαίσιο. Στο Κεφάλαιο 1 δίνουμε υπόβαθρο για τις ανισότητες Hardy, ιδιαίτερα όσον αφορά το μη-Ευκλείδειο πλαίσιο. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζουμε μια μέθοδο ολοκλήρωσης πάνω σε ολοκληρωτικές καμπύλες, που δίνει ανισότητες Hardy για ένα διαφορικό τελεστή πρώτης τάξης X σε κάποια πολλαπλότητα M με μορφή όγκου ω. Το Κεφάλαιο 3 ασχολείται με ανισότητες Rellich ανώτερης τάξης που σχετίζονται με γενικούς ελλειπτικούς τελεστές με σταθερούς συντελεστές, διαφορετικούς από τον κλασικό πολυαρμονικό τελεστη. Σε αυτή την περίπτωση, δείχνουμε ότι μια ανισότητα Rellich μπορεί να εκφραστεί μέσω μιας κατάλληλης απόστασης Finsler που εξαρτάται από το σύμβολο του τελεστή. Αυτή η νέα μορφή ανισότητας αποδεικνύεται να είναι βέλτιση στην περίπτωση που το χωρίο είναι ημιχώρος και το συμβολο ικανοποιεί μια συνθήκη κυρτότητας. Γίνεται επιπλέον σύγκριση για κυρτα χωρία με άλλες πιο κλασικές μεθόδους, που δίνει καλύτερα αποτελέσματα από τα υπάρχοντα σε ορισμένες συγκεκριμένες περιπτώσεις. Εν τέλει, στο Κεφάλαιο 4, ασχολούμαστε με την ευστάθεια της σταθεράς Hardy ως προς διαταραχές του χωρίου στην περίπτωση που η απόσταση μετράται από τμήμα (υποπολλαπλότητα) του συνόρου. Συγκεκριμένα βρίσκουμε ότι η σταθερά Hardy είναι και συνεχής και παραγωγίσιμη (κατά Gateaux) ως προς τέτοιες διαταραχές, υπό την προϋπόθεση ότι το σύνορο ικανοποιεί κάποιες συνθήκες oμαλότητας. The aim of this doctoral dissertation is to investigate the validity and additional properties of Hardy's well known inequality in various settings beyond the Euclidean. The dissertation consists of four chapters. Chapter 1 offers background on Hardy inequalities, particularly so in the non-Euclidean setting. In Chapter 2, we introduce a method of integration along integral curves to obtain Hardy inequalities for the first order differential operator X in a given manifold M with volume form ω. Chapter 3 is concerned with higher order Rellich inequalities related to general elliptic operators with constant coeficients, other than the classic polyharmonic operator. In this case, we show that a Rellich inequality can be expressed in terms of an induced Finsler distance which is given in terms of the symbol of the operator. This new type of inequality is shown to be sharp in the case where the underlying domain is a half-space and the symbol satisfies a convexity condition, while comparisons are made for the case of a convex domain, yielding results that are superior to those obtained by more crude methods, in specific situations. Finally, in Chapter 4, we deal with the sensitivity of the Hardy constant under perturbations of the domain in the case where the distance is measured from a boundary submanifold. Specifcally, we find the Hardy constant to be both continuous and differentiable (in the Gateaux sence) under such perturbations, assuming some regularity conditions on the boundary.

Το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (ΙΚΥ) αποτελεί τον παλαιότερο και σημαντικότερο θεσμό ενίσχυσης των σπουδών και της κινητικότητας των φοιτητών στα Ανώτερα και Ανώτατα Εκπαιδευτικά Ιδρύματα, των σπουδαστών της Επαγγελματικής Εκπαίδευσης και των νέων ερευνητών στην Ελλάδα. Σκοπός της έρευνας είναι η μελέτη του ρόλου του θεσμού των κρατικών υποτροφιών κατά τη διαμόρφωση της ακαδημαϊκής κοινότητας στην Ελλάδα, και ειδικότερα εντός α) του παραγωγικού συστήματος (δημόσιος και ιδιωτικός τομέας), β) του ευρύτερου ακαδημαϊκού και ερευνητικού υποσυστήματος (παραγωγή επιστημονικής γνώσης και εκπαιδευτική διαδικασία), γ) των μηχανισμών εκπροσώπησης (πολιτική και δημόσια σφαίρα). Η διατριβή διερευνά τη σχέση της Πολιτικής Ιστορίας, την Οικονομικής Ιστορίας, της Ιστορίας της Επιστήμης και Τεχνολογίας και της Ιστορίας του Ελληνικού Εκπαιδευτικού Συστήματος την περίοδο 1951-1974 μέσα από την ποσοτική και ποιοτική ανάλυση των δεδομένων του ΙΚΥ. Ως πρωτογενές υλικό χρησιμοποιώ, μεταξύ άλλων, τα αρχεία των Επετηρίδων του Ιδρύματος, τα Πρακτικά του Διοικητικού Συμβουλίου και τα αρχεία των προϋπολογισμών. The State Scholarships Foundation (IKY) is the oldest and most important institution for the support of studies and mobility of higher education students, vocational training students and young researchers in Greece. The aim of the research is to study the role of state scholarships in shaping the academic community in Greece, in particular within a) the productive system (public and private sector), b) the broader academic and research subsystem (production of scientific knowledge and educational process), c) the mechanisms of representation (political and public sphere). The dissertation explores the relationship between Political History, Economic History, History of Science and Technology and the History of the Greek Educational System in the period 1951-1974 through the quantitative and qualitative analysis of the IKY data. As primary material I use, among others, the archives of the Yearbooks, the minutes of the Board of Directors and the records of the budgets.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την ευρύτερη γεωγραφική θέση της νήσου Κέρκυρας και ειδικότερα πραγματεύεται την ανάδειξη και παρουσίαση των γεωτόπων της συγκεκριμένης περιοχής. Επίσης επιχειρείται η παράθεση των σημαντικότερων γεωτόπων της και η πρόταση να ενταχθούν στο δίκτυο «NATURA 2000». Η ανάλυση και ο σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας παρουσιάζονται μέσα από 5 κεφάλαια και υποκεφάλαια τα οποία επεξηγούν λεπτομερώς όλα τα απαραίτητα στοιχεία της Κέρκυρας (δημογραφικά, οικονομικά φυσικογεωγραφικά κ.α.), που απαιτούνται για την τεκμηρίωση του θέματος, καθώς παράλληλα απαντώνται και στοιχεία της βιοποικιλότητας του νησιού. Ταυτόχρονα, αποτυπώνονται η γεωλογική και γεωτεκτονική εξέλιξη της περιοχής μελέτης, καθώς και το γεωλογικό της υπόβαθρο. Τέλος, όλα τα παραπάνω συμβάλλουν στην κατάληξη του συμπεράσματος πως η Κέρκυρα είναι ένα νησί με αδιαμφισβήτητα σπουδαία γεωλογική κληρονομιά, η οποία πρέπει να θεσμοθετηθεί υπό την αιγίδα των αρμοδίων φορέων και οργανισμών, ώστε να προστατευθεί και να διατηρηθεί στην πάροδο του χρόνου. This thesis deals with the wider geographical location of the island of Corfu and in particular deals with the highlighting and presentation of the geosites of the specific area. It is also being attempted to list its most important geosites and the proposal to join the "NATURA 2000" network. The analysis and the purpose of the specific work are presented through 5 chapters and sub-chapters which explain in detail all the necessary elements of Corfu (demographic, economic, physical-geographical etc.), which are required for the documentation of the subject, as at the same time elements of the biodiversity of the island. At the same time, the geological and geotectonic evolution of the study area, as well as its geological background, are recorded. Finally, all of the above contribute to the conclusion that Corfu is an island with an undeniably great geological heritage, which must be institutionalized under the auspices of appropriate bodies and organizations, in order to be protected and preserved over time.

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι σύνθετα βιολογικά μακρομόρια, αποτελούμενα από αλληλουχίες νουκλεοτιδίων και περιέχουν γενετική πληροφορία. Βρίσκονται στα κύτταρα όλων των έμβιων οργανισμών και είναι το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (DNA) και το ριβονουκλεϊκό οξύ (RNA). Το DNA περιέχει τις γενετικές πληροφορίες που καθορίζουν τη βιολογική ανάπτυξη όλων των κυτταρικών μορφών ζωής και των περισσοτέρων ιών. Τα τελευταία χρόνια, το DNA και οι ιδιότητές του που σχετίζονται με τη μετακίνηση φορτίου κατά μήκος του, έχουν προσελκύσει το ενδιαφέρον διαφόρων επιστημονικών κλάδων, από τις βιοεπιστήμες και τη φυσικοχημεία μέχρι τη νανοτεχνολογία. Τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του μορίου, έχουν προσανατολίσει την έρευνα στην κατεύθυνση της μεταβίβασης και μεταφοράς φορτίου σε πολυμερικά συστήματα. Τα ζεύγη βάσεων του DNA, καθώς και η αλληλουχία τους, δημιουργούν έναν π-δρόμο, λόγω της επικάλυψης των π μοριακών τροχιακών τους. Αυτή η επικάλυψη επιτρέπει τη μετακίνηση φορέων ηλεκτρικού φορτίου, οπών ή ηλεκτρονίων. Ο όρος μετακίνηση περιλαμβάνει τη μεταβίβαση και τη μεταφορά. Με τον όρο μεταβίβαση (transfer) περιγράφεται η μετακίνηση ενός φορέα από μια τοποθεσία όπου δημιουργείται ή εγχέεται αρχικά σε άλλες ευνοϊκότερες τοποθεσίες χωρίς τη μεσολάβηση κάποιου εξωτερικού παράγοντα όπως διαφορά δυναμικού ή βαθμίδα θερμοκρασίας. Ο όρος μεταφορά (transport) αναφέρεται στη μετακίνηση φορτίου λόγω εφαρμογής εξωτερικής διαφοράς δυναμικού μέσω ηλεκτροδίων ή κάποιας άλλης βαθμίδας (π.χ. θερμοκρασίας). Το DNA παρέχει τη δυνατότητα κατασκευής μιας μεγάλης ποικιλίας διαφορετικών πολυμερών, συνδυάζοντας τα διαφορετικά ζεύγη βάσεων (Αδενίνη-Θυμίνη, Γουανίνη-Κυτοσίνη) με διαφορετικούς τρόπους. Κατ' αυτό τον τρόπο είναι δυνατό να δημιουργηθούν κατ' επιθυμίαν ακολουθίες, κατάλληλες να επιτελέσουν μια συγκεκριμένη λειτουργία, και κατά συνέπεια προσφέρεται η δυνατότητα ρύθμισης των ιδιοτήτων μιας διάταξης. Επιπλέον, η μεταβίβαση φορτίου κατά μήκος του μορίου του DNA επιτελεί σημαντικό βιολογικό ρόλο, καθώς φαίνεται να σχετίζεται με την καρκινογένεση και τη μεταλλαξιγένεση, ενώ η μακράς εμβέλειας μεταβίβαση φαίνεται να συνδέεται με τις διαδικασίες καταστροφής και επιδιόρθωσης του DNA. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επιχειρεί να αποτελέσει μια συστηματική θεωρητική μελέτη της ηλεκτρονικής δομής των νουκλεϊκών οξέων, των αζωτούχων βάσεων και παρομοίων οργανικών μορίων, καθώς και των ιδιοτήτων μεταβίβασης και μεταφοράς φορτίου στο DNA, όπως και να συμβάλει στην ανάπτυξη θεωρητικών εργαλείων για την ανίχνευση μεταλλάξεων. Για τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος του Γραμμικού Συνδυασμού των Ατομικών Τροχιακών (Linear Combination of Atomic Orbitals, LCAO) και το Πρότυπο της Ισχυρής Δέσμευσης (Tight Binding, TB). Η μέθοδος αυτή έχει το πλεονέκτημα της εύκολης και γρήγορης εφαρμογής σε μεγάλης έκτασης συστήματα, παρέχοντας αποτελέσματα προσαρμόσιμης ακρίβειας. Αυτές οι ιδιότητες της την καθιστούν κατάλληλη κυρίως για τη μελέτη μεγάλων συστημάτων, τα οποία επί του παρόντος δεν είναι διαχειρίσιμα με τις διαθέσιμες λεπτομερέστερες μεν, αλλά πολύ υψηλότερου υπολογιστικού κόστους, μεθόδους από πρώτες αρχές (ab-initio). Αρχικά, μελετήθηκε η ηλεκτρονική δομή των βάσεων των νουκλεϊκών οξέων και παρόμοιων μορίων με τη μέθοδο LCAO. Στους υπολογισμούς συμπεριελήφθησαν όλα τα ατομικά τροχιακά σθένους και τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με αντίστοιχα υπολογισμών που λαμβάνουν υπόψη μόνο τα 2pz ατομικά τροχιακά, υπολογισμών από πρώτες αρχές, καθώς και με πειραματικές τιμές των ενεργειών ιονισμού και διέγερσης. Επιπλέον, υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες τιμές για τα ζεύγη βάσεων (Αδενίνη-Θυμίνη, Γουανίνη-Κυτοσίνη). Ακολούθως, μελετήθηκε η μεταβίβαση φορτίου (charge transfer) σε διάφορα πολυμερή τμήματα DNA. Το Πρότυπο Σύρματος (Wire Model) της TB Μεθόδου εφαρμόζεται στην περιγραφή της μεταβίβασης φορτίου στο B-DNA σε επίπεδο ζευγών βάσεων. Εξετάστηκε η συμπεριφορά ενός επιπλέον φορέα αφού τοποθετηθεί σε ένα μονομερές, δηλαδή σε ένα ζεύγος βάσεων, και μελετήθηκε η μετακίνησή του σε όλο το μήκος του πολυμερούς. Αρχικά, υπολογίστηκαν οι παράμετροι μεταβίβασης (επιτόπιες ενέργειες και ολοκληρώματα αλληλεπίδρασης) χρήσει της παραμετροποίησης η οποία μεταχειρίζεται όλα τα ατομικά τροχιακά σθένους. Έχοντας το πλήρες σύνολο των απαιτούμενων για τη χρήση της μεθόδου ΤΒ παραμέτρων, μελετήθηκαν περιοδικές ακολουθίες DNA με αυξανόμενη μονάδα επανάληψης, οι οποίες αποτελούνται είτε από το ίδιο (κατηγορία I από το «Identical», π.χ. GC…, GGCC… κ.ο.κ.) είτε από διαφορετικά (κατηγορία D από το «Different», π.χ. GA…, GGAA…, κ.ο.κ.) ζεύγη βάσεων. Υπολογίστηκαν φυσικά μεγέθη όπως: το ενεργειακό φάσμα, η πυκνότητα καταστάσεων, η μέση πιθανότητα εύρεσης του φορέα σε κάθε μονομερές, το συχνοτικό περιεχόμενο και ο καθαρός μέσος ρυθμός μεταβίβασης. Για τα I πολυμερή, με την αύξηση της μονάδας επανάληψης, όλες οι μελετώμενες ποσότητες προσεγγίζουν τις αντίστοιχες των ομοπολυμερών (π.χ. G…), ενώ για τα D πολυμερή οι αντίστοιχες ποσότητες προσεγγίζουν την ένωση των δύο πιθανών ομοπολυμερών (π.χ. G… και A…). Τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά μεγέθη μελετήθηκαν και για την περίπτωση ορισμένων οιονεί περιοδικών (Fibonacci, Thue-Morse, Double-Period, Rudin-Shapiro) και μορφοκλασματικών (Cantor Dust, Asymmetric Cantor Set) ακολουθιών. Συγκρίνοντας τα αποτελέσματα για τα περιοδικά και τα απεριοδικά πολυμερή, διαπιστώνουμε ότι η μεταβίβαση φορτίου ευνοείται σε γενικές γραμμές στα περιοδικά συστήματα. Πάντως, τα ομοπολυμερή, τα οποία είναι και τα απλούστερα δομικά πολυμερή, αποτελούν άνω όριο για όλες τις κατηγορίες πολυμερών, παρουσιάζουν δηλαδή ευκολότερη μεταβίβαση. H παραπάνω ανάλυση εφαρμόστηκε και για τον υπολογισμό των μέσων ρυθμών μεταβίβασης ορισμένων ακολουθιών οι οποίες έχουν χρησιμοποιηθεί σε πειράματα. Διερευνήθηκε, επιπλέον, η επίδραση της δομικής μεταβλητότητας στην ηλεκτρονική δομή και στην ικανότητα μεταβίβασης φορτίου κατά μήκος του DNA. Για τη διερεύνηση αυτή επιστρατεύτηκαν 10 διμερή Αδενίνη-Θυμίνη/Αδενίνη-Θυμίνη και άλλα 10 Γουανίνη-Κυτοσύνη/Γουανίνη-Κυτοσύνη, τα οποία εξήχθησαν αφού εφαρμόστηκε η μέθοδος της Μοριακής Δυναμικής σε ένα 20μερές. Για τα συστήματα αυτά υπολογίστηκαν διάφορες παράμετροι (όπως το μέγιστο ποσοστό μεταβίβασης και τα ολοκληρώματα μεταβίβασης), σχετιζόμενες με δομικές παραμέτρους. Σε γενικές γραμμές, η μεταβίβαση φορτίου παραμένει ισχυρή, παρότι επηρεάζεται από τη δομική μεταβλητότητα. Επιπλέον, περιλαμβάνεται σύγκριση ορισμένων αποτελεσμάτων που προκύπτουν με χρήση του Προτύπου Ισχυρής Δέσμευσης, με λεπτομερέστερες μεθόδους από πρώτες αρχές. Το Πρότυπο Ισχυρής Δέσμευσης μπορεί να δώσει μια γρήγορη εκτίμηση των προς μελέτη ποσοτήτων. Τέλος, παρουσιάζεται συνοπτικά η μέθοδος των Πινάκων Μεταβίβασης (Transfer Matrix Method) η οποία εφαρμόστηκε για τη μελέτη της ηλεκτρονικής δομής και της μεταφοράς φορτίου κατά μήκος ακολουθιών DNA που αφορούν περιπτώσεις: α) σημειακών μεταλλάξεων και β) μεταλλάξεων που προέρχονται από επανάληψη της τριπλέτας (CAG). Οι μεταλλάξεις της δεύτερης κατηγορίας ονομάζονται μεταλλάξεις Short Tandem Repeat (STR) expansions και στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν εξ αυτών οι: νόσος Huntington, νόσος Kennedy, νωτιαία παρεγκεφαλιδική αταξία 6 και 7. Μελετήθηκαν τόσο περιπτώσεις ιδανικών πολυμερών, όσο και φυσικών. Εδώ ο όρος «ιδανικό» αναφέρεται σε ιδανική γεωμετρία, ενώ ο όρος «φυσικό» αναφέρεται σε γεωμετρία συλλεγμένη από βάσεις δεδομένων αλληλουχιών οι οποίες προέρχονται από οργανισμούς. Το πιο χρήσιμο χαρακτηριστικό στη μελέτη της μεταφοράς φορτίου είναι οι χαρακτηριστικές καμπύλες I-V . Κατά την εισαγωγή μεταλλάξεων, οι καμπύλες αυτές αλλάζουν σημαντικά. Για το λόγο αυτό, ορίστηκε ένα νέο μέγεθος που περιγράφει την κανονικοποιημένη απόκλιση της I-V από την αρχή των αξόνων (normalized deviation of the I-V curve from the origin, NDIV). Ένα βασικό συμπέρασμα που εξάγεται είναι ότι η NDIV γενικά δεν επηρεάζεται από τη θέση μιας σημειακής μετάλλαξης, αλλά επηρεάζεται από τον αριθμό των σημειακών μεταλλάξεων καθώς και από τον αριθμό των STR επαναλήψεων. Σε γενικές γραμμές, θα μπορούσαμε να πούμε ότι στο μέλλον, η μελέτη της μεταφοράς φορτίου δύναται να αποτελέσει ένα νέο εργαλείο για την ανίχνευση μεταλλάξεων. Today, the investigation of biomolecules' structure and properties - especially these of the nucleic acids (DNA, RNA) - is emerged as a high significance issue. The electronic structure of DNA attracts considerable interest among a broad spectrum of interdisciplinary scientists and engineers. Its charge transfer and transport properties are being studied with respect not only to its biological functions and its significance, e.g., in carcinogenesis and mutagenesis, but also to its potential applications in molecular electronics. This research aims to the study of the electronic structure of nucleic acid bases and similar almost planar organic molecules, as well as the investigation of charge transfer and charge transport properties along B-DNA sequences, by employing a simple and broadly used theoretical method, i.e., Tight-Binding (TB). It also discusses the possibility of using charge transport as a diagnostic tool in discrimination between pathogenic and nonpathogenic mutations. The semi-empirical Linear Combination of Atomic Orbitals (LCAO) method is introduced to calculate the ionization and excitation energies of nucleic acid bases and similar biologically important molecules as well as assemblies of DNA bases, along with a novel parameterization employing all valence orbitals. Then, we outline the TB method for charge transfer of an extra carrier along DNA, and we also introduce the physical quantities studied. More specifically, we employ a TB wire model, where the base pairs are the sites of the chain, to study the spectral and charge transfer properties of periodic sequences with increasing repetition unit, as well as deterministic aperiodic DNA segments. In addition, we address the impact of structural flexibility on the electronic structure and charge transfer ability of B-DNA. To this end, we apply our LCAO method to 20 AA and GG dimers, extracted from representative structures in a classical Molecular Dynamics trajectory of a 20mer, and study some useful physical quantities. Finally, we move on to investigate charge transport along DNA molecules, using the Schrödinger equation together with the transfer-matrix method in order to finally obtain current-voltage I-V curves. We examine ideal and natural geometries concerning two categories of mutations: (i) DNA sequences that contain point substitution mutations, and (ii) sequences extracted from segments of human chromosomes, modified by expansion of the CAG triplet to mimic diseases (STR expansion mutations).

Οι τελευταίες δεκαετίες έχουν χαρακτηριστεί από ραγδαία ανάπτυξη των Κέντρων Δεδομένων όσον αφορά τον αριθμό των εξυπηρετητών (servers) και τον ρυθμό μετάδοσης δεδομένων (bandwidth) που χρειάζεται να υποστηρίζουν. Τα οπτικά δίκτυα έχουν επιτρέψει την επέκταση των δικτύων των Κέντρων Δεδομένων, καθώς είναι ικανά για πολύ υψηλούς ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Ωστόσο, η ενοποίηση των τεχνολογιών οπτικής μεταγωγής στα δίκτυα επικοινωνίας απαιτεί ένα ευρύ φάσμα εξειδικεύσεων σε όλα τα επίπεδα δικτύου, καθώς και πρωτότυπο σχεδιασμό νέων λειτουργιών για τους κόμβους του Κέντρου Δεδομένων. Το γεγονός αυτό παρακίνησε την παρούσα διατριβή, η οποία παρουσιάζει την συνεισφορά του συγγραφέα στην προσπάθεια ενοποίησης των τεχνολογιών οπτικής μεταγωγής στα δίκτυα των Κέντρων Δεδομένων. Η παρούσα εργασία περιλαμβάνει σχεδίαση συστημάτων, λογική σχεδίαση για προσαρμογές του επιπέδου δικτύου και επιτάχυνση των αλγορίθμων χρονοδρομολόγησης, σχεδίαση πρωτοκόλλων επικοινωνίας και υλοποίηση πειραματικών διατάξεων που δημιουργήθηκαν υπό το ευρωπαϊκό ερευνητικό έργο NEPHELE. Οι παραπάνω διαδικασίες οδήγησαν σε βαθιά κατανόηση των δικτύων επικοινωνίας, των μελλοντικών τους προβλημάτων και των πιθανών λύσεων, και ενίσχυσαν σημαντικά τις γνώσεις του συγγραφέα στον σχεδιασμό και την ενοποίηση συστημάτων. Τα κεφάλαια της παρούσας διατριβής περιγράφουν την δουλειά που έγινε στα παραπάνω αντικείμενα, με έμφαση στις συνεισφορές του συγγραφέα, καθώς και την ενοποίηση των υποσυστημάτων σε ένα λειτουργικό σύστημα. Το πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζει τον ορισμό του προβλήματος και την κατάσταση των σημερινών δικτύων Κέντρων Δεδομένων. Το επόμενο κεφάλαιο περιγράφει την σχεδίαση επεκτάσεων των δικτυακών συσκευών: αναλύονται οι επιπλέον απαιτήσεις λόγω της οπτικής μεταγωγής, καθώς και οι αποφάσεις που πάρθηκαν σε επίπεδο σχεδιασμού και υλοποίησης για την ικανοποίηση τους. Στην συνέχεια, παρουσιάζονται οι πειραματικές διατάξεις που υλοποιήθηκαν και αναλύονται η μεθοδολογία και η πειραματική διαδικασία που ακολουθήθηκε κατά την περίοδο αξιολόγησης του συστήματος. Επιπροσθέτως, για τον σχεδιασμό ενός αποδοτικού δικτύου ελέγχου για δίκτυα Κέντρων Δεδομένων με οπτική μεταγωγή, προτείνονται τεχνικές παραλληλοποίησης με στόχο την επιτάχυνση της διαδικασίας κατανομής πόρων. Οι παράλληλες τεχνικές, οι οποίες σχεδιάστηκαν και υλοποιήθηκαν, παρουσιάζονται και αξιολογούνται σε σχέση με τις απαιτήσεις του συστήματος. Το τελευταίο κεφάλαιο συνοψίζει την διατριβή και συζητά το μέλλον των δικτύων οπτικής μεταγωγής. The past couple of decades were characterized by the evolution of the Data Centers with respect to the number of supported servers and the throughput. Optical networking has allowed the rapid expansion of the Data Centers Networks (DCNs) by meeting the novel increased bandwidth requirements. Though, the integration of optical switching technologies in the DCNs demands a wide spectrum of expertise across the network layers, as well as novel design and organization for the DC nodes. This fact has motivated the current thesis, that presents the contribution of the author in the effort towards the integration of the optical switching in the DCNs. The work accomplished involves system design, logic design for PCS (Physical Coding Sublayer) adaptations and acceleration of scheduling algorithms, protocol design and adaptations and experiments performed on the optical testbed (mini-Data Center network) that was created in the scope of the NEPHELE EU project. The aforementioned processes led to a deep understanding of the networking world, its future roadblocks and solutions, and provided a solid background on system design and system integration. The chapters of the thesis describe the work performed on these disciplines, focusing on the author’s contributions, as well as the integration towards a functional system. The foremost chapter presents the problem definition and an introduction to the current ecosystem. It follows the chapter that describes the work performed on the adaptations of the dataplane devices: the additional requirements due to optical switching functionality are detailed, along with the design and implementation choices that were taken to fulfill them. Subsequently, the thesis shows the testbed creation and the experimental procedure with a full description of the methodology and the experimental procedures that were followed during the evaluation. Moreover, to meet the requirements for efficient real time DCN control, the thesis proposes the design and implementation of parallel techniques that aim to accelerate the resource allocation process. The parallel techniques that were designed and implemented by the author are described and evaluated. The final chapter concludes the thesis and briefly discusses the future of optical switching technologies.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εγγράφεται στο επιστημονικό πεδίο της Έρευνας στην Εκπαίδευση της Φυσικής (P.E.R.). Στόχος της έρευνάς μας είναι η βελτίωση της αποτελεσματικότητας της πραγματικής και πρακτικής (hands-on) πειραματικής διδασκαλίας της Φυσικής, σύμφωνα με τα δεδομένα των διεθνών ερευνών στο πεδίο ενδιαφέροντος της εργασίας, καθώς και η εισαγωγή της ενεργητικής μάθησης μέσα από τη μέθοδο Learning-by-doing (LBD). Η ποιοτική και ποσοτική έρευνα δείχνει, για όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης, σημαντική βελτίωση στην κατανόηση των φυσικών νόμων και αρχών, τόσο από τους μαθητές και τις μαθήτριες, όσο και από τους φοιτητές και τις φοιτήτριες καθώς και τους καθηγητές των φυσικών επιστημών. Ειδικότερα, στην εργασία μας μελετάται σε βάθος ως εκπαιδευτική μέθοδος η εισαγωγή της επιστημονικής μεθοδολογίας και του επιστημονικού τρόπου σκέψης στην εκπαίδευση μέσα από πραγματικά πειράματα φυσικής με απλά υλικά. Η έρευνα διαχέεται σκόπιμα και μεθοδικά σε όλες τις βαθμίδες της εκπαίδευσης: ¬από τη σχολική ως την Πανεπιστημιακή εκπαίδευση, τη δια βίου εκπαίδευση και επιμόρφωση καθηγητών και δασκάλων φυσικής και φυσικών επιστημών, καθώς και στην εξ αποστάσεως εκπαίδευση μέσω Μαζικών Ανοικτών Διαδικτυακών Μαθημάτων (MOOCs - Massive Open Online Courses). Η παρούσα διδακτορική διατριβή αναδεικνύει τις πραγματικές δυσκολίες που αντιμετωπίζουν οι μαθητές και οι μαθήτριες στο πλαίσιο του εργαστηρίου Φυσικής και τις ποικίλες δυσχέρειες που συναντούν στην προσπάθειά τους να κατανοήσουν τους βασικούς νόμους και τις αρχές της σύγχρονης επιστήμης. Η δημιουργία καινοτόμων παιδαγωγικών προτάσεων και έργων σύγχρονης φυσικής στο επίπεδο της υποχρεωτικής εκπαίδευσης, καθώς και η διδασκαλία των φυσικών επιστημών μέσω διαδραστικών στρατηγικών μάθησης είναι, σύμφωνα με την επιχειρηματολογία της ανά χείρας εργασίας, σημαντικό να αποτελέσει τον νέο κανόνα στην εκπαίδευση της φυσικής. Η έρευνά μας επιβεβαιώνει την υπόθεσή ότι η ηλικία δεν αποτελεί εμπόδιο για την πειραματική διδασκαλία της κλασικής και της σύγχρονης φυσικής, οσάκις αυτή συμβαίνει παρακάμπτοντας, κατά το δυνατόν, τη χρήση σύνθετων μαθηματικών εξισώσεων και πολύπλοκων υπολογιστικών διαδικασιών. Κατά την εφαρμογή των προτεινόμενων πειραμάτων σύγχρονης φυσικής σε μαθητές και μαθήτριες, παρατηρείται ότι εμφανίζονται εντυπωσιακά δεκτικοί στους νόμους της φυσικής που κρύβουν πολύπλοκα φυσικά φαινόμενα και αντίστοιχα δεκτικοί στην ερμηνεία σύνθετων επιστημονικών μοντέλων. Η διδακτορική έρευνα δείχνει, επίσης, ότι οι βασικές αρχές των ηλεκτρικών κυκλωμάτων και του ηλεκτρομαγνητισμού μπορούν να διδαχθούν μέσα από ένα πρακτικό εργαστήριο πειραμάτων σύγχρονης φυσικής με απλά υλικά και να ενταχθούν στο αναλυτικό πρόγραμμα σπουδών των φυσικών επιστημών στην υποχρεωτική εκπαίδευση. Η διδασκαλία σύγχρονων θεμάτων Φυσικής, μέσω των hands-on εργαστηρίων με απλά υλικά, αποδεικνύεται ερευνητικά ότι καλλιεργεί τον επιστημονικό τρόπο σκέψης και την κριτική ικανότητα στους διδασκόμενους και ότι, πράγματι, οδηγεί στην ικανοποιητική κατανόηση των θεμελιωδών φυσικών νόμων και αρχών, ανεξαρτήτως του γνωστικού υποβάθρου, σύμφωνα με την αρχική ερευνητική υπόθεση. Ο διδασκόμενος που «κάνει επιστήμη», όπως αποδεικνύεται στην εν λόγω ερευνητική προσπάθεια, αποκτά επιστημολογική επάρκεια μέσα από τις πραγματικές, πρωτόγνωρες εργαστηριακές εμπειρίες και μέσα από τις δυσκολίες που συναντά κατά τον πειραματισμό και τις απόπειρες επίλυσής τους. Στο τέλος της εργασίας, εκτίθενται συνοπτικά τα συμπεράσματα της εκπονηθείσας έρευνας και αναλύονται προτάσεις για την εκπαίδευση στην πειραματική φυσική, μέσα από τα πειράματα με απλά υλικά. Παρουσιάζεται, επίσης, η συμβολή της εργασίας στο πεδίο της Έρευνας στην Εκπαίδευση της Φυσικής, μαζί με μελλοντικές ερευνητικές προτάσεις που προέκυψαν κατά τη διδακτορική έρευνα, καθώς και προτεινόμενες κατευθύνσεις για την έρευνα στο πεδίο ενδιαφέροντος της διατριβής εν γένει. This doctoral thesis is situated within the scientific field of Physics Education Research (P.E.R.). The aim of our research is to improve the effectiveness of real and practical (hands-on) experimental teaching of Physics, according to the findings of recent, international research tendencies in our field of interest, as well as to introduce an active approach to learning through applying a learning-by-doing (LBD) method. Qualitative and quantitative research conducted in this doctoral thesis shows that students profit significantly by applying such teaching methodologies, starting from primary school and all the way to the higher educational level, as far as the understanding of natural laws and principles is concerned, both by male and female students, as well as by male and female physics educators. More specifically, our work extensively studies the introduction of scientific methodology and scientific thinking in education through actual physics experiments utilizing simple materials. As mentioned above, our research is intentionally and systematically connected to all educational levels: from primary to university education, lifelong learning, and the training of physics and science educators or schoolteachers, as well as in education through Massive Open Online Courses (MOOCs). Our thesis highlights specific difficulties that students face in the context of the school laboratory and the various challenges they encounter in their efforts to understand the basic laws and principles of modern science. According to the arguments presented in this work, the creation of innovative educational scenarios and modern projects in Physics at the compulsory education level, as well as teaching natural sciences through interactive learning strategies, are important and should become the new standard in Physics education. Our research also confirms the hypothesis that age is not a barrier to experimental teaching of classical and modern Physics, as long as the teaching methods applied are able to bypass the use of complex mathematical equations and computational procedures. When we introduced the proposed experiments to male and female students, we observed impressive receptivity to the laws of Physics; correspondingly, students are more eager to interpret complex scientific models when these are introduced to them through actual, hands-on experiments. This doctoral research also shows that the basic principles of electrical circuits and electromagnetism can be taught more effectively through a hands-on approach than a purely theoretical one. Overall, this thesis highlights the importance of innovative and interactive teaching methodologies in enhancing students’ learning experiences and their understanding of the principles of Physics. Teaching modern topics in Physics through hands-on experiments with simple materials in the laboratory has been shown to cultivate critical thinking and can help students to acquire a satisfactory level of understanding of fundamental physical laws and principles, regardless to the pupils’ previous knowledge, according to the initial research hypothesis. The student who "does science," as shown in our research project, conquers scientific adequacy through real, novel experiences in the lab and through the difficulties encountered during experimentation and any actual attempts to resolve them. At the end of the work, we present our research conclusions and analyze some educational scenarios for teaching Physics through experiments with simple, everyday materials. Additionally, we sketch out the contribution of this work to the field of Physics Education Research, along with future research proposals that emerged during the procedure, as well as other furure directions for research in our field of interest.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή, με τίτλο «Εκτιμήσεις πυρήνων θερμότητας για ελλειπτικούς διαφορικούς τελεστές τέταρτης τάξης» θεωρούμε μία κατηγορία ομοιόμορφα ελλειπτικών τελεστών τέταρτης τάξης σε ένα χωρίο Ω⊂R^2 και μελετάμε τον σχετικό πυρήνα θερμότητας. Για τελεστές με συντελεστές L^∞ βρίσκουμε Γκαουσιανές εκτιμήσεις με τις βέλτιστες σταθερές, ενώ για τελεστές με σταθερούς συντελεστές βρίσκουμε ασυμπτωτικές εκτιμήσεις. Η καινοτομία αυτής της διατριβής είναι ότι το σχετικό σύμβολο δεν είναι ισχυρά κυρτό. Οι ασυμπτωτικές εκτιμήσεις εμφανίζουν μία συμπεριφορά που είναι ποιοτικά διαφορετική από αυτή της ισχυρά κυρτής περίπτωσης. Βρίσκουμε επίσης εκτιμήσεις του πυρήνα θερμότητας για μία κατηγορία μη ομοιόμορφα ελλειπτικών τελεστών τέταρτης τάξης στις δύο διαστάσεις. Σε αντίθεση με τα υπάρχοντα αποτελέσματα, οι τελεστές που μελετώνται έχουν σύμβολα που δεν είναι ισχυρά κυρτά. Αυτό παρουσιάζει ιδιαίτερες δυσκολίες καθώς είναι γνωστό ότι, σε αντίθεση με την ισχυρά κυρτή περίπτωση, δεν υπάρχει απόλυτη εκθετική σταθερά. Οι εκτιμήσεις μας περιλαμβάνουν σταθερές και αποστάσεις τύπου Finsler που επάγονται από το σύμβολο του τελεστή. Το κύριο αποτέλεσμα βασίζεται σε δύο γενικές υποθέσεις, μία ανισότητα Sobolev με βάρος και μία ανισότητα παρεμβολής με βάρος, οι οποίες σχετίζονται με την ιδιομορφία ή τον εκφυλισμό των συντελεστών. In this doctoral dissertation, entitled "Heat kernel estimates for fourth-order elliptic operators" we consider a class of fourth order uniformly elliptic operators in planar Euclidean domains and study the associated heat kernel. For operators with L^∞ coefficients we obtain Gaussian estimates with best constants, while for operators with constant coefficients we obtain short time asymptotic estimates. The novelty of this thesis is that we do not assume that the associated symbol is strongly convex. The short time asymptotics reveal a behavior which is qualitatively different from that of the strongly convex case. We also obtain heat kernel estimates for a class of fourth order non-uniformly elliptic operators in two dimensions. Contrary to existing results, the operators considered have symbols that are not strongly convex. This rises certain difficulties as it is known that, as opposed to the strongly convex case, there is no absolute exponential constant. Our estimates involve sharp constants and Finsler-type distances that are induced by the operator symbol. The main result is based on two general hypotheses, a weighted Sobolev inequalitry and an interpolation inequality, which are related to the singularity or degeneracy of the coefficients.

Οι εντομοπαθογόνοι μύκητες και πιο συγκεκριμένα τα γένη Beauveria και Metarhizium έχουν αξιοποιηθεί παγκοσμίως για τη βιολογική καταπολέμηση των εντόμων παρασίτων στις αγροτικές καλλιέργειες ως παράγοντες βιολογικού ελέγχου (BCAs). Οι γονιδιωματικές αναλύσεις είναι σημαντικές για την καλύτερη κατανόηση του τρόπου δράσης των παραπάνω μυκήτων, και επομένως για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητάς τους έναντι των εντόμων - ξενιστών. Μέχρι στιγμής έχουν μελετηθεί οι αλληλουχίες των μιτοχονδριακών γονιδιωμάτων τους, αλλά όχι σε επίπεδο μεταγραφής. Εκτός από τους ζυμομύκητες και τον υφομύκητα Neurospora crassa, των οποίων η μεταγραφή των μιτοχονδριακών γονιδίων έχει περιγραφεί σε ικανοποιητικό βαθμό, στους υπόλοιπους Ασκομυκητες, και συγκεκριμένα στο Υπόφυλο Pezizomycotina, οι σχετικές πληροφορίες είναι λιγοστές. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η μεταγραφή του μιτοχονδριακού γονιδιώματος στους υπό εξέταση εντομοπαθογόνους μύκητες, καθώς και τα βασικά ένζυμα που εμπλέκονται σε αυτήν τη βασική μιτοχονδριακή λειτουργία. Μέσω πειραμάτων RT-PCR και υβριδισμών κατά Northern αποκαλύφθηκε ο δομικός μεταγραφικός χάρτης των μιτοχονδριακών γονιδιωμάτων στα είδη B. bassiana και M. brunneum. Τα mt-γονίδια και στους δύο υπό μελέτη μύκητες μεταγράφονται σε έξι κύριες πολυσιστρονικές μεταγραφικές μονάδες και έπειτα κάθε μία υφίσταται μετα-μεταγραφικές τροποποιήσεις για τη δημιουργία των μονοσιστρονικών μεταγράφων. Οι μιτοχονδριακοί υποκινητές προσδιορίστηκαν και στα δύο mt-γονιδιώματα μέσω συγκριτικής in silico ανάλυσης, η οποία διενεργήθηκε σε μεγάλο πλήθος μιτοχονδριακών γονιδιωμάτων από την τάξη Hypocreales, λαμβάνοντας υπόψη και όλες τις ήδη γνωστές πληροφορίες που υπήρχαν βιβλιογραφικά και από άλλα μιτοχονδριακά γονιδιώματα μυκήτων. Η συναινετική αλληλουχία των mt υποκινητών είναι 5'-ATAGTTATTAT-3', και είναι σύμφωνη με τον ορισμό των πολυσιστρονικών μεταγραφικών μοναδων, που προσδιορίστηκαν μέσω της πειραματικής διαδικασίας που περιγράφηκε παραπάνω. Επιπλέον, πείραμα 5'-RACE PCR, στην περίπτωση της 5ης πολυσιστρονικής μεταγραφικής μονάδας (nad1-nad4-atp8-atp6), αποκάλυψε το 5'-άκρο του RNA μεταγράφου, αμέσως μετά τον in silico καθορισμένο mt-υποκινητή, όπως έχει ήδη περιγραφεί και στη N. crassa και τις ζύμες, ανοδικά του πρώτου γονιδίου του εκάστοτε πολυσιστρονικού μεταγράφου. Παράλληλα με την ανάλυση των 5'-άκρων των πρωτογενών πολυσιστρονικών μεταγράφων στους εντομοπαθογόνους μύκητες, οδηγηθήκαμε στο συμπέρασμα ότι τα tRNA γονίδια ενδέχεται να λειτουργούν ως σημεία λήξης της mt-μεταγραφής σύμφωνα με το «λειτουργικό μοντέλο» (functional model). Ισχυρή ένδειξη αποτελεί η in vitro ανάλυση των πολυσιστρονικών μονάδων 4 και 5 (cox1-trnR2 και nad1-nad4-atp8-atp6, αντίστοιχα), τόσο στο μύκητα B. bassiana όσο και στο M. brunneum, με το συντηρημένο μοτίβο της αλληλουχίας λήξης να διαμορφώνεται ως εξής: 5'-TAAATT-3', καθοδικά του τελευταίου γονιδίου του εκάστοτε πολυσιστρονικού μεταγράφου. Δεδομένου ότι από τις παραπάνω μελέτες ανακτήθηκαν αρκετά συντηρημένα στοιχεία σε σύγκριση με τα ήδη γνωστά δεδομένα, πραγματοποιήθηκαν εξελικτικές - φυλογενετικές αναλύσεις για την mt-RNA πολυμεράση (Rpo41) και τον μεταγραφικό παράγοντά της (Mtf1), προκειμένου να καθοριστεί η πορεία εξέλιξης τους. Έπειτα από βιοπληροφορική έρευνα βρέθηκε ότι η Rpo41 των μυκήτων προέρχεται από την αντίστοιχη πολυμεράση των βακτηριοφάγων Τ7/Τ3, και για λόγους που χρήζουν περαιτέρω εξέτασης, η συγκεκριμένη φαγική προγονική RNA πολυμεράση παρέμεινε στο αρχέγονο μιτοχόνδριο ως πλήρως λειτουργική, ενώ ο πρόγονος του Mtf1 εξελίχθηκε από το μεταγραφικό παράγοντα σίγμα ενός α πρωτεοβακτηρίου. Επομένως, αυτή η μελέτη παρουσιάζει πληροφορίες σχετικά με την πιστότητα της μοναδικής υπομονάδας της mt-RNA πολυμεράσης κατά τη μεταγραφή, καθώς η σωστή αναγνώριση των μιτοχονδριακών υποκινητών από την Rpo41 απαιτεί ένα παράγοντα παρόμοιο με τον βακτηριακό παράγοντα σίγμα (σ), δηλαδή τον Mtf1. Έτσι, η υπόθεση ενός μολυσμένου με φάγου α-πρωτεοβακτηρίου, ως ενδοσυμβιωτικού προγόνου του μιτοχονδρίου επιβεβαιώνεται σε αυτήν τη διδακτορική διατριβή και αναβαθμίζεται περαιτέρω από την ύπαρξη συνεξέλιξης μεταξύ των λειτουργικών συστατικών του ολοενζύμου της μιτοχονδριακής μεταγραφής, τα οποία προέρχονται τόσο από βακτήρια (Mtf1) όσο και από ιούς (Rpo41). Στο δεύτερο σκέλος της διδακτορικής διατριβής, πραγματοποιήθηκε χαρακτηρισμός της μιτοχονδριακής DNA πολυμεράσης γ (Mip1) του M. brunneum. Οι πρωτεΐνες που είναι απαραίτητες για την αντιγραφή (π.χ. DNA πολυμεράση γ) και για τη μεταγραφή (π.χ. μιτοχονδριακή RNA πολυμεράση) του mtDNA, και γενικά αυτές που εμπλέκονται στη διατήρηση του μιτοχονδριακού γονιδιώματος, είναι γνωστό ότι κωδικοποιούνται από πυρηνικά γονίδια. Όπως προαναφέρθηκε και παραπάνω, αρκετές από τις πρωτεΐνες που εμπλέκονται στην αντιγραφή και έκφραση του mtDNA έχουν ομολογία με τα αντίστοιχα γονίδια των βακτηριοφάγων. Στην παρούσα διατριβή, μία in silicο συνδυαστική δομή του ολοενζύμου Mip1 – Rpo41 – Mtf1 για την έναρξη της αντιγραφής του mtDNA προτάθηκε με βάση την υπόθεση ότι η Rpo41 συνθέτει εκκινητές που χρησιμοποιούνται για την έναρξη του πολυμερισμού από την Mip1 στην περιοχή έναρξης της αντιγραφής (ori/rep). Πιο αναλυτικά, παράλληλα με την in silico ανάλυση των μιτοχονδριακών γονιδιωμάτων, εντοπίστηκε, με βάση ειδικά κριτήρια που επιλέχθηκαν, μία περιοχή έναρξης της αντιγραφής (ori/rep), τόσο στο είδος B. bassiana όσο και στο M. brunneum, στην περιοχή ενδιάμεσα του trnP γονιδίου και της rnl – μεγάλης ριβοσωμικής υπομονάδας. Παράλληλα με τη μελέτη της δομικής μεταγραφικής οργάνωσης των mt γονιδιωμάτων και των εντοπισμό υποκινητών και αλληλουχιών τερματισμού της μεταγραφής, σημαντικό στοιχείο της μελέτης του μύκητα M. brunneum αποτελούσε και η αναγνώριση – εξέταση in vivo του κύριου εμπλεκόμενου πυρηνικού γονιδίου στην μιτοχονδριακή αντιγραφή (mip1 – μιτοχονδριακή DNA πολυμεράση γ), το οποίο ενδέχεται να συνεισφέρει και στην εντομοπαθογονική συμπεριφορά του μύκητα, πέρα της βασικής τους λειτουργίας στον κυτταρικό κύκλο και κατ’ επέκταση στην φυσιολογία του. Όσον αφορά τις μεταλλαγές διαγραφής – αποσιώπησης στο γονίδιο mip1, διαπιστώθηκε ότι η πρωτεΐνη Mip1 είναι απαραίτητη για την κυτταρική ανάπτυξη, τη μορφολογία, την εκβλάστηση των κονιδίων καθώς και την αντοχή σε συνθήκες στρες στο στέλεχος M. brunneum ARSEF 3297. Η υποέκφραση της πρωτεΐνης Mip1 δεν προκαλεί μείωση της μεταγραφής των μιτοχονδριακών γονιδίων σε σχέση με τα επίπεδα στο στέλεχος φυσικού τύπου, υποδηλώνοντας ότι η Mip1 δεν απαιτείται για την επιτυχή διεκπεραίωση της μιτοχονδριακής μεταγραφής. Συγκεκριμένα, εντοπίστηκαν λειτουργικές διαφορές μεταξύ του Μ. brunneum (Δmip1) με τα αντίστοιχα στελέχη στο μύκητα Saccharomyces cerevisiae και στους ανώτερους οργανισμούς. Σε αντίθεση με το S. cerevisiae, ο μηχανισμός της αντιγραφής του μιτοχονδριακού DNA στο M. brunneum, ομοιάζει με αυτόν που παρατηρείται στους ανώτερους οργανισμούς, οι οποίοι δεν μπορούν να επιβιώσουν από την απώλεια της μιτοχονδριακής λειτουργίας, καθώς υπήρξε αδυναμία απομόνωσης knock-out στελέχους. Ακόμα, τα μιτοχονδρικά γονιδιώματα στο στέλεχος ARSEF 3297 και στον άνθρωπο είναι παρόμοια σε μέγεθος και πολύ μικρότερα από αυτό του S. cerevisiae. Συμπερασματικά, η παραπάνω έρευνα (Δmip1) αποτελεί την πρώτη συστηματική μελέτη της κυτταρικής λειτουργίας της πρωτεΐνης DNA πολυμεράσης γ στον εντομοπαθογόνο μύκητα M. brunneum. Entomopathogenic fungi and in particular the genera Beauveria and Metarhizium have been exploited for the biological control of pests. Genome analyses are important to understand better their mode of action and thus, improve their efficacy against their hosts. Until now, the sequences of their mitochondrial genomes were studied, but not at the level of transcription. In all other Ascomycota, with the exception of yeasts and Neurospora crassa whose mt gene transcription is well described, related information is extremely scarce. In this work, mt transcription and key enzymes of this function were studied. RTPCR experiments and Northern hybridizations reveal the transcriptional map of the mt genomes of B. bassiana and M. brunneum species. The mt genes are transcribed in six main transcripts and undergo post-transcriptional modifications to create single gene transcripts. Promoters were determined in both mt genomes with a comparative in silico analysis, including all known information from other fungal mt genomes. The promoter consensus sequence is 5'-ATAGTTATTAT-3' which is in accordance with the definition of the polycistronic transcripts determined with the experiments described above. Moreover, 5'-RACE experiments in the case of premature polycistronic transcript nad1-nad4-atp8-atp6 revealed the 5' end of the RNA transcript immediately after the in silico determined promoter, as also found in other fungal species. The endpoints of these abundant mitochondrial transcripts generally coincide with those of tRNA sequences. We therefore conclude that tRNA sequences in some polycistronic transcripts act as primary signals for RNA processing in mitochondria of these entomopathogenic fungi (Punctuation model: single tRNAs may play this role). In this study, the strongest evidence for tRNA sequences being primary signals in mitochondrial RNA processing comes from an analysis of transcription units 4 and 5 (cox1-trnR2 and nad1-nad4-atp8-atp6, respectively). The 3'-termini of mRNAs and LSU rRNA are proposed to be distinct 5'-TAAATT-3' motifs that are located at a variable distance (1–218 nt) downstream from mRNA and LSU-rRNA coding regions. Since several conserved elements were retrieved from these analyses compared to the already known data from yeasts and N. crassa, the phylogenetic analyses of mt RNA polymerase (Rpo41) and its transcriptional factor (Mtf1) were performed in order to define their evolution. As expected, it was found that fungal Rpo41 originate from the respective polymerase of T7/T3 phages, while the ancestor of Mtf1 is of alphaproteobacterial origin. Therefore, this study presents insights about the fidelity of the mt single-subunit phage-like RNA polymerase during transcription, since the correct identification of mt promoters from Rpo41 requires an ortholog to bacterial sigma factor, i.e., Mtf1. Thus, a previously proposed hypothesis of a phage infected alphaproteobacterium as the endosymbiotic progenitor of mitochondrion is confirmed in this study and further upgraded by the co-evolution of the bacterial (Mtf1) and viral originated (Rpo41) components in one functional unit. Meanwhile, the mitochondrial DNA polymerase γ (Mip1) of Metarhizium brunneum (strain ARSEF 3297) was characterized. Τhe proteins necessary for replication (e.g. DNA Polymerase Gamma) and for transcription (e.g. Mitochondrial RNA Polymerase) of the mtDNA, and generally those which are involved in the maintenance of mtDNA, are encoded by nuclear genes. It is also known that several of the proteins involved in mitochondrial replication and transcription have homology with the respective genes of bacteriophages. In this study, a combined in silico structure of Mip1-Rpo41-Mtf1 holoenzyme for initiation of mtDNA replication is proposed in fungi, particularly M. brunneum, based on the hypothesis that Rpo41 synthesizes primers that are used for primer extension by Mip1 at origin of replications, which have been recognized (in silico) in this thesis. Disruption mutants show Mip1 to be essential for cell growth, morphology, germination and stress tolerance. Underexpression of Mip1 (Δmip1) does not cause a reduction in transcription of mitochondrial genes, suggesting that Mip1 is not required for efficient transcription. The functional differences between Mip1 of M. brunneum with Saccharomyces cerevisiae and higher organisms are discussed in this thesis. In contrast to S. cerevisiae, the established model for mitochondrial DNA replication for M. brunneum resembles higher organisms that cannot tolerate the loss of mitochondrial function. The M. brunneum and human mitochondrial genomes are similar in size and much smaller than the respective genome of S. cerevisiae. Overall, this thesis is an important first step in the recognition of M. brunneum as an alternative and complementary model system for molecular genetic and biochemical studies of mitochondrial DNA replication and mitochondrial–nuclear interactions. This is the first systematic study of the cellular function of Mip1 in entomopathogenic fungi.

Η λεϊσμανίαση αποτελεί μία πολυσυστηματική παρασιτική νόσο με ένα ευρύ φάσμα κλινικών συμπτωμάτων, όπως χρόνιων φλεγμονών του δέρματος και των σπλαγχνικών οργάνων, που μπορεί να είναι θανατηφόρος αν δεν θεραπευτεί έγκαιρα. Επηρεάζει 12 εκατομμύρια ανθρώπους παγκοσμίως, ενώ 0,7 - 1,2 εκατομμύρια νέες περιπτώσεις αναφέρονται ετησίως από σχεδόν 100 ενδημικές χώρες. Πρόκειται για μια ενδημική νόσο της Νοτίου Ευρώπης με προοδευτικά αυξανόμενη συχνότητα και στις μη ενδημικές περιοχές, θέτοντας πρόβλημα δημόσιας υγείας. Προκαλείται από περισσότερα από 21 διαφορετικά είδη μονοκύτταρων πρωτόζωων παρασίτων του γένους Leishmania, της οικογένειας των τρυπανοσωματιδών (Trypanosomatidae), που μεταδίδονται στους τελικούς σπονδυλωτούς ξενιστές τους μέσω του δήγματος των μολυσμένων θηλυκών εντόμων της οικογένειας των ψυχοειδών (γένη Phlebotomus και Lutzomyia), τα οποία εισερχόμενα στην κυκλοφορία του αίματος μολύνουν τα μονοπύρηνα φαγοκύτταρα του ξενιστή. Κύριοι ξενιστές του παρασίτου αποτελούν ο άνθρωπος, είδη της οικογένειας των κυνιδών και τα τρωκτικά. Η βαρύτητα των κλινικών εκδηλώσεων της νόσου εξαρτάται τόσο από το είδος του παρασίτου, όσο και από την γενετική προδιάθεση και την ανοσοϊκανότητα του προσβεβλημένου ξενιστή, όπως αυτό αποδεικνύεται στα μοντέλα ζωικών προτύπων που είναι διαθέσιμα. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει εμπορικά διαθέσιμο αποτελεσματικό εμβόλιο, η χημειοθεραπεία αποτελεί τη μόνη θεραπευτική επιλογή για τη νόσο. Οι διαθέσιμες χημειοθεραπείες και συνδυαστικές θεραπείες περιλαμβάνουν φάρμακα, όπως η πενταμιδίνη, η παρομομυκίνη, διάφορες αζόλες, η λιποσωμιακή αμφοτερικίνη Β και η μιλτεφοσίνη. Ωστόσο, όλες αυτές οι επιλογές παρουσιάζουν σημαντικές παρενέργειες, όπως τοξικότητα, υψηλό κόστος και αυξανόμενο ποσοστό αποτυχίας, που οφείλεται κυρίως στην ανάπτυξη αντοχής του παρασίτου. Συνεπώς, καθίσταται αναγκαία η διερεύνηση νέων δραστικών αντιλεϊσμανιακών ουσιών και νέων αποτελεσματικών πρωτοκόλλων θεραπείας. Σύγχρονες επιδημιολογικές μελέτες αναδεικνύουν πως η Μεσογειακή διατροφή συνδέεται με μειωμένη συχνότητα εμφάνισης χρόνιων φλεγμονωδών νοσημάτων όπως, καρδιαγγειακές παθήσεις, νευρολογικές διαταραχές και ορισμένοι τύποι καρκίνου. Βασικό συστατικό της αποτελεί το ελαιόλαδο και ειδικότερα το εξαιρετικά παρθένο ελαιόλαδο (extra virgin olive oil, EVOO), το οποίο προέρχεται από το φυτό Olea europaea L. Πολυάριθμες μελέτες σε in vitro και in vivo πειραματικά μοντέλα αποδίδουν τις ευεργετικές επιδράσεις του ελαιολάδου στα μονοακόρεστα λιπαρά οξέα (monounsaturated fatty acids, ΜUFAs) και στο πολικό του κλάσμα (total phenolic fraction, TPF), στο οποίο εμπεριέχονται ποικίλες βιοφαινόλες, όπως φαινυλικές αλκοόλες, φαινολικά οξέα, σεκοϊριδοειδή, φλαβονοειδή και λιγνάνες. Συνεπώς, η κατανάλωση ελαιολάδου, του ακρογωνιαίου λίθου της Μεσογειακής διατροφής, συσχετίζεται με ευεργετικές για την υγεία ιδιότητες, όπως αντιοξειδωτικές, αντιφλεγμονώδεις και αντικαρκινικές. Πρόσφατα, η Ευρωπαϊκή Επιτροπή Ασφάλειας Τροφίμων (EFSA) γνωμοδότησε σχετικά με τη θετική συμβολή των βιοφαινολών του ελαιολάδου στην υγεία του ανθρώπου. Επομένως, η διερεύνηση του ρόλου αυτών των βιοδραστικών μορίων του ελαιόλαδου στη θεραπεία ενδημικών λοιμωδών νοσημάτων, στις χώρες της Νοτίου Ευρώπης που είναι οι κύριες ελαιοπαραγωγικές χώρες παγκοσμίως με την υψηλότερη κατά κεφαλή κατανάλωση ελαιολάδου, είναι ιδιαίτερου επιστημονικού ενδιαφέροντος. Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής αποτέλεσε η συγκριτική μελέτη των αντιλεϊσμανιακών ιδιοτήτων δύο ολικών φαινολικών κλασμάτων, TPF1 και TPF2, προερχόμενα από ελληνικά EVOOs, με διαφορετική πολυφαινολική σύσταση, καθώς και η συσχέτιση τόσο αυτών όσο και τεσσάρων βασικών απομονωμένων πολυφαινολικών τους συστατικών, με το εμπορικά διαθέσιμο αντιλεϊσμανιακό φάρμακο μιλτεφοσίνη (HePC), σε in vitro και in vivo πειραματικά μοντέλα της νόσου. Η ποσοτική ανάλυση έδειξε ότι το TPF2 ήταν πλουσιότερο σε φαινολικές ενώσεις, καθώς περιείχε υδροξυτυροσόλη (HT) (5 mg/g εκχυλίσματος), τυροσόλη (Τ) (12 mg/g), ολεασεΐνη (OLEA) (144 mg/g) και ολεοκανθάλη (OLEO) (301 mg/g), ενώ το TPF1 περιείχε ΗΤ και Τ στα 7 και 42 mg/g εκχυλίσματος, αντίστοιχα. Παρά τη διαφορετική τους φαινολική σύσταση, και τα δύο TPF άσκησαν ισχυρή αντιλεϊσμανιακή δράση έναντι δύο ειδών του γένους Leishmania, των L. infantum και L. major, τα οποία αποτελούν αιτιολογικούς παράγοντες της σπλαγχνικής και της δερματικής μορφής της νόσου, αντίστοιχα. Ωστόσο, το TPF2 επέδειξε ισχυρότερες αντιλεϊσμανιακές ιδιότητες. Ομοίως, οι απομονωμένες πολυφαινολικές τους ενώσεις, ολευρωπεΐνη (OLE), HT, OLEA και OLEO, επέδειξαν σημαντική αντιλεϊσμανιακή δράση και στα δύο μοντέλα. Επίσης, με εξαίρεση την OLE, όλες οι εξεταζόμενες ουσίες εμφάνισαν χαμηλή τοξικότητα έναντι των μακροφάγων και σαφή εκλεκτικότητα έναντι του Leishmania spp. Η παρούσα διατριβή στη συνέχεια εστίασε στη συγκριτική μελέτη των δύο ολικών φαινολικών κλασμάτων, προσδιορίζοντας τον τύπο του επαγόμενου κυτταρικού θανάτου σε προμαστιγώτες Leishmania spp. Ειδικότερα, στους εξωκυττάριους προμαστιγώτες προσδιορίστηκαν χαρακτηριστικοί μορφολογικοί και βιοχημικοί δείκτες αποπτωτικού θανάτου. Η αυξανόμενη ανθεκτικότητα του παρασίτου στα διαθέσιμα αντιλεϊσμανιακά φάρμακα που χρησιμοποιούνται για πολλές δεκαετίες, οδηγεί αναπόφευκτα στην αναζήτηση νέων αποτελεσματικών θεραπευτικών ουσιών ή συνδυαστικών δοσολογικών σχημάτων. Τα τελευταία χρόνια η συνδυαστική χρήση φαρμάκων υποστηρίζεται όλο και περισσότερο ως ένας τρόπος για την αύξηση της αποτελεσματικότητας, τη μείωση της διάρκειας και του κόστους της θεραπείας και τον περιορισμό της ανθεκτικότητας. Στην παρούσα διατριβή αξιολογήθηκαν οι αλληλεπιδράσεις καθεμίας βιοφαινολικής ένωσης με τη HePC, με απώτερο στόχο τη βελτιστοποίηση της απόδοσης της HePC, του μοναδικού εγκεκριμένου από τον Οργανισμό Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA) σκευάσματος που χορηγείται δια στόματος για τη θεραπεία της λεϊσμανίασης. Η αξιολόγηση της φύσης της αλληλεπίδρασης πραγματοποιήθηκε σε in vitro συστήματα εξωκυττάριων προμαστιγωτών και ενδοκυττάριων αμαστιγωτών Leishmania, με βάση την τροποποιημένη μέθοδο ισοβολογράμματος. Τα αποτελέσματα στο σύστημα των προμαστιγωτών L. infantum και L. major αποκάλυψαν αθροιστικότητα για τις αλληλεπιδράσεις HePC-TPF1 και HePC-TPF2, συνέργεια για την αλληλεπίδραση HePC-OLEΟ, αδιαφορία για HePC-HT και HePC-OLEA και ανταγωνισμό για HePC-OLE. Μεταξύ αυτών, τα αποτελέσματα που οδήγησαν σε συνέργεια και αθροιστικότητα χαρακτηρίστηκαν ως τα πιο υποσχόμενα, καθώς προκάλεσαν σημαντική μείωση στη δοσολογία της HePC. Οι υποσχόμενες αυτές αλληλεπιδράσεις επιβεβαιώθηκαν περαιτέρω από την ενισχυμένη ενδοκυττάρια παραγωγή ROS στους εξωκυττάριους προμαστιγώτες. Ακολούθησε η διερεύνηση του είδους των αλληλεπιδράσεών τους με τη HePC και στο σύστημα των ενδοκυττάριων αμαστιγωτών, όπου τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ανταγωνισμό και στα δύο είδη του παρασίτου. Επιπλέον, σε in vitro σύστημα Leishmania – μολυσμένων μακροφάγων αναδείχθηκε η ανοσορυθμιστική δράση και των τριών βιοφαινολικών ενώσεων, TPF1, TPF2 και OLEO, η οποία στην πλειονότητα των δοκιμασιών ενισχύθηκε όταν οι ενώσεις αυτές συνδυάστηκαν με τη HePC. Το σύνολο των ανωτέρω αποτελεσμάτων ανέδειξε την OLEO ως το πιο πολλά υποσχόμενο μόριο και οδήγησε στην επιλογή της για την περαιτέρω εφαρμογή της σε in vivo πειραματικό μοντέλο δερματικής λεϊσμανίασης, προκειμένου να αξιολογηθεί τόσο η μονήρης, όσο και η συνδυαστική με τη HePC θεραπευτική της δράση. Συμπερασματικά, τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης επαλήθευσαν ότι τα ολικά φαινολικά κλάσματα του ελαιολάδου αποτελούν βιοενεργά εκχυλίσματα με ισχυρή αντιλεϊσμανιακή και ανοσοτροποποιητική δράση. Επιπλέον, ανέδειξαν ότι τα κλάσματα που είναι πλουσιότερα στις φαινολικές ενώσεις OLEA και OLEO, εστέρες των ΗΤ και Τ, αντίστοιχα, έχουν ισχυρότερη αντιλεϊσμανιακή δράση. Η παραδοχή αυτή επιβεβαιώθηκε περαιτέρω από τη διερεύνηση της λεϊσμανιοκτόνου δράσης των απομονωμένων πολυφαινολών, όπου η OLEO έδωσε τα πιο υποσχόμενα αποτελέσματα μεταξύ των υπό μελέτη καθαρών ενώσεων. Επίσης, η συσχέτιση των βιοενεργών φυσικών συστατικών με τη HePC, έδειξε μία υποσχόμενη θεραπευτική προσέγγιση έναντι των παρασίτων, υποδεικνύοντας νέα θεραπευτικά πρωτόκολλα που μπορούν να καθορίσουν πιθανά αποτελεσματικά δοσολογικά σχήματα που σχετίζονται με τη βέλτιστη χαμηλότερη δόση του τυπικού φαρμάκου. Η στρατηγική της συνδυαστικής χημειοθεραπείας ενθαρρύνει την μελλοντική επίτευξη αυτής της στρατηγικής για την αντιμετώπιση της νόσου σε δύσκολες κλινικές περιπτώσεις υποτροπών, σε περιπτώσεις ασθενών που δεν ανταποκρίνονται στην αρχική διαθέσιμη χημειοθεραπεία, καθώς και σε περίπλοκες καταστάσεις όπως η συλλοίμωξη με τον ιό HIV. Leishmaniasis is a multisystemic parasitic disease with a wide range of clinical symptoms, including chronic inflammation of skin and internal visceral organs, and can be fatal if left untreated. It affects 12 million people worldwide, while 0.7 - 1.2 million new cases are annually reported from nearly 100 endemic countries. Leishmaniasis is endemic in Southern Europe with a progressively increasing incidence in non-endemic areas, posing a public health problem. It is caused by more than 21 different species of unicellular protozoan parasites of the genus Leishmania (family Trypanosomatidae), which are transmitted to their final vertebrate hosts through the blood meal of infected female insects belonging to the family of Psychodidae (genus Phlebotomus and Lutzomyia), and infect the host's mononuclear phagocytes. The main hosts of the parasite are humans, species of the canine family and rodents. The severity of clinical manifestations of the disease depends on both the species of the parasite and the genetic predisposition and immunocompetence of the infected host, as has been demonstrated in the available experimental animal models. Since no effective vaccine is available, chemotherapy is the only treatment option for the disease. Available chemotherapy and combination therapies include drugs such as pentamidine, paromomycin, azoles, liposomal amphotericin B and miltefosine. However, all these options present severe drawbacks, such as toxicity, high cost and an increasing failure rate, mainly due to the development of protozoan resistance, which necessitates the investigation of new active antileishmanial substances and new effective treatment protocols. Recent epidemiological studies show that Mediterranean Diet (MD) is associated with a reduced incidence of chronic inflammatory diseases such as cardiovascular diseases, neurological disorders and certain types of cancer. The main ingredient of MD is olive oil, and in particular extra virgin olive oil (EVOO), which comes from the plant Olea europaea L. Numerous studies in in vitro and in vivo models of various diseases, claim that the beneficial effects of olive oil are attributed to monounsaturated fatty acids (MUFAs) and to its polar fraction (total phenolic fraction, TPF), which contains chemical classes of biophenols, such as phenyl alcohols, phenolic acids, secoiridoids, flavonoids and lignans. Thus, the consumption of olive oil, as an indispensable product of MD, is strongly associated with beneficial health benefits, such as antioxidant, anti-inflammatory and anti-cancer properties. Recently, the European Food Safety Committee (EFSA) has issued on the positive contribution of olive oil biophenols to human health. Therefore, the investigation of the role of these bioactive molecules of olive oil in the treatment of endemic infectious diseases in Southern European countries, which are the main oil-producing countries with the highest overall consumption of olive oil, is of special scientific interest. The aim of this PhD thesis was the comparative study of the antileishmanial properties of two total phenolic fractions, TPF1 and TPF2, with different polyphenolic composition, derived from Greek EVOOs, and their association, as well as their main isolated polyphenolic components association with the commercially available antileishmanial drug miltefosine (HePC), in in vitro and in vivo experimental models of leishmaniasis. The quantitative analysis revealed that TPF2 was richer in phenolic compounds as it contained hydroxytyrosol (HT) (5 mg/g of extract), tyrosol (T) (12 mg/g), oleacein (OLEA) (144 mg/g) and oleocanthal (OLEO) (301 mg/g), while TPF1 contained HT and T at 7 and 42 mg/g of extract, respectively. Both TPF1 and TPF2, exerted potent antileishmanial activity against two species of the genus Leishmania, L. infantum and L. major, which are the causative agents of the visceral and cutaneous forms of the disease, respectively. However, TPF2 was demonstrated as the most potent antileishmanial compound. Similarly, the isolated polyphenolic compounds oleuropein (OLE), HT, OLEA and OLEO demonstrated significant antileishmanial activity in both models. Also, except OLE, all tested compounds showed low toxicity against macrophages and selectivity against Leishmania spp. In order to delineate the possible differential mode of action of the two total phenolic fractions, studies aimed to determine the type of induced cell death in Leishmania spp. promastigotes. In particular, various characteristic morphological and biochemical markers of apoptosis were determined in Leishmania spp. parasites. Due to the parasite's growing resistance to antileishmanial medications that have been used for many decades, new potent therapeutic agents or combination therapy regimens are urgently requested. In recent years, drug combinations have been increasingly advocated as a way to increase efficacy, reduce the duration and the cost of treatment and limit the occurrence of drug resistance. In this thesis, the interactions of each biophenolic compound with HePC were evaluated in vitro, with the ultimate goal of optimizing the effect of HePC, the only oral formulation approved for the treatment of leishmaniasis. This correlation was performed using the modified isobologram method, and the results revealed additivity for HePC-TPF1 and HePC-TPF2 interactions, synergy for HePC-OLEO, indifference for HePC-HT and HePC-OLEA and antagonism for HePC-OLE, in both L. infantum and L. major promastigotes. Among these, the results leading to synergy and additivity were characterized as the most promising, as they induced a significant reduction in the required dose of HePC. These promising interactions were further confirmed by the enhanced intracellular ROS production in extracellular promastigotes. These results led to further investigation of the nature of the interactions of these compounds on intracellular amastigotes, and the results revealed antagonism in both species of the parasite. Furthermore, the three biophenolic compounds TPF1, TPF2, and OLEO were also highlighted for their immunomodulatory action in an in vitro system of Leishmania - infected macrophages, which in most cases was enhanced when combined with HePC. These results characterized OLEO as the most promising molecule and drove to its further investigation in an in vivo experimental model of cutaneous leishmaniasis, in order to evaluate both its single and combined with HePC therapeutic effect. Overall, the results obtained from the present PhD thesis verified that total phenolic fractions of olive oil are bioactive extracts with potent antileishmanial and immunomodulatory activity. In addition, they revealed that fractions richer in the phenolic compounds OLEA and OLEO, esters of HT and T, respectively, possess stronger antileishmanial activity. This assumption was further confirmed by the investigation of the leishmanicidal activity of the isolated polyphenols, where OLEO gave the most promising results among the studied pure compounds. Moreover, the association of these bioactive natural components with HePC showed a promising new therapeutic approach against Leishmania parasites, indicating that such approaches can determine potentially effective treatment regimens associated with optimal lower dose of the standard drug. Combination chemotherapy encourages future pursuit of this strategy for treating disease in difficult clinical relapses, in patients who do not respond to the initial available chemotherapy, and in complex situations such as HIV co-infection.

Η χρόνια λεμφοκυτταρική λευχαιμία αποτελεί την πιο συχνή μορφή λευχαιμίας στους ενήλικες του δυτικού κόσμου και χαρακτηρίζεται από την σταδιακή συσσώρευση ώριμων Β-λεμφοκυττάρων στο αίμα, στον μυελό τον οστών και στους λεμφαδένες. Τα κυκλικά μόρια RNA (circRNA) είναι μια νέα κατηγορία ενδογενών μη κωδικών μορίων RNA τα οποία αποτελούν προϊόντα εναλλακτικής συρραφής που προκύπτουν μέσω του μηχανισμού οπίσθιας συρραφής. Επηρεάζουν ένα ευρύ φάσμα βιολογικών διεργασιών κυρίως μέσω της αλληλεπίδρασης με πρωτεΐνες και microRNAs. Όλο και περισσότερο τα circRNA αναγνωρίζονται ως ρυθμιστές των φυσιολογικών και παθολογικών χαρακτηριστικών των κυτταρικών πληθυσμών που προέρχονται από την διαφοροποίηση των αρχέγονων αιμοποιητικών κυττάρων. Ειδικότερα, αρκετά circRNA βρέθηκαν να ενισχύουν ή να καταστέλλουν την εξέλιξη του όγκου στις αιματολογικές κακοήθειες όπως οι λευχαιμίες και τα λεμφώματα. Το circCCT3 προάγει την εξέλιξη του πολλαπλού μυελώματος μέσω του ρυθμιστικού άξονα miR-610/AKT3 ωστόσο, ο ρόλος του στην ΧΛΛ παραμένει άγνωστος. Έτσι, αντικείμενο μελέτης της παρούσας διπλωματικής εργασίας αποτέλεσε η μελέτη της έκφρασης του κυκλικού circCCT3 σε δείγματα ασθενών με ΧΛΛ. Για τον σκοπό αυτό, πραγματοποιήθηκε απομόνωση RNA από 10 δείγματα ασθενών και αντίστροφη μεταγραφή αυτού με χρήση εκκινητών τυχαίων εξαμερών. Ακολούθησε μια σειρά πειραμάτων 1ου και 2ου κύκλου PCR με χρήση αποκλίνοντων εκκινητών, και έπειτα ποσοτικός προσδιορισμός της έκφρασης του circCCT3 με αντιδράσεις real time qPCR αξιοποιώντας τη φθορίζουσα χρωστική SYBR Green I. Στο τέλος, πραγματοποιήθηκε στατιστική ανάλυση, όπου συσχετίστηκε η έκφραση του circCCT3 με τα κλινικοπαθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών. Οι διαφορές στην έκφραση που παρατηρήθηκαν στα δείγματα των ασθενών δεν φάνηκε να συσχετίζονται σατιστικώς σημαντικά με τις μεταβλητές που μελετήθηκαν, πιθανώς λόγω του μικρού δείγματος. Η κατανόηση του τρόπου έκφρασης του circCCT3 και της σχέσης ανάμεσα στην έκφραση του με τα διάφορα κλινοπαθολογικά χαρακτηριστικά των ασθενών μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην καλύτερη αντιμετώπιση της νόσου. Chronic lymphocytic leukemia is the most common type of leukemia in adults in the western world and is characterized by the progressive accumulation of mature B lymphocytes in peripheral blood, bone marrow and lymph nodes. Circular RNAs (circRNAs) are a new class of endogenous non-coding RNAs that are products of alternative splicing, arise through the back-splicing mechanism. They affect a wide range of biological processes mainly through interaction with proteins and microRNAs. CircRNAs have been increasingly recognized as modulators of physiological and pathological features of hematopoetic stem cell (HSC)-derived populations. In particular, several circRNAs were found to enhance or suppress tumor progression in hematological malignancies such as leukemias and lymphomas. CircCCT3 promotes multiple myeloma progression through the miR-610/AKT3 regulatory axis however, its role in CLL remains unknown. The aim of this thesis was to study the expression levels of circCCT3 in CLL patient samples. For this purpose, RNA isolation from 10 patient samples and reverse transcription of this RNA was performed using random hexamer primers. This was followed by a series of 1st and 2nd cycle PCR experiments using divergent primers, and then quantification of circCCT3 expression by real time qPCR reactions utilizing the fluorescent dye SYBR Green I. Finally, statistical analysis was performed, where circCCT3 expression was correlated with the clinicopathological characteristics of the patients. The differences in expression observed in the patient samples did not seem to correlate statistically significantly with the variables studied, probably due to the small sample size. Understanding how circCCT3 is expressed and the relationship between its expression and the various clinicopathological features of patients may contribute significantly to better management of the disease.

Οι αξιοσημείωτες ιδιότητες των μετάλλων μετάπτωσης μπορούν να ενισχυθούν και να ελεγχθούν με κατάλληλα σχεδιασμένους υποκαταστάτες, όπως οι φωσφίνες και τα Ν-ετεροκυκλικά καρβένια (NHCs), και αυτή ήταν μια βασική ανακάλυψη για την σημαντική επιτυχία της κατάλυσης με μέταλλα μεταπτώσεως. Η δυναμική των NHCs ως προς τις ιδιότητές τους ως υπακαταστάτες έχει διερευνηθεί διεξοδικά. Αναμφίβολα, οι πιο επιτυχημένες και ευρέως γνωστές εφαρμογές τους είναι στη μετάθεση ολεφινών με καταλύτες βασισμένους σε ρουθήνιο και στις αντιδράσεις διασταυρούμενης σύζευξης που καταλύονται από σύμπλοκα παλλαδίου, αν και τα σύμπλοκά τους με άλλα μέταλλα μετάπτωσης έχουν επίσης ιδιαίτερο ενδιαφέρον ως αποτελεσματικοί καταλύτες σε ένα συνεχώς αυξανόμενο πλήθος οργανικών μετασχηματισμών. Σε αυτήν τη διατριβή, η κύρια εστίαση είναι στην κατάλυση με Au(I) και πιο συγκεκριμένα στην ανάπτυξη βιώσιμων και απλών συνθετικών οδών προς τους (προ-)καταλύτες τύπου Au(I)-NHC και στην επίδειξη της χρήσης τους σε οργανομεταλλική σύνθεση σχετική με την κατάλυση, μηχανιστικές μελέτες σε καταλυτικούς κύκλους και στον σχεδιασμό καινοτόμων καταλυτικών συστημάτων για τη σύνθεση χρήσιμων οργανικών μορίων. Σε όλο το εύρος της διατριβής, τονίζεται η σημασία που έχει η συνθετική πρόσβαση σε καταλυτικά σύμπλοκα, μία υποεκτιμημένη πτυχή της κατάλυσης. Αυτή η πτυχή συμπεριλαμβάνει την εγκατάσταση των NHCs σε κέντρα Au(I) και επίσης την παραγωγοποίηση των συμπλόκων [AuCl(NHC)] που προκύπτουν, με σκοπό την εκμετάλλευση του ανιοντικού υποκαταστάτη. Η ταυτότητα του ανιοντικού υποκαταστάτη υπαγορεύει τις εφαρμογές τέτοιων συμπλόκων, που κυμαίνονται από κατάλυση/μηχανιστικές μελέτες και φωτοχημικές εφαρμογές έως βιολογικές εφαρμογές. Στο Κεφάλαιο 1, παρέχεται μια γενική εισαγωγή σχετικά με τις συνθετικές μεθόδους προς τα σύμπλοκα Au(I)-NHC. Παρουσιάζεται η ποικιλία των μεθόδων για το σχηματισμό δεσμών Au(I)-NHC και περιγράφεται επίσης η ανάπτυξη της «μεθόδου ασθενούς βάσης» που αποτελεί την πιο ευέλικτη σχετική μέθοδο. Επιπλέον, δίνεται ο ορισμός των «χρυσών συνθόνων» και παρουσιάζονται τα πιο ιστορικά σημαντικά σύμπλοκα αυτού του τύπου που σχετίζονται με την κατάλυση. Στο Κεφάλαιο 2 παρουσιάζεται η συμβολή μας στην καθιέρωση και τη μηχανιστική κατανόηση της μεθόδου ασθενούς βάσης. Πειραματικές και θεωρητικές μελέτες για τη μεταλλείωση των αλάτων αζολίου οδηγούν στην πρόταση ενός μηχανισμού που μοιάζει με συντονισμένη μεταλλείωση-αποπρωτονίωση (CMD), στον οποίο η ενδιάμεση ένωση που αποτελείται από ένα ανιόν με κέντρο το μέταλλο και το κατιόν αζολίου, φαίνεται να είναι σημαντική. Αυτή η μελέτη ρίχνει φως στις μηχανιστικές αρχές που σχετίζονται με την ικανότητα των ασθενών βάσεων να δημιουργούν δεσμούς μετάλλου-NHC. Επιπλέον, περιγράφεται διεξοδικά η εφαρμογή της μεθόδου ασθενούς βάσης σε σύνθεση μεγάλης κλίμακας των συμπλόκων τύπου [AuCl(NHC)]. Στο Κεφάλαιο 3, περιγράφεται η ανάπτυξη μιας απλής και βιώσιμης μεθόδου για σύνθεση οργανομεταλλικών συμπλόκων άρυλο-χρυσού (Au(I)-Aryl). Αυτά τα σύμπλοκα, που σχετίζονται με την κατάλυση, προσεγγίζονται χρησιμοποιώντας την αντίδραση τρανσμεταλλείωσης υποβοηθούμενης από βάση, με αντιδραστήρια αρυλοβορονικών οξέων (και αντίστοιχων εστέρων) σε αειφόρους διαλύτες. Αυτή η μεθοδος οδηγεί σε μια άνευ προηγουμένου ποικιλία τέτοιων συμπλόκων υπό ήπιες συνθήκες. Ένα επιλεγμένο σύμπλοκο συντίθεται σε κλίμακα πολλών γραμμαρίων και χρησιμοποιείται ως μία νέα «χρυσή συνθόνη», παρέχοντας πρόσβαση σε καταλυτικά ενεργά σύμπλοκα χρυσού, μεταξύ άλλων. Επιπλέον, παρουσιάζεται η χρήση των Au(I)-Aryls για την μεταλλείωση C-H δεσμών τελικών αλκυνίων και συγκρίνεται με την ανάλογη αντίδραση μεταξύ των τελικών αλκυνίων και των διπυρηνικών παραγώγων των Au(I)-Aryls, οδηγώντας σε σημαντικές πληροφορίες που αφορούν τη διμεταλλική κατάλυση με χρυσό. Τέλος, αναδεικνύεται η εφαρμογή των Au(I)-Aryls στη διμεταλλική κατάλυση με χρυσό. Στο Κεφάλαιο 4, παρουσιάζεται η ανάπτυξη μιας βιώσιμης συνθετικής μεθόδου προς τα σύμπλοκα τύπου Carbene-Metal-Amide (CMA) με μέταλλα όπως Au, Ag και Cu. Αυτή η μέθοδος μεταλλείωσης N-H δεσμών παρέχει πρόσβαση σε διάφορα CMAs με εφαρμογές στην φωτοχημεία και στην (φωτο)κατάλυση. Επιπλέον, παρέχει μια απλή οδό για την εφαρμογή των CMAs στην διμεταλλική κατάλυση με μέταλλα όπως Au, Ag και Cu, οδηγώντας σε αποτελεσματικά συστήματα υδροφαινοξυλίωσης και υδροκαρβοξυλίωσης αλκυνίων. Στο Κεφάλαιο 5, η σύνθεση των CMAs βελτιώνεται περαιτέρω, εστιάζοντας στην εξάλειψη των τοξικών οργανικών διαλυτών από τη συνθετική διαδικασία. Επιπλέον, παρουσιάζεται μια εφαρμογή βιοδραστικών CMAs με βάση την β-καρβολίνη πέρα από τη φωτοχημεία και την κατάλυση, καθώς εξετάζονται ως πιθανοί αντικαρκινικοί παράγοντες. Στο Κεφάλαιο 6, τα σύμπλοκα από τα προηγούμενα κεφάλαια χρησιμοποιούνται ως προ-καταλύτες στην υδροφθορίωση αλκυνίων με υδροφθορικό οξύ. Η ανάπτυξη αυτού του καινοτόμου καταλυτικού συστήματος οδήγησε σε σημαντικές μηχανιστικές πληροφορίες σχετικά με την επίδραση του νερού και των ισχυρών δεσμών υδρογόνου στην κατάλυση χρυσού. Ένας νέος καταλυτικός κύκλος για υδροφθορίωση αλκυνίων προτείνεται με βάση αυτό το μοναδικό σύστημα. Στο Κεφάλαιο 7, περιγράφεται η ανάπτυξη καταλυτικών συστημάτων που δεν απαιτούν παραγωγοποίηση ή ενεργοποίηση συμπλόκων τύπου [AuCl(L)] (L = βοηθητικός υποκαταστάτης). Παρά τον αδρανή του χαρακτήρα, ο δεσμός Au-Cl, ο οποίος είναι πανταχού παρόν στα πιο ευρέως διαθέσιμα σύμπλοκα χρυσού, μπορεί να συμμετέχει σε δεσμούς υδρογόνου. Αυτό το χαρακτηριστικό παρέχει δυνατότητα ενεργοποίησης και σε αυτό το κεφάλαιο εκμεταλλευόμαστε την εξαιρετική ικανότητα δότη δεσμού υδρογόννου της εξαφθοροϊσοπροπανόλης (HFIP) για την επίτευξη αυτού του στόχου. Η ανάπτυξη κυκλοϊσομεριώσεων καταλυόμενων από χρυσό σε HFIP, παρέχει ένα απλό εργαλείο για την κατασκευή και την παραγωγοποίηση διαφόρων οργανικών μορίων, ενώ οι μηχανιστικές μελέτες που πραγματοποιούνται, παρέχουν σαφή στοιχεία για την αλληλεπίδραση τύπου δεσμού υδρογόνου που επιτρέπει την κατάλυση. Εν κατακλείδι, η παρούσα διατριβή αναδεικνύει τη σημασία της κατανόησης και της απλοποίησης της οργανομεταλλικής σύνθεσης στη χημεία του χρυσού, καθώς και της εφαρμογής καινοτόμων σχεδιασμών στην ομογενή κατάλυση. Οι συνθετικές μέθοδοι που αναπτύχθηκαν έχουν ήδη αντίκτυπο στον τομέα της χημείας του χρυσού, ενώ η χρήση διαφόρων συμπλόκων ως (προ-)καταλυτών, συνθόνων και εργαλείων για μηχανιστικές μελέτες, όπως φαίνεται στα καταλυτικά συστήματα που αναπτύχθηκαν στην παρούσα εργασία, αναμένεται να έχει διαρκή αντίκτυπο στον τομέα της κατάλυσης χρυσού στην οργανική σύνθεση, τόσο σε επίπεδο ακαδημαϊκής έρευνας όσο και στη βιομηχανία. The remarkable properties of transition metals can be enhanced and tuned by appropriately designed ancillary ligands, such as phosphines and N-heterocyclic carbenes (NHCs), and this was a key discovery for the immense success of transition metal catalysis. The potential of NHCs as ancillary ligands has been thoroughly explored and undoubtedly, their most successful and well-known applications are in ruthenium-catalyzed olefin metathesis and palladium-catalyzed cross-coupling reactions, although their complexes with other transition metals have also been rapidly gaining popularity as efficient catalysts in an ever-growing multitude of organic transformations. In this thesis, the primary focus is on Au(I) catalysis, and, more specifically, on the development of sustainable and simple synthetic routes to Au(I)-NHC (pre-)catalysts and demonstrating their use in catalysis-relevant organometallic synthesis, mechanistic investigations into catalytic cycles, as well as the design of innovative catalytic systems for the synthesis of small organic molecules. Throughout this thesis, synthetic access to catalytically relevant species, an underappreciated aspect of catalysis, is highlighted. This concept encompasses the installation of NHC ligands on Au(I), and also the derivatization of the resulting [AuCl(NHC)] complexes with the purpose of also exploiting the anionic ligand. The identity of the anionic ligand dictates the applications of such complexes, ranging from catalysis/mechanistic studies and photonic applications to biological applications. In Chapter 1, a general introduction regarding the synthetic methods towards Au(I)-NHC complexes is provided. The variety of methods for Au(I)-NHC bond formation is presented, and the development of the “weak base route” as the most versatile such method, is also described. Additionally, the definition of “golden synthons” is given, and the most historically important golden synthons of relevance to catalysis are presented. In Chapter 2, our contribution to the establishment and mechanistic foundations of the weak base route is presented. Experimental and theoretical studies on the metallation of azolium salts lead to the proposal of a concerted metalation-deprotonation (CMD)-like mechanism, in which the intermediacy of metallate complexes appears to be relevant. This sheds light on the mechanistic principals behind the ability of weak bases to generate metal-NHC bonds. Additionally, the application of the weak base route on large-scale synthesis of [AuCl(NHC)] complexes is thoroughly described. In Chapter 3, the development of a simple and sustainable route to Au(I)-Aryl complexes is described. These catalysis-relevant complexes are accessed using base-assisted transmetallation of aryl-boron reagents in desirable solvents. This route leads to an unprecedented variety of such complexes under mild conditions. One selected complex is synthesized on a multigram scale and utilized as a new golden synthon, providing access to catalytically active gold species, among others. Furthermore, the use of Au(I)-Aryls for C-H auration of terminal alkynes is presented and compared to the analogous reaction between terminal alkynes and the dinuclear derivatives of Au(I)-Aryls, leading to important insights into dual gold catalysis. Finally, the application of Au(I)-Aryls in dual gold catalysis is demonstrated. In Chapter 4, the development of a sustainable route to Carbene-Metal-Amide (CMA) complexes of Au, Ag and Cu, is presented. This N-H metallation route provides access to various CMAs with applications in photochemistry and (photo)catalysis. Additionally, it provides a simple entryway into the application of CMAs in dual coinage metal catalysis, leading to efficient systems for alkyne hydrophenoxylation and hydrocarboxylation. In Chapter 5, the synthesis of CMAs is further improved, focusing on the elimination of toxic organic solvents from the synthetic procedure. Additionally, an application of biorelevant, carboline-based CMAs beyond photochemistry and catalysis is shown, as they are screened as potential anticancer agents. In Chapter 6, the complexes from the previous chapters are used as pre-catalysts in the hydrofluorination of alkynes with aqueous HF. The development of this innovative catalytic system led to unprecedented mechanistic insights regarding the effects of water and strong hydrogen bonds on gold catalysis. A new catalytic cycle for alkyne hydrofluorination is proposed, based on this unique system. In Chapter 7, the development of catalytic systems which require no pre-functionalization or activation of [AuCl(L)] (L = ancillary ligand) complexes is described. Despite its inert character, the Au-Cl bond, which is ubiquitous in the most widely available gold complexes, can participate in hydrogen bonding. This feature provides a handle for activation, and we herein exploit the exceptional H-bonding ability of hexafluoroisopropanol (HFIP), to achieve this goal. The development of gold-catalyzed cycloisomerizations in HFIP provides a simple tool for the construction and functionalization of diverse organic molecules, while mechanistic investigations provide clear evidence for the hydrogen bonding interaction which permits catalysis. In conclusion, this thesis demonstrates the importance of understanding and simplifying organometallic synthesis in gold chemistry, as well as implementing innovative designs in catalysis. The cutting-edge synthetic methods that were developed have already had an impact on the field of gold chemistry, while the use of various complexes as (pre-)catalysts, synthons, and tools for mechanistic studies as shown in catalytic systems developed herein, is expected to have a continuous impact on the field of gold catalysis in organic synthesis, be it in academia or in industry.

Στην παρούσα εργασία θα ασχοληθούμε το νομό της Ευβοίας, στον οποίο θα γίνει καταγραφή και ανάλυση των πλημμυρικών φαινομένων που παρουσιάστηκαν σε μια περιοχή της Χαλκίδας (Δοκός, Αγίας Ελεούσα, Λιανή Άμμος) κατά το έτος 2019, καθώς και μια αναδρομή στο παρελθόν εντοπίζοντας παρόμοιες πλημμύρες στις πιο πάνω περιοχές, βγάζοντας εν τέλει αποτελέσματα και συμπεράσματα. In this work we will deal with the prefecture of Evia, in which we will record and analyze the flood phenomena that occurred in an area of ​​Chalkida (Dokos, Agia Eleusa, Liani Ammos) in the year 2019, as well as a look back at the past identifying similar floods in the above areas, ultimately drawing results and conclusions.

Τα μικρομοριακά RNAs (microRNAs ή miRNAs) αποτελούν μία ομάδα μικρών ρυθμιστικών μορίων RNA, μήκους 19-24 νουκλεοτιδίων, τα οποία δεσμεύονται σε συμπληρωματικές θέσεις κυρίως της 3’ αμετάφραστης περιοχής (3’ Untranslated Region, 3’UTR) των mRNAs-στόχων τους και προκαλούν την καταστολή της μετάφρασης και την αποσταθεροποίησή τους, συμμετέχοντας με τον τρόπο αυτό στη μετα-μεταγραφική ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης. Μέχρι στιγμής, έχουν ταυτοποιηθεί πολλά miRNAs που είτε εκφράζονται αποκλειστικά στο νευρικό σύστημα ή τα επίπεδα έκφρασής τους είναι ιδιαιτέρως υψηλά σε συγκεκριμένους νευρικούς κυτταρικούς τύπους/πληθυσμούς νευρώνων, σε διάφορα αναπτυξιακά στάδια, και ακόμη και σε συγκεκριμένα διαμερίσματα ενός νευρώνα, όπου διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην ανάπτυξη, τη διαφοροποίηση και τη λειτουργία του νευρικού συστήματος. H δημιουργία, αλλά και η αναδιαμόρφωση της δομής και λειτουργίας των συνάψεων ως απόκριση στη νευρωνική δραστηριότητα, διαδικασίες που συμβάλλουν στην παγίωση της μνήμης και μάθησης, επιτυγχάνονται μέσω μίας σειράς μοριακών γεγονότων, που περιλαμβάνουν την ενεργοποίηση ιοντικών διαύλων και υποδοχέων και τη διακίνηση ιόντων διαμέσου αυτών, τη φωσφορυλίωση σηματοδοτικών μορίων και μεταγραφικών παραγόντων, τη μεταγραφή, καθώς και την τοπική μετάφραση των συναπτικών mRNAs στις δενδριτικές άκανθες. Ολοένα και αυξανόμενα δεδομένα συνηγορούν στο γεγονός ότι, τα miRNAs εμπλέκονται στον έλεγχο όλων των παραπάνω διαδικασιών, καθώς απαντούν σε διάφορα συναπτοδενδριτικά διαμερίσματα των νευρώνων και συμβάλλουν σημαντικά στη ρύθμιση της συναπτικής ισχύος και πλαστικότητας, ενώ παράλληλα η έκφρασή τους μεταβάλλεται από τους μοριακούς μηχανισμούς που συντονίζουν τη λειτουργία της σύναψης αλλά απορρυθμίζεται κατά τη νευροπαθολογία. Όλα τα παραπάνω επισημαίνουν τη ζωτική σημασία που έχουν τα miRNAs στην ανάπτυξη και την εύρυθμη λειτουργία του νευρικού συστήματος. Με βάση τα παραπάνω, σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να διερευνηθεί ο ρόλος των νευρωνικών miRNAs στη μετα-μεταγραφική ρύθμιση της έκφρασης των ιοντικών διαύλων της πλασματικής μεμβράνης και του ενδοπλασματικού δικτύου (ΕΔ), που συντονίζουν τη συναπτική λειτουργία και κατέχουν κυρίαρχο ρόλο σε όλες τις θεμελιώδεις νευρωνικές διεργασίες. Συγκεκριμένα, η πειραματική μας μελέτη βασίστηκε σε τρεις άξονες που περιλαμβάνουν: α) τους διαύλους διαρροής ιόντων K+ TREK/TRAAK, β) τους υποδοχείς γλουταμινικού οξέος AMPA (a-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid Receptor), και γ) τους υποδοχείς ρυανοδίνης, RyR (Ryanodine Receptor), και 1,4,5-τριφωσφορικής ινοσιτόλης, IP3R (Inositol 1,4,5-triphosphate Receptor). Προκειμένου να εντοπιστούν πιθανές θέσεις πρόσδεσης των miRNAs στις 3’UTRs των υπό διερεύνηση mRNAs, αρχικά, πραγματοποιήθηκε συγκριτική βιοπληροφορική ανάλυση ανάμεσα σε πέντε βάσεις δεδομένων, η οποία αποκάλυψε ότι, τα miR-9, miR-96, miR-124, miR-128, miR-153, miR-182, miR-183 και miR-218 διαθέτουν πιθανές συμπληρωματικές θέσεις αναγνώρισης στις 3’UTRs των TREK1, TREK2, TRAAK, GluR1-4, RyR1-3 και IP3R1-3 mRNAs. Τα δεδομένα που προέκυψαν έπειτα από την ανάλυση της δοκιμασίας της λουσιφεράσης σε κύτταρα ΗΕΚ293 και SK-N-SH που υπερεξέφραζαν τα χιμαιρικά μετάγραφα ταυτόχρονα με τα miRNAs ή τους αναστολείς αυτών (TuD-miRNAs ή αντινοηματικά 2’-Ο-μεθυλ-ολιγονουκλεοτίδια), αντίστοιχα, απέδειξαν την ισχυρή αλληλεπίδραση μεταξύ του miR-183 και του TREK2 mRNA, του miR-128 και των TREK1, TREK2, GluR1 και GluR3 mRNAs, καθώς και του miR-218 και του GluR2 mRNA. Επιπλέον, επιβεβαιώθηκε ότι, το miR-124 αναγνωρίζει και προσδένεται ειδικά και ισχυρά σε συμπληρωματικές θέσεις στις 3’UTRs των TREK1, TREK2, GluR2-4, RyR1-3 και IP3R3 mRNAs, υποστηρίζοντας τον ρυθμιστικό του ρόλο στη χωροχρονική έκφραση της πλειονότητας των mRNAs που εξετάστηκαν. Περαιτέρω ανάλυση με τις τεχνικές RT-qPCR, ανοσοκυτταροχημείας και ανοσοαποτυπώματος κατά Western αποκάλυψε ότι, τα miRNAs αυτά καταστέλλουν την έκφραση των αντίστοιχων mRNAs-στόχων τους και επομένως προκαλούν σημαντική μείωση στα πρωτεϊνικά επίπεδα των υπομονάδων που συγκροτούν τους υπό μελέτη διαύλους-υποδοχείς. Έχοντας επιβεβαιώσει την κατασταλτική τους δράση, στη συνέχεια διερευνήθηκε η συμβολή αυτών των miRNAs στις νευρωνικές διεργασίες που επάγονται από την ενεργοποίηση των διαύλων TREK/TRAAK και των υποδοχέων AMPA, RyR και IP3R τόσο σε φυσιολογικές συνθήκες όσο και σε συνθήκες στρες. Όσον αφορά την περίπτωση των διαύλων TREK, αρχικά χρησιμοποιήθηκε η ηλεκτροφυσιολογική μέθοδος της καθήλωσης του δυναμικού σε τμήμα μεμβράνης (patch clamp) και διαπιστώθηκε ότι, η υπερέκφραση του miR-124 έχει ως αποτέλεσμα η ένταση του ρεύματος των ιόντων Κ+ που άγεται κατά τη θερμική ενργοποίηση του διαύλου TREK2 να είναι σημαντικά μειωμένη, γεγονός που απορρέει από τη μείωση που προκαλεί στην έκφραση του TREK2 mRNA, επιβεβαιώνοντας περαιτέρω την κατασταλτική του δράση. Ακολούθως, έγινε προσπάθεια να συσχετιστεί η ενδογενής έκφραση των miRNAs και των διαύλων TREK1 και TREK2 στο κεντρικό (ΚΝΣ) και περιφερικό νευρικό σύστημα (ΠΝΣ) τόσο σε φυσιολογικές συνθήκες όσο και σε καταστάσεις που σχετίζονται με την πρόκληση του νευροπαθητικού πόνου. Βρέθηκε ότι, τα miR-124, miR-128 και miR-183 και τα TREK1 και TREK2 mRNAs εμφανίζουν παρόμοιο πρότυπο έκφρασης κατά την ανάπτυξη του εγκεφάλου του ποντικού, αλλά και σε ώριμους νευρώνες των γαγγλίων της ραχιαίας ρίζας (Dorsal Root Ganglia, DRG). Τα δεδομένα που προέκυψαν από τη δοκιμασία της λουσιφεράσης σε ώριμους νευρώνες DRG που υπερεξέφραζαν τα TREK1 ή TREK2 και το TuD-124 ή TuD-128 επιβεβαίωσαν την κατασταλτική δράση του miR-124 και του miR-128 στην έκφραση των TREK1 και TREK2 mRNAs στους νευρώνες αυτούς. Τέλος, σε αντίθεση με ότι παρατηρήθηκε υπό φυσιολογικές συνθήκες, κατά την αλλαγή της φυσιολογίας αυτών των νευρώνων έπειτα από την επώασή τους με διάφορους προ-φλεγμονώδεις και αυξητικούς παράγοντες τα πρότυπα έκφρασης του miR-124 σε σχέση με αυτά των TREK1 και TREK2 mRNAs αντιστρέφονται. Τα ευρήματα αυτά υποστηρίζουν ότι, το miR-124, και σε μικρότερο βαθμό τα miR-128 και miR-183, δρουν για να συντονίσουν, παρά να εξαλείψουν, την έκφραση και κατά συνέπεια τη δραστηριότητα των διαύλων TREK στο ΚΝΣ και ΠΝΣ, αναδεικνύοντάς τα ως πιθανούς φαρμακευτικούς στόχους για την αναλγησία και νευροπροστασία. Στην περίπτωση των υποδοχέων ΑΜΡΑ, δεδομένης της ζωτικής σημασίας της ομοιόστασης των ιόντων Ca2+ στη φυσιολογική λειτουργία των νευρικών κυττάρων, καθώς και των βλαβερών επιπτώσεων της διατάραξής της, χρησιμοποιήθηκε η φθορισμομετρική μέθοδος της απεικόνισης των ιόντων Ca2+ σε πραγματικό χρόνο και καταγράφηκε η κινητοποίηση των ιόντων Ca2+ διαμέσου της πλασματικής μεμβράνης και της μεμβράνης του ΕΔ ως απόκριση στο KCl, την καρβαχόλη και τη θαψιγκαργκίνη, ενώ παράλληλα εξετάστηκε η μεσολαβούμενη από το γλουταμινικό οξύ ενεργοποίηση των Ca2+-εξαρτώμενων σηματοδοτικών μονοπατιών που επάγονται από τη διάνοιξη των υποδοχέων ΑΜΡΑ. Παρατηρήθηκε ότι, η υπερέκφραση του miR-124 σε φυσιολογικές συνθήκες προκαλεί μείωση στο εκπολωτικό δυναμικό των κυττάρων SK-N-SH ως απόκριση στο KCl ή την καρβαχόλη και παρεμποδίζει τη μεσολαβούμενη από το γλουταμινικό οξύ ταχεία ενεργοποίηση των σηματοδοτικών μορίων ΕRK1/2 και CaMKII, γεγονός που υποστηρίζει ότι το miR-124 δύναται να ρυθμίζει τη νευρωνική διαβίβαση και διεγερσιμότητα και επομένως τη συνολική συναπτική ισχύ. Συνεπώς, κρίθηκε απαραίτητο να διερευνηθεί ο πιθανός προστατευτικός ρόλος του miR-124 στη μεσολαβούμενη από το γλουταμινικό οξύ διεγερσιμοτοξικότητα. Διαπιστώθηκε ότι, η παρατεταμένη επίδραση με γλουταμινικό οξύ προκαλεί αύξηση στα ενδογενή επίπεδα έκφρασης του miR-124 και των GluR2-4 ισομορφών, με αποτέλεσμα την υπερδιέγερση των κυττάρων και την υπερενεργοποίηση των Ca2+-εξαρτώμενων σηματοδοτικών μονοπατιών που επάγονται από τη δράση των υποδοχέων ΑΜΡΑ. Τα γεγονότα αυτά οδηγούν τελικά στη συσσώρευση των ιόντων Ca2+ στο κυτταρόπλασμα και τον αυλό του ΕΔ, την ενεργοποίηση του αποπτωτικού μονοπατιού των κασπασών και την επακόλουθη μείωση της βιωσιμότητας των κυττάρων. Αντιθέτως, το miR-124 περιορίζει την υπερδιεγερσιμότητα των κυττάρων καθώς μειώνει σημαντικά την εισροή των ιόντων Ca2+ ως απόκριση στο KCl ή την εκροή τους από το ΕΔ ως απόκριση στην καρβαχόλη. Παράλληλα ασκεί νευροπροστατευτική δράση καθώς αποκαθιστά την ομοιόσταση των ιόντων Ca2+ τόσο στο κυτταρόπλασμα όσο και στο ΕΔ και καταστέλλει την ενεργοποίηση των κασπασών 9 και 3, προάγοντας την κυτταρική βιωσιμότητα. Συλλογικά, τα ευρήματα αυτά υποστηρίζουν ότι, το miR-124 προστατεύει τα κύτταρα από τις βλαβερές συνέπειες της διεγερσιμοτοξικότητας. Όσον αφορά την περίπτωση των υποδοχέων RyR και IP3R, αρχικά εξετάστηκε η συμμετοχή των miR-124 και miR-153 στη μεσολαβούμενη από αυτούς τους υποδοχείς απελευθέρωση των ιόντων Ca2+ από το ΕΔ στο κυτταρόπλασμα, καθώς και στο περιεχόμενο του ΕΔ σε ιόντα Ca2+. Χρησιμοποιώντας τη φθορισμομετρική μέθοδο της απεικόνισης των ιόντων Ca2+ σε πραγματικό χρόνο αποκαλύφθηκε ότι, η κινητοποίηση των ιόντων Ca2+ από τον αυλό του ΕΔ ως απόκριση στην καρβαχόλη και καφεΐνη, τους δύο κύριους αγωνιστές των υποδοχέων IP3R και RyR, είναι σημαντικά μειωμένη παρουσία των miR-124 και miR-153, ενώ τόσο τα βασικά επίπεδα της [Ca2+]κυτ. όσο και το περιεχόμενο του ΕΔ σε Ca2+ δεν επηρεάζονται από τη δράση αυτών των miRNAs. Τα δεδομένα αυτά υποστηρίζουν ότι, σε φυσιολογικές συνθήκες τα miR-124 και miR-153 ασκούν αυστηρό έλεγχο στην ενδοκυτταρική ομοιόσταση των ιόντων Ca2+, ενώ διατηρούν την ικανότητα του ΕΔ να λειτουργεί ως πηγή ιόντων Ca2+ που είναι απαραίτητη για τη νευρωνική λειτουργία. Ακολούθως, διερευνήθηκε ο πιθανός νευροπροστατευτικός ρόλος των miR-124 και miR-153 σε συνθήκες στρες του ΕΔ που επάγονται από την παρατεταμένη επώαση των κυττάρων με καφεΐνη ή τουνικαμυκίνη. Παρατηρήθηκε ότι, η ενδογενής έκφραση των miR-124 και miR-153 μειώνεται σημαντικά, ενώ επάγεται η έκφραση των RyR1-3 mRNAs και IP3R1-3 mRNAs, υποδεικνύοντας την αλληλεξάρτηση των miRNAs και των υποδοχέων RyR και IP3R στη διατήρηση της ενδοκυτταρικής ομοιόστασης των ιόντων Ca2+ υπό συνθήκες στρες του ΕΔ. Η αντίστροφη συσχέτιση των επιπέδων έκφρασης αυτών των miRNAs και mRNAs οδηγεί τελικά στην υπέρμετρη διαρροή των ιόντων Ca2+ από το ΕΔ και τη συσσώρευσή τους στο κυτταρόπλασμα, γεγονότα που παρεμποδίζονται από την υπερέκφραση των miR-124 και miR-153, με επακόλουθο την καταστολή της ενεργοποίησης του κλάδου PERK του βιοχημικού μονοπατιού απόκρισης των μη αναδιπλωμένων πρωτεϊνών, UPR (Unfolded Protein Response). Ως εκ τούτου, τα miR-124 και miR-153 ρυθμίζουν την ενδοκυτταρική ομοιόσταση των ιόντων Ca2+ και ασκούν με τον τρόπο αυτό νευροπροστατευτική δράση στους μοριακούς μηχανισμούς που διέπουν το στρες του ΕΔ. Συγκεντρωτικά, τα δεδομένα της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναδεικνύουν τον κρίσιμο ρόλο των νευρωνικών miRNAs στη ρύθμιση της έκφρασης συγκεκριμένων ιοντικών διαύλων που συντονίζουν τη νευρωνική λειτουργία. Σημαντικότερο εύρημα είναι ότι, κυρίαρχο ρόλο διαδραματίζει το miR-124, καθώς μεταβάλλει την έκφραση τόσο των διαύλων TREK και των υποδοχέων AMPA, όσο και των υποδοχέων RyR και IP3R και για τον λόγο αυτό αναδεικνύεται ως ένας κύριος ρυθμιστής της διεγερσιμότητας των νευρικών κυττάρων. Η ουσιαστική συμβολή των miRNAs στη ρύθμιση της σηματοδότησης που συντονίζει τη διακίνηση των ιόντων από και προς τα διάφορα κυτταρικά διαμερίσματα διευρύνει τις γνώσεις μας όσον αφορά τις λειτουργίες τους σε διάφορες νευρωνικές διεργασίες, αλλά και την αλληλεξάρτησή τους με την παθογένεια των νευρολογικών διαταραχών. Δεδομένου ότι ένας αριθμός miRNAs έχει ήδη εγκριθεί για χρήση σε προκλινικές μελέτες για τη θεραπεία διαφόρων ασθενειών, περαιτέρω μελέτες δύναται να αναδείξουν την πιθανή χρήση αυτών των miRNAs ως βιοδείκτες ή φαρμακευτικούς στόχους για τη διάγνωση και θεραπεία πληθώρας νευροπαθολογικών καταστάσεων. MicroRNAs (miRNAs) are a group of small regulatory RNA molecules, 19-24 nucleotides in length, that bind to complementary sequences mainly in the 3’-untranslated regions (3’UTRs) of mRNA targets and cause their translational repression and destabilization, thus participating in the post-transcriptional regulation of gene expression. So far, many miRNAs have been identified that are either exclusively expressed in the nervous system or their levels are high in specific neuronal cell types/ subpopulations, at various developmental stages, or even in specific sub-compartments of a neuron, where they play a crucial role in the development, differentiation and function of the nervous system. The formation, as well as the remodeling of the synaptic structure and function, in response to increased neural activity, processes that aid the consolidation of memory and learning, are achieved through a series of molecular events, that include the activation of various ion channels and receptors and the transport of ions through them, phosphorylation of signaling molecules and transcription factors, transcription of genes, as well as local translation of synaptic mRNAs in dendritic spines. Accumulating evidence support the implication of miRNAs in the regulation of these processes, as they are localized in various synaptodendritic compartments of neurons and contribute significantly to the control of synaptic strength and plasticity, while their expression is regulated by the molecular mechanisms that coordinate synapse function but are dysregulated during neuropathology. Therefore, miRNAs are of vital importance for the development and proper functioning of the nervous system. Based on the above, the present PhD thesis aimed at investigating the role of neuronal miRNAs in the post-transcriptional regulation of the expression of ion channels on the plasma membrane and the endoplasmic reticulum (ER), that coordinate synaptic function and control all fundamental neuronal processes. Specifically, our experimental design was based on three directions: a) TREK/TRAAK leakage channels, b) a-amino-3-hydroxy-5-methylisoxazole-4-propionic acid receptors (AMPARs), and c) ryanodine receptors (RyRs) and inositol triphosphate (IP3Rs) receptors. Initially, to identify putative binding sites of miRNAs in the 3’UTRs of the studied mRNAs, a comparative bioinformatic analysis between five databases was performed, which revealed that miR-9, miR-96, miR-124, miR-128, miR-153, miR-182, miR-183 and miR-218 possess potential complementary recognition sites in the 3’UTRs of TREK1, TREK2, TRAAK, GluR1-4, RyR1-3, and IP3R1-3 mRNAs. The data obtained from luciferase assays in HEK293 and SK-N-SH cells overexpressing the chimeric transcripts and miRNAs or their inhibitors (TuD-miRNAs or antisense 2'-O-methyl-oligonucleotides), respectively, established the strong interaction between miR-183 and TREK2 mRNA, miR-128 and TREK1, TREK2, GluR1 and GluR3 mRNAs, as well as miR-218 and GluR2 mRNA. Furthermore, it was confirmed that miR-124 specifically recognizes and binds strongly to complementary sites in the 3’UTRs of TREK1, TREK2, GluR2-4, RyR1-3, and IP3R3 mRNAs, supporting a regulatory role for the spatiotemporal expression of the vast majority of the mRNAs examined. Further analysis using RT-qPCR, immunofluorescence staining and Western immunoblotting techniques revealed that these miRNAs suppress the expression of the corresponding target mRNAs and cause a significant decrease in the protein levels of the subunits that form these receptors-channels. The suppressive effects of these miRNAs prompted us to investigate their contribution to neuronal processes induced by the activation of TREK/TRAAK channels and AMPAR, RyR, and IP3R in both physiological and stress conditions. Concerning TREK channels, patch-clamp recordings revealed that overexpression of miR-124 significantly reduces the mean amplitude of the K+ current elicited upon thermal activation of TREK2 channel, as a result of the reduction in TREK2 mRNA expression, further validating miR-124 repressive action. Next, we attempted to correlate the endogenous expression of miRNAs and TREK1 and TREK2 channels in the central (CNS) and peripheral nervous system (PNS) under normal conditions and conditions related to neuropathic pain. It was observed that miR-124, miR-128 and miR-183 and TREK1 and TREK2 mRNAs display a similar expression patterns during brain development and in adult neurons of dorsal root ganglia (DRG). Data obtained from luciferase assays in adult DRG neurons overexpressing TREK1 or TREK2 and TuD-124 or TuD-128 confirmed that miR-124 and miR-128 downregulate the levels of TREK1 and TREK2 mRNAs in these neurons. Finally, contrary to what observed under normal conditions, upon altered physiology of these neurons following incubation with various pro-inflammatory and growth factors the expression patterns of miR-124 are reversed relative to those of TREK1 and TREK2 mRNAs. These findings support that miR-124, and to a lesser extent miR-128 and miR-183, act to fine-tune, rather than eliminate, the expression and consequently the activity of TREK channels in the CNS and PNS, highlighting their role as potential drug targets for analgesia and neuroprotection. In the case of AMPARs, given the vital importance of Ca2+ homeostasis in normal neuronal function, as well as the deleterious effects of its disturbance, the fluorometric method of live Ca2+ imaging was employed to record Ca2+ mobilization across the plasma membrane and ER in response to KCl, carbachol, and thapsigargin, while glutamic acid-mediated activation of Ca2+-dependent signaling pathways induced by AMPA receptor opening was also examined. It was revealed that overexpression of miR-124 under normal conditions causes a decrease in the depolarizing potential of SK-N-SH cells in response to KCl or carbachol and inhibits glutamic acid-mediated fast activation of the signaling molecules ERK1/2 and CaMKII, suggesting that miR-124 may regulate neuronal transmission and excitability and therefore the overall synaptic strength. Consequently, the possible protective role of miR-124 in glutamic acid-mediated excitotoxicity was investigated. It was found that prolonged exposure to glutamic acid causes an increase in the endogenous expression levels of miR-124 and GluR2-4 isoforms, resulting in cell hyperexcitability and hyperactivation of Ca2+-dependent signaling pathways induced by the action of AMPA receptors. These effects eventually lead to the accumulation of Ca2+ in the cytoplasm and ER lumen, the activation of the apoptotic pathway of caspases and the subsequent decrease in cell viability. Conversely, miR-124 limits cell hyperexcitability by significantly reducing Ca2+ influx through the plasma membrane in response to KCl or carbachol-mediated Ca2+ release from the ER, while at the same time exerts a neuroprotective effect as it restores Ca2+ homeostasis in both cytoplasm and ER and suppresses the activation of caspases 9 and 3, promoting cell viability. Collectively, these findings support the notion that miR-124 protects the cells from the detrimental effects of excitotoxicity. Regarding RyRs and IP3Rs, we first examined the involvement of miR-124 and miR-153 in Ca2+ release from the ER mediated by these receptors, as well as the ER Ca2+ content. Ca2+ imaging revealed that Ca2+ mobilization from the ER lumen in response to carbachol and caffeine, the two main agonists of RyRs and IP3Rs, is significantly lower in the presence of miR-124 and miR-153, while both the basal levels of [Ca2+]i and ER Ca2+ content are not affected by the action of these miRNAs, suggesting that under normal conditions miR-124 and miR-153 fine-tune intracellular Ca2+ homeostasis while maintaining ER’s capability to act as a Ca2+ source that is indispensable for neuronal activity. Moreover, the potential neuroprotective role of miR-124 and miR-153 in ER stress conditions following prolonged incubation of cells with caffeine or tunicamycin was investigated. We observed that the endogenous expression of miR-124 and miR-153 is diminished, while the expression of RyR1-3 mRNAs and IP3R1-3 mRNAs is upregulated, indicating the interdependence of miRNAs and RyRs and IP3Rs in maintaining intracellular Ca2+ homeostasis under ER stress. The observed inverse correlation between the expression levels of these miRNAs and mRNAs ultimately leads to the excessive release of Ca2+ from the ER lumen and its accumulation in the cytoplasm, effects that are prevented by the overexpression of miR-124 and miR-153, subsequently leading to the attenuation of activation of the PERK branch of the unfolded protein response (UPR) pathway. Consequently, miR-124 and miR-153 regulate ER Ca2+ homeostasis and exert neuroprotective effects on the molecular mechanisms that govern ER stress. Taken together, the data of the present PhD thesis highlight the crucial role of neuronal miRNAs in regulating the expression of certain ion channels that coordinate neuronal function. Strikingly, miR-124 possesses a central role in all cases, as it modulates the expression of both TREK channels and AMPARs, as well as that of RyRs and IP3Rs, and therefore emerges as a major regulator of neuronal excitability. The substantial contribution of miRNAs in the regulation of signaling modules that coordinate the transport of ions to and from the various cellular compartments expands our knowledge regarding their importance in various neuronal processes, but also their interdependence with the pathogenesis of neurological disorders. Along the same lines, several miRNAs have already been approved in preclinical studies to treat various diseases and future research efforts should determine the potential usage of these miRNAs as biomarkers or drug targets for diagnosing and treating a wide range of neuropathological conditions.

Η οικονομικά υποκινούμενη αντικατάσταση συστατικών των τροφίμων με πιο άφθονες και φθηνότερες, έχει οδηγήσει σε επιτακτική ανάγκη ανάπτυξης αναλυτικών μεθοδολογιών για τη διασφάλιση της αυθεντικότητας τους. Τα τρόφιμα ζωικής προέλευσης, ειδικότερα εκείνα που φέρουν ενδείξεις όπως Προστατευόμενης Ονομασίας Προέλευσης (ΠΟΠ), βρίσκονται στο επίκεντρο τέτοιων δόλιων πρακτικών λόγω της υψηλής διατροφικής τους αξίας και της ευρείας κατανάλωσής τους. Ως προς αυτή την πτυχή, έχει θεσπιστεί ένα ευρύ φάσμα κανονισμών για τη διασφάλιση της αυθεντικότητας και την προστασία των καταναλωτών, ωστόσο, υπάρχει ακόμη περιθώριο για τη βελτίωση των υπαρχουσών μεθοδολογιών. Η Φασματομετρία Μαζών Υψηλής Διακριτικής Ικανότητας (HMRS) αποτελεί μείζονος σημασίας αναλυτική τεχνική ως προς τη συνεισφορά της σε ζητήματα αυθεντικότητας, παρέχοντας γρήγορα, αναπαραγώγιμα και αξιόπιστα αποτελέσματα. Σε αυτή τη διατριβή, παρουσιάζεται μια εκτενής εισαγωγή στις μελέτες αυθεντικότητας τροφίμων ζωικής προέλευσης με βάση τις ωμικές προσεγγίσεις, καθώς και το αντίστοιχο νομοθετικό πλαίσιο. Περιγράφονται αναλυτικά οι υπάρχουσες HRMS μεθοδολογίες σε συνδυασμό με χημειομετρικά εργαλεία, ενώ παράλληλα γίνεται εκτενής αναφορά στις δυνατότητες των σύγχρονων HRMS τεχνικών. Το πειραματικό μέρος αποτελείται από τα ακόλουθα τρία μέρη: (i) Αξιοποίηση τεχνολογίας MALDI-HRMS για την ανάπτυξη γρήγορων και αξιόπιστων προηγμένων μεθοδολογιών για τη διερεύνηση αυθεντικότητας γαλακτοκομικών προϊόντων (Κεφάλαιο 3), (ii) RP- & HILIC-HRMS αναλυτικές πλατφόρμες 3D-μεταβολομικής για μελέτες αυθεντικότητας γαλακτοκομικών προϊόντων (Κεφάλαιο 4) και (iii) Στοχευμένη και μη στοχευμένη 4D-μεταβολομική για τη διερεύνηση αυθεντικότητας ζωικών μυϊκών ιστών, αξιοποιώντας RP- & HILIC-HRMS αναλυτικές πλατφόρμες ενσωματωμένες με Φασματομετρία Ιοντικής Ευκινησίας (LC-TIMS-TOFMS) (Κεφάλαιο 5). Η αξιοποίηση των HRMS μεθοδολογιών, που παρουσιάζεται σε αυτή τη διατριβή, δίνει τη δυνατότητα δημιουργίας ολιστικών προσεγγίσεων τεκμηρίωσης της αυθεντικότητας, συμβάλλοντας στην διαλεύκανση του περίπλοκου αναλυτικού τοπίου, όσον αφορά τα τρόφιμα ζωικής προέλευσης. The economically motivated replacement of substances with more abundant and cheaper, has led to an imperative need of development of analytical methodologies to reassure food authenticity and safety. Food of animal origin, especially those who are designated as Protected Designation of Origin (PDO), are in the spotlight of such fraudulent practices due to their high nutritional value and their wide consumption. To this aspect, a wide range of regulations has been established to reassure authenticity and protect consumers. However, there is still room for improving the established authenticity approaches. Recently, High Resolution Mass Spectrometry (HMRS) presented to be an emerging analytical technique to address authenticity issues, providing fast, reproducible, and reliable results. Initially, in this thesis, an introduction on food of animal origin omics-based authenticity studies and the established legislative framework are being presented. HRMS methodologies combined with chemometrics are being reported, while a thorough description on the state-of-the-art HRMS analytical techniques is being performed. The experimental section of this thesis is comprised of the following three parts: (i) Exploitation of MALDI-HRMS technology for the development of fast and reliable advanced methodologies for dairy products authenticity investigation (Chapter 3), (ii) RP- & HILIC-HRMS 3D-metabolomics analytical platforms for dairy products authenticity studies (Chapter 4), (iii) Targeted & untargeted 4D-metabolomics in animal muscle tissues authenticity assessment, exploiting RP- & HILIC-HRMS analytical platforms incorporated with Trapped Ion Mobility Mass Spectrometry (LC-TIMS-TOFMS) (Chapter 5). The extensive, in-depth analysis of the HRMS-based analytical approaches, presented through this thesis, provides holistic authenticity assessment workflows, contributing to a better comprehension of the complex analytical landscape in food of animal origin authenticity.

Η Μεσόγειος θάλασσα χαρακτηρίζεται από μεγάλες συγκεντρώσεις πλαστικών, που επηρεάζουν τη θαλάσσια ζωή με πιθανές οικονομικές και οικολογικές επιπτώσεις. Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη διερεύνηση των οικολογικών επιπτώσεων της πλαστικής ρύπανσης στο οικοσύστημα της Μεσογείου με την ανάπτυξη και εφαρμογή μαθηματικών μοντέλων. Χρησιμοποιήθηκε ένα μοντέλο διασποράς πλαστικών για την πρόβλεψη της προέλευσης και των συγκεντρώσεων των μικρο- και μακροπλαστικών σε Θαλάσσιες Προστατευόμενες Περιοχές (MPAs). Επιπρόσθετα, αναπτύχθηκαν και εφαρμοστήκαν βιοενεργητικά μοντέλα για την εκτίμηση των βιολογικών επιπτώσεων της πλαστικής ρύπανσης σε συγκεκριμένα είδη εμπορικού και οικολογικού ενδιαφέροντος, όπως είναι τα καλλιεργούμενα μύδια και ο απειλούμενος ξιφίας της Μεσογείου. Ένα μοντέλο Dynamic Energy Budget (DEB) χρησιμοποιήθηκε για τη διερεύνηση των φυσιολογικών επιδράσεων των μικροπλαστικών στο μύδι Mytilus galloprovincialis. Για την υποστήριξη του μοντέλου DEB διεξήχθη ένα εργαστηριακό πείραμα με 5 διαφορετικές συνθήκες μικροπλαστικών και αιωρούμενου ιζήματος (8 μύδια ανά συνθήκη) στο οποίο μετρήθηκε ο ρυθμού απομάκρυνσης των μυδιών (clearance rate), μέτρηση του ρυθμού θρέψης των μυδιών. Ένα βιοενεργητικό μοντέλο τύπου Wisconsin αναπτύχθηκε για τον μεσογειακό ξιφία Xiphias gladius το οποίο αξιολογήθηκε με δεδομένα αλιείας. Το μοντέλο διασποράς πλαστικών προέβλεψε ότι η παράκτια ζώνη επηρεάζεται περισσότερο από τα ανοιχτά νερά, με τα μικρο- και τα μακρο-πλαστικά να εμφανίζονται σε υψηλότερες συγκεντρώσεις κοντά στην ακτή. Έτσι, οι υδατοκαλλιέργειες και προστατευόμενες περιοχές, όπως τοποθεσίες Natura 2000 και εθνικές MPAs, που συνήθως περιορίζονται κοντά στην ακτογραμμή, συσσώρευσαν περισσότερα πλαστικά από τα Κρίσιμα Ενδιαιτήματα Κητωδών (CCH), που είναι συνήθως μεγαλύτερες περιοχές και εκτείνονται στα λιγότερο επηρεασμένα ανοιχτά ύδατα. Το μοντέλο προέβλεψε επίσης ότι το μέγεθος των πλαστικών παίζει βασικό ρόλο στη διασπορά και τον τελικό προορισμό τους, με τη διασυνοριακή ρύπανση να είναι σημαντική, ειδικά για τα μακροπλαστικά. Οι περισσότερες από τις χώρες που μελετήθηκαν (13 στις 15) είχαν τουλάχιστον μια εθνική MPA με πάνω από το 55% των μακροπλαστικών να προέρχονται από πηγές πέρα από τα σύνορά τους. Οι επιπτώσεις των μικροπλαστικών στα εκτρεφόμενα μύδια αξιολογήθηκαν σε 30 τοποθεσίες σε όλη τη λεκάνη της Μεσογείου. Το μοντέλο DEB βαθμονομήθηκε και επικυρώθηκε με βιβλιογραφικά δεδομένα αύξησης σώματος και ρυθμού απομάκρυνσης καθώς και με τα δεδομένα που εξήχθησαν από το πείραμα που διεξάχθηκε. Το μοντέλο έδειξε ότι, κατά μέσο όρο, ο ρυθμός απομάκρυνσης των καλλιεργούμενων μυδιών μειώθηκε κατά 0.8-4.5%, που είχε σαν αποτέλεσμα μικρές επιπτώσεις στην σωματική ανάπτυξη και την αναπαραγωγή τους. Ωστόσο, σε τουλάχιστον μία τοποθεσία, οι επιδράσεις των μικροπλαστικών θεωρήθηκαν σημαντικές, με εκτιμώμενη μείωση 8-22% στο ρυθμό απομάκρυνσης και αντίστοιχες μειώσεις στον ξηρό ιστό και την παραγωγή αυγών. Το βιοενεργητικό μοντέλο για τον ξιφία της Μεσογείου αξιολογήθηκε ως προς την ημερήσια κατανάλωση τροφής, την σωματική ανάπτυξη και την αναπαραγωγή και βρέθηκε ότι συμφωνεί με τα δεδομένα πεδίου, ενώ οι εκτιμήσεις της ετήσιας παραγωγής αυγών ανά άτομο ήταν παρόμοιες με εκείνες που προκύπτουν από τις αξιολογήσεις αποθεμάτων. Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι κάθε άτομο είναι αναπαραγωγικά ενεργό για περίπου 15 ημέρες, ενώ η έως τώρα καταγεγραμμένη περίοδος ωοτοκίας ολόκληρου του πληθυσμού είναι περίπου 90 ημέρες. Μελλοντικές εργασίες θα πρέπει να επικεντρωθούν στην προσομοίωση της κατανομής των θηραμάτων του ξιφία καθώς και της οριζόντιας μετανάστευσης του, προκειμένου να καταστεί δυνατή η διερεύνηση των φυσιολογικών επιπτώσεων της πλαστικής ρύπανσης στον ξιφία της Μεσογείου. Ωστόσο, το μοντέλο που αναπτύχθηκε, είναι ένα σημαντικό βήμα προόδου καθώς είναι το πρώτο βιοενεργητικό μοντέλο για αυτό το απειλούμενο είδος. Συνολικά, τα μαθηματικά μοντέλα που αναπτύχθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα διατριβή παρέχουν πληροφορίες για τις επιπτώσεις της πλαστικής ρύπανσης στο οικοσύστημα της Μεσογείου ενώ μπορούν να υποστηρίξουν πολιτικές αποφάσεις για τη μείωση της πλαστικής ρύπανσης και την προστασία της θαλάσσιας ζωής. The Mediterranean Sea is a hotspot of plastic pollution, posing risks for marine life with potential economic and ecological consequences. This dissertation focuses on investigating the threats of plastic pollution on the ecosystem of the Mediterranean Sea with the development and implementation of mathematical models that can be used to estimate the ecological impacts of plastic pollution. A validated plastic dispersion model was used to predict concentrations and origins of micro- and macro-plastics in Marine Protected Areas (MPAs). Bioenergetics models were developed to estimate the physiological effects of plastic pollution on specific species of commercial and ecological interest, such as farmed mussels and the threatened Mediterranean swordfish. A Dynamic Energy Budget (DEB) model was used to investigate the physiological effects of microplastics on the mussel Mytilus galloprovincialis. To support the DEB model a laboratory experiment was conducted with 5 different conditions of microplastics and suspended sediment (8 mussels per condition) at which the mussels’ clearance rate was measured. A Wisconsin-type bioenergetics model was developed for the Mediterranean swordfish Xiphias gladius and evaluated with fisheries observations data. The plastic distribution model predicted that the coastal zone is more impacted than open waters, with both micro- and macro-plastics occurring in higher concentrations near the coast. Thus, aquaculture locations and protected areas such as Natura 2000 sites and national MPAs, which are commonly restricted near the coastline, accumulated more plastics than Cetacean Critical Habitats (CCHs), which are usually larger and extend to the less impacted open waters. The model also predicted that the size of plastic litters plays a key role in their dispersion and ultimate destination, with transboundary pollution being important, especially for macroplastics, as most of the studied Mediterranean countries (13 out of 15) had at least one national MPA with over 55% of macroplastics originating from sources beyond their borders. The impacts of microplastics on farmed mussels were assessed in 30 locations across the basin. The DEB model was calibrated and validated with literature growth and clearance rate data as well as with the data extracted from the conducted experiment. The model showed that, on average, the clearance rate of farmed mussels was reduced by 0.8-4.5%, leading to minor implications on growth and reproduction. However, in at least one location, the effects of microplastics were considered important, with an estimated 8-22% reduction in clearance rate and corresponding reductions in dry tissue and egg production. The Wisconsin type swordfish bioenergetics model simulated daily prey consumption and growth was validated against fisheries observational data, showing reasonable agreement, while the estimated annual egg production per individual was similar to those stemming from stock assessment datasets. The model suggested that each individual is reproductively active for approximately 15 days, while the commonly reported spawning season of the whole population lasts approximately 90 days. Future work could focus to simulate prey distribution and horizontal migration to enable the investigation of physiological impacts of plastic pollution on the Mediterranean swordfish. Yet, the developed model, is a significant step forward as it is the first bioenergetics model for this threatened species. Overall, the mathematical models developed, validated and implemented in the dissertation provide insights into the impacts of plastic pollution on the Mediterranean ecosystem and can support policy decisions to reduce plastic pollution and protect marine life.

Οι ρωμαϊκές ιχθυοδεξαμενές βρίσκονται σε ακτές της Μεσογείου, με τα περισσότερα από αυτά να συναντώνται στις τυρρηνικές ακτές της Ιταλίας. Σε αυτή την εργασία δημιουργήθηκε μια βάση δεδομένων με πληροφορίες για 62 ιχθυοδεξαμενές κατά μήκος των ακτών της Μεσογείου ώστε να τεκμηριωθούν και να συγκριθούν τα χαρακτηριστικά τους. Η ανάλυση της βάσης δεδομένων από τις ιχθυοδεξαμενές της Μεσογείου έχει δείξει ότι από τα 62 ενυδρεία, τα 35 ήταν λαξευμένα σε παράκτιους βραχώδεις σχηματισμούς, υποδηλώνοντας ότι αυτός ο τύπος κατασκευής ήταν ο πλέον διαδεδομένος εκείνη την εποχή και πιθανότατα είχε πλεονεκτήματα σε σχέση με τους άλλους τύπους. Οι ιχθυοδεξαμενές ως δείκτες θαλάσσιας στάθμης παρέχουν ακριβείς πληροφορίες για την στάθμη της θάλασσας πριν από 2000 χρόνια. Καλά διατηρημένες εγκαταστάσεις με εμφανή αρχιτεκτονικά χαρακτηριστικά συμβάλλουν σημαντικά στον προσδιορισμό της θαλάσσιας παλαιoστάθμης. Τα αρχιτεκτονικά στοιχεία που χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον σε δεξαμενές ψαριών για ανακατασκευές παλαιού επιπέδου της θάλασσας είναι το crepido, cataractae και τα κανάλια. Εκτός από την επιστημονική σημασία των ιχθυοδεξαμενών ως δείκτες της στάθμης της θάλασσας, έχουν επίσης υψηλή πολιτιστική και ιστορική σημασία. Οι δεξαμενές ψαριών μπορούν να προωθηθούν ως μνημεία κληρονομιάς και επιστημονικά μοντέλα για την ενίσχυση της ευαισθητοποίησης σχετικά με την κλιματική αλλαγή που επιφέρει την άνοδο της στάθμης της θάλασσας και τις επακόλουθες συνέπειές της. Roman fish tanks are found in various coastal regions of the Mediterranean, although the vast majority is found in the Tyrrhenian coasts of Italy. In this work a database was developed with information on 62 fish tanks along the Mediterranean coasts to document and compare their features and characteristics. The analysis of the developed database from the Mediterranean fish tanks has shown that among the 62 fish tanks, ~56 % were cut into the rock, indicating that this type of construction was the most popular at that time and probably had advantages over the others. Fish tanks as sea-level indicators can provide accurate data on the sea level 2000 years ago. Well preserved installations with prominent architectural features have a crucial role in determining the paleo sea level. The architectural elements that are mostly used in fish tanks for paleo sea level reconstructions are the crepido, cataractae and channels. Besides the scientific importance of the fish tanks as sea level markers, they also have high cultural and historical significance. Fish tanks can be promoted as heritage monuments and scholarly models to strengthen awareness about climate change, sea level rise and its consequences.

H ανάγκη εύρεσης νέων, αξιοποιήσιμων πρώτων υλών και κοιτασμάτων ήταν πάντα κύρια προτεραιότητα πολλών κερδοφόρων, αλλά και υψηλών προδιαγραφών επενδυτικών σχεδίων. Αυτή η ανάγκη, μεταφράζεται στις ημέρες μας ως απαιτήσεις για πολυλειτουργικές πρώτες ύλες, που βρίσκονται σε συμφωνία με νέα τεχνολογικά και περιβαλλοντικά πρότυπα. Αυτές τις επενδυτικές κινήσεις δεν πρέπει να αμελήσουμε και στη χώρα μας, καθώς αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι, σε ότι αφορά την οικονομική ανάπτυξη του τόπου, ενώ θα αποφέρει πολλά και στους τοπικούς παράγοντες προασπίζοντας πάντα στόχους βιώσιμης ανάπτυξης. Αυτή η πτυχιακή εργασία, πραγματοποιήθηκε με στόχο την έρευνα για μια νέα επενδυτική κίνηση στον κόσμο των βιομηχανικών εφαρμογών. Πρόκειται για την εξόρυξη και εκμετάλλευση κοιτάσματος ασβεστιτικού διατομίτη της γεωλογικής λεκάνης Μυτιληνιών στη Σάμο. Για το σκοπό της έρευνας, πραγματοποιήθηκε μελέτη πεδίου στο νησί με την απαραίτητη γεωλογική μελέτη και απεικόνιση του πεδίου ενδιαφέροντος, συλλογή ποικιλίας δειγμάτων και ανάλυσής τους σε εργαστήριο, ενώ παράλληλα έγινε εκτενή εμπορική μελέτη και οικονομικός σχεδιασμός για την υλοποίηση πιθανής επένδυσης. Το αποτέλεσμα είναι ένα εκτενές μελετημένο εμπορικό πλάνο, που αντανακλά της προσδοκίες για μια βιώσιμη επένδυση στο νησί που θα αποφέρει ανάπτυξη όχι μόνο στον επενδυτή αλλά και στον ίδιο το τόπο. The need to find new, exploitable raw materials and resources has always been a top priority for many profitable but also high-profile investment projects. This need is nowadays translated into requirements for multifunctional raw materials, which comply with new technological and environmental standards. We should not neglect these investment chances in our country, as they are an integral part of its economic development and it will also bring a lot to the local factor, while always pursuing sustainable development goals. This undergraduate thesis was aimed to research a new investment opportunity in the world of industrial applications. This is the mining and exploitation of a calcite-diatomite deposit in the Mytilene basin in Samos Island, Greece. For the purpose of the research, a field study was carried out on the island with the necessary geological study and visualization of the field of interest, collection of a variety of samples and their chemical analysis in a laboratory, while conducting an extensive commercial and financial study for the purpose of a potential investment. The result is a well-thought-out business plan that reflects the expectations of a sustainable investment that will bring growth not only to the investor but also to the local factor itself.

Οι οπιοειδείς υποδοχείς (μ-ΟR, δ-ΟR και κ-OR) ανήκουν στην υπεροικογένεια των υποδοχέων που συζευγνύονται με τις G πρωτεΐνες (GPCRs), οι οποίοι κατανέμονται στο κεντρικό και περιφερικό νευρικό σύστημα και ρυθμίζουν διεργασίες που σχετίζονται με τη διάθεση και το αίσθημα ανταμοιβής. Οι κ-οπιοειδείς υποδοχείς (κ-ORs) εκφράζονται ευρέως σε όλο το κεντρικό νευρικό σύστημα και ενεργοποιούνται από ειδικά ενδογενή οπιοειδή που προέρχονται από το γονίδιο της προδυνορφίνης και από εξωγενείς προσδέτες. Οι αγωνιστές των κ-οπιοειδών υποδοχέων προκαλούν δυσφορία, ανηδονία και καταθλιπτικές συμπεριφορές σε ανθρώπους και μοντέλα τρωκτικών ενώ οι ανταγωνιστές του κ-OR αποτρέπουν τις συμπεριφορικές αποκρίσεις που προκαλούνται από το στρες. Για το λόγο αυτό το ενδογενές σύστημα δυνορφίνης/κ-OR παίζει πολύ σημαντικό ρόλο σε διαταραχές της διάθεσης όπως ο εθισμός, το άγχος και η κατάθλιψη. Ο κ-OR προσδένεται με τις πρωτεΐνες Gi/o για να ρυθμίσει καθοδικά μόρια τελεστές όπως η αδενυλική κυκλάση, οι διαύλοι K+/Ca+2, η φωσφολιπάση C και οι ΕRK 1,2 κινάσες επηρεάζοντας έτσι την μεταγραφή γονιδίων και την κυτταρική φυσιολογία. Έχει αποδειχθεί ότι ένας αριθμός διαφορετικών GPCRs ρυθμίζει την αυτοφαγία, μέσω διαφορετικών μηχανισμών. Η αυτοφαγία αποτελεί έναν ομοιοστατικό μηχανισμό αποικοδόμησης κυτταροπλασματικού υλικού μέσω των λυσοσωμάτων και στο νευρικό κύτταρο ρυθμίζει την ανάπτυξη, τη λειτουργία των αξόνων, των δενδριτών και των συνάψεων. Ανεπαρκής ή υπερβολική αυτοφαγία στους νευρώνες συμβάλλει σε εκφυλισμό αυτών των δομών οδηγώντας σε παθολογικές αλλαγές. Η αυτοφαγία μεταβάλλει επίσης την κινητική της απελευθέρωσης νευροδιαβιβαστών και την πυκνότητα των συναπτικών κυστιδίων συμβάλλοντας έτσι σε μηχανισμούς συναπτικής πλαστικότητας. Η παρούσα εργασία έχει ως πρώτο στόχο να διερευνήσει εάν η ενεργοποίηση του κ-οπιοειδούς υποδοχέα από εξειδικευμένα, εξωγενή ή ενδογενή πεπτίδια, όπως το U50,488H και η Δυνορφίνη1-13, αντίστοιχα, ρυθμίζουν τον μηχανισμό της αυτοφαγίας στους νευρώνες in vitro και in vivo. Επιπλέον, να ελέγξει τις αλλαγές που παρατηρούνται σε διάφορες συναπτοσωμικές πρωτεΐνες και στη μορφολογία των νευρώνων. Eπιπλέον ως δεύτερο στόχο έχει να προσδιορίσει το μοριακό μονοπάτι μέσω του οποίου ο ενεργοποιημένος κ-ΟR ρυθμίζει τον αυτοφαγικό μηχανισμό και να διερευνήσει τυχόν αλλαγές που προκαλούνται στην έκφραση αυτοφαγικών γονιδίων. Τέλος, με γνώμονα το γεγονός ότι, το ενδογενές σύστημα δυνορφίνης/κ-ΟR ενεργοποιείται σε καταστάσεις άγχους και κατάθλιψης ένας σημαντικός και τρίτος στόχος της μελέτης μας είναι να διερευνήσει αν το οξύ στρες ενεργοποιεί την αυτοφαγία μέσω του κ-ΟR και επηρεάζει τις συνάψεις. Τα πειραματικά δεδομένα της παρούσας διατριβής δηλώνουν ότι έκθεση νευρωνικών κυττάρων στον αγωνιστή του κ-OR, U50,488H και στο ενδογενές νευροπεπτίδιο δυνορφίνη, οδηγούν στην αύξηση κομβικών αυτοφαγικών δεικτών με δόσο- και χρόνο- εξαρτώμενο τρόπο. Η επίδραση αυτή αντιστρέφεται από επιλεκτικούς ανταγωνιστές του κ-OR. Οι πρωτεΐνες Gi/o και ERK1,2 κινασες είναι υπεύθυνες για την U50,488H-επαγόμενη αυτοφαγία. Ένα ενδιαφέρον εύρημα της μελέτης μας ήταν ότι η εξαρτώμενη από την U50,488H ενεργοποίηση του CREB ρυθμίζει τη μεταγραφή του προαυτοφαγικού γονιδίου becn1, επιβεβαιώνοντας ότι ο κ-ΟR οδηγεί σε αύξηση της μεταγραφής συγκεκριμένων αυτοφαγικών γονιδίων. Αναστολή των ERK1,2 κινασών αποτρέπει την U50,488H-εξαρτώμενη φωσφορυλίωση του CREB, δηλώντας ότι τα σημαντικότερα καθοδικά σηματοδοτικά συστατικά που συμμετέχουν στην επαγόμενη από τον κ-ΟR αυτοφαγία εκτός από τις Gi/o και ERK1,2 κινάσες περιλαμβάνουν και τον μεταγραφικό παράγοντα CREB, ο οποίος προσδένεται στον υποκινητή διαφόρων αυτοφαγικών γονιδίων. Ιn vivo πειράματα, ύστερα από χορήγηση του U50,488H, έδειξαν ότι η επαγόμενη από τον κ-ΟR αυτοφαγία εμφανίζεται μόνο στον ιπποκάμπο και όχι στο ραβδωτό και το φλοιό όπως αποδεικνύεται με τα αυξημένα επίπεδα των αυτοφαγικών δεικτών LC3-II και Beclin1. Επιπλέον, η χορήγηση U50,488H σε μύες οδήγησε στην αποικοδόμηση των βασικών συναπτικών πρωτεϊνών όπως οι σπινοφιλίνη, PSD95 και SNAP25 μόνο στον ιππόκαμπο. Οι πρωτεΐνες αυτές συμμετέχουν στην αναδιαμόρφωση και λειτουργία των δενδριτικών ακάνθων και με βάση τα ευρήματα της παρούσας μελέτης βρέθηκε ότι αλληλεπιδρούν με την πρωτεϊνη LC3 καθώς εντοπίζονται στο εσωτερικό απομονωμένων αυτοφαγοσωμάτων. Επιπλέον, η αναστολή της αυτοφαγίας δεν οδήγησε σε μείωση των συναπτοσωμικών πρωτεϊνών συμπεραίνοντας ότι η αποικοδόμηση αυτών των πρωτεϊνών οφείλεται στην εσωτερίκευσή τους στα αυτοφαγοσώματα. Πρωτογενείς καλλιέργειες νευρώνων έδειξαν επίσης ότι η ενεργοποίηση του κ-ΟR μειώνει τον αριθμό των διακλαδώσεων των νευριτών στον ιππόκαμπο αποδεικνυώντας ότι η ενεργοποίηση της αυτοφαγίας επηρεάζει άμεσα την μορφολογία των νευρώνων. Ένα άλλο ενδιαφέρον αποτέλεσμα της παρούσας μελέτης ήταν ότι η εξαναγκασμένη κολύμβηση (FST) σε μύες οδήγησε στην επαγωγή της αυτοφαγίας. Η επίδραση αυτή αναστέλλεται με τη χορήγηση του ειδικού ανταγωνιστή του κ-OR, nor-BNI. Τέλος, ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι η χορήγηση του nor-BNI σε μύες σε καταστάσεις στρες, οδηγεί στην μείωση της σπινοφιλίνης, της PSD-95 και της SNAP-25, στον ιππόκαμπο αλλά όχι στον φλοιό των ζώων που υποβλήθηκαν σε στρες. Τα αποτελέσματα αυτά δηλώνουν ότι κάτω από συνθήκες οξέος στρες, η απελευθέρωση της δυνορφίνης ενεργοποιεί τον αυτοφαγικό μηχανισμό που οδηγεί σε συναπτοσωμικές μεταβολές στον ιππόκαμπο. Η ταχέως αναπτυσσόμενη βιβλιογραφία σχετικά με την λειτουργία του κ-OR εστιάζει το ενδιαφέρον της στην ανάπτυξη ανταγωνιστών του υποδοχέα για νέες θεραπευτικές αγωγές για την κατάθλιψη και τις αγχώδεις διαταραχές, καθώς και για τη ρύθμιση του στρες και τη μείωση της δυσφορίας σε καταστάσεις εθισμού. Τα αποτελέσματα μας παρουσιάζουν ένα νέο σηματοδοτικό μονοπάτι του κ-OR, όπου οι επιλεκτικοί προσδέτες του μπορούν να ρυθμίζουν την αυτοφαγία και να προκαλούν αλλαγές στις συνάψεις σε καταστάσεις οξέος στρες. Τα ευρήματα αυτά μπορούν επίσης να εξηγήσουν τον τρόπο δράσης των ειδικών κ-οπιοειδών ανταγωνιστών που βρίσκονται σήμερα σε κλινικές δοκιμές φάσης ΙΙI για τη θεραπεία νευροψυχιατρικών διαταραχών λόγω του στρες. Τα αποτελέσματα της παρούσης διατριβής θα διευρύνουν την υφιστάμενη γνώση που υπάρχει σε σχέση με την λειτουργικότητα και το ρόλο που παίζει ο κ-OR σε θέματα που αφορούν αλλαγές στην νευρωνική πλαστικότητα και θα βοηθήσει στον προσδιορισμό νέων φαρμακολογικών παραγόντων και στόχων για την καταπολέμηση των νευροψυχιατρικών παθήσεων που σχετίζονται με το άγχος και την κατάθλιψη. The molecular mechanisms that govern anxiety, depression and associated stress-related neural responses and pathologies are poorly understood. Opioid receptors (μ-ΟR, δ-ΟR and κ-OR) regulate motivational processes and are important players in psychiatric disorders. Accumulating evidence suggests that κ-ΟR antagonists and δ-ΟR agonists exert promising antidepressant potential. Consistent with these findings the κ-ΟR and its endogenous neuropeptide ligand dynorphin A were found to play a key role in modulating stress and mood and specific κ-ΟR antagonists are currently in phase III clinical trials. Opioid receptors and their complex signalling are known to regulate neuronal plasticity and neurotransmission; however, the underlying mechanisms remain as yet, unclarified. A growing body of evidence indicates that systemic administration of κ-ΟR ligands produces mood altering effects in classical models of depression. Notably, κ-ΟR agonists and antagonists showed depressant and antidepressant effects respectively, in the forced swim test and learned helplessness in rats. Stress blocks LTP through release of endogenous opioids, a finding supporting previous observations that stress is accompanied by release of the endogenous κ-OR agonist dynorphin and subsequent activation of the κ-ΟR with an as yet unknown mechanism. Emerging evidence suggests that G protein-coupled receptors (GPCRs) are direct sensors involved in regulation of the autophagic machinery while autophagy is recently shown to regulate synaptic morphogenesis and function. Αutophagy is a regulated process for degradation of cytosolic components and organelles through delivery to lysosomes. Its primary role is to ensure cell survival under stress conditions. In neurons, basal levels of autophagy help to control the cellular quality of proteins and protect cells from protein aggregation. Recent results suggest that autophagy regulates the development and function of axons, dendrites and synapses whereas, insufficient or excessive neuronal autophagy contributes to pathological changes in these structures. Autophagy alters the kinetics and neurotransmitter release and the density of synaptic vesicles. The modulation of vesicle numbers or evoked neurotransmitter release by presynaptic autophagy may contribute to synaptic plasticity mechanisms such as synaptic potentiation and depression. Autophagy has also been implicated in the degradation of postsynaptic receptors such as GABAA and AMPA receptors. Moreover, it was previously demonstrated that activation of the δ-ΟR with selective agonists is implicated in the regulation of neuronal differentiation, neurite outgrowth and survival through the formation of a dynamic protein complex “signalosome” composed of Gi/o, RGS proteins transcription factors and the neuronal protein spinophilin. Using in vitro and in vivo studies, this study aims to clarify the potential role of autophagy and κ-opioid receptor (κ-OR) signaling on synaptic structure and integrity. We hereby demonstrate that the selective κ-opioid receptor (κ-OR) agonist, U50,488H and the endogenous neuropeptide dynorphin induce autophagy in a time-and dose-dependent manner in neuronal cells by upregulating microtubule-associated protein light chain 3-II (LC3-II), Beclin 1, Atg5 and reducing p62 protein levels. Moreover, pre-treatment of neuronal cells with pertussis toxin blocked the above κ-OR-mediated cellular changes, indicating the involvement of Gi/o proteins in the κ-OR effects. Our molecular analysis also revealed a κ-OR-driven upregulation of becn1 gene through ERK1,2-dependent activation of the transcription factor CREB in neuronal cells. Our in vivo studies demonstrate that mice treated with U50,488H displayed profound increases of specific autophagic markers in the hippocampus with a concomitant decrease of several pre- and post-synaptic proteins such as spinophilin, PSD-95 and SNAP25, which interact with LC3, suggesting that these proteins are plausibly engulfed in the κ-OR-induced autophagic cargo. Αlso, using acute stress (force swim), a stimulus known to trigger synaptic loss and also increase levels of the natural ligand of κ-OR, dynorphin, we demonstrated that the administration of the κ-ΟR selective antagonist, nor-binaltorhimine (norBNI) before stress blocked the stress-evoked reduction of synaptic protein and the accompanied induction of autophagy in the hippocampus. Finally, pre-treatment of neuronal cells with the κ-ΟR antagonist CERC-501, which is at clinical phase III as anxiolytic drug, inhibits κ-OR mediated autophagy in vitro. These findings provide novel insights about the essential role of autophagic machinery into the mechanisms through which κ-OR and its signaling regulated brain plasticity. Elucidating these molecular mechanisms will revolutionize disease diagnosis, allow the identification of new therapeutic targets and lead to the discovery of novel therapeutic agents and effective treatments.

Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι η μορφομετρική μελέτη της εξέλιξης της γνάθου των Pinnipedia και των Lutrinae. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση 31 δειγμάτων που αντιστοιχούν σε 26 είδη. Τα κυριότερα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης είναι τα ακόλουθα. Τα κυριότερα μορφομετρικά συστατικά που περιγράφουν τη γνάθο των σαρκοφάγων υδρόβιων θηλαστικών είναι το μήκος, το ύψος και το ρινικό ύψος του σώματος της γνάθου. Το μέγεθος των γνάθων φαίνεται να επιδρά ελάχιστα στη διακύμανση των συνιστωσών. Στα πλαίσια αυτών των μορφομετρικών παραμέτρων διαπιστώθηκε ότι το μήκος του σώματος της γνάθου του γένους Enaliarctos έχει ενδιάμεσες τιμές μεταξύ των ενυδρίδων και των σύγχρονων πτερυγιόποδων και ότι τα σύγχρονα πτερυγιόποδα έχουν μεγάλο εύρος ύψους γνάθων. Επιπλέον, χαμηλό σώμα στη ρινική περιοχή, συνεπάγεται υψηλό σώμα στην ακραία περιοχή. Τέλος, παρατηρήθηκε ότι τα είδη που συγκρατούν την τροφή τους με τα χέρια, έχουν υψηλά σώματα γνάθων. The purpose of this paper is the morphometric study of the evolution of the mandible of Pinnipedia and Lutrinae.31 samples corresponding to 26 species were analyzed. The main results of the present study are the following. The main morphometric components describing the jaw of carnivorous aquatic mammals are the length, height and nasal height of the jaw body. The size of the jaws appears to have little effect on the variance of the components. Within these morphometric parameters it was found that the jaw body length of the genus Enaliarctos has intermediate values ​​between otters and modern pinnipeds and that modern pinnipeds have a wide range of jaw heights. In addition, a low body in the nasal region implies a high body in the tip region. Finally, it was observed that species that hold their food with their hands have high jaw bodies.

Η ακριβής ανακατασκευή των τροχιών φορτισμένων σωματιδίων, όπως μιονίων που παράγονται κατά τις συγκρούσεις πρωτονίου-πρωτονίου, αποτελεί κύριο συστατικό σχεδόν οποιασδήποτε μέτρησης πραγματοποιείται κατά τη λειτουργία του ανιχνευτή ATLAS (A Toroidal Large Hadron Collider Apparatus), από διαδικασίες του Καθιερωμένου Προτύπου, μετρήσεις ακριβείας, μέχρι και αναζητήσεις για νέα φυσικά φαινόμενα. Μια σημαντική αναβάθμιση κατά την χρονική περίοδο λήψης δεδομένων του Run 3 προς την κατεύθυνση της διατήρησης μιας εξαιρετικής ακρίβειας στον προσδιορισμό των τροχιών των μιονίων στους αυξημένους ρυθμούς παραγωγής σωματιδίων του Υψηλής Φωτεινότητας Μεγάλου Αδρονικού Επιταχυντή (High-Luminosity LHC, HL-LHC), ήταν η αντικατάσταση του εσώτερου “καπακιού" (end-cap) του κυλίνδρου του Φασματομέτρου Μιονίων (Muon Spectrometer, MS) από τον Νέο Μικρό Τροχό (New Small Wheel, NSW). Παρόλα αυτά, αποτελεί σύνηθες φαινόμενο τα μιόνια με υψηλή εγκάρσια ορμή να υφίστανται απώλειες ενέργειας με τη μορφή ακτινοβολίας. Οι απώλειες αυτές δημιουργούν εναποθέσεις ενέργειας (“χτυπήματα") κοντά στην τροχιά του μιονίου και “αλλοιώνουν" το σχήμα των συστοιχιών ιχνών μιονίων (clusters) στον NSW, με αποτέλεσμα να οδηγούν σε συστηματικά σφάλματα στην ανακατασκευή της θέσης αυτών των ομαδοποιημένων ιχνών μιονίων. Αρχικά, στην παρούσα εργασία θα εξεταστούν διάφορες μεταβλητές και παράμετροι που βασίζονται σε τρία δείγματα προσομοίωσης διαφορετικών εγκάρσιων ορμών, από ανακατασκευασμένες τροχιές μιονίων στα ανιχνευτικά “στρώματα" των ανιχνευτών Micromegas (Micro-mesh gaseous detectors) του NSW. Τελικός στόχος είναι η πραγματοποίηση μιας στατιστικής ανάλυσης ταξινόμησης για κάθε δείγμα προκειμένου να ελεγχθεί σε ποιόν βαθμό μπορούμε να ταυτοποιήσουμε τις ομάδες ιχνών από μιόνια που έχουν υποστεί απώλειες ενέργειας λόγω ακτινοβολίας, σε μια προσπάθεια να διαχωρίσουμε αυτό που θα ορίσουμε ως σήμα (cluster signal) από αυτό που θα ορίσουμε ως υπόβαθρο (cluster background). The precise reconstruction of the trajectories of charged particles like muons created in proton–proton (pp) collisions is a key ingredient in almost every measurement performed using the ATLAS (A Toroidal Large Hadron Collider Apparatus) detector, from Standard Model processes, precision measurements, up to searches for new physics phenomena. A significant upgrade during the Run 3 data taking period, in the direction of maintaining an excellent muon track resolution at the increased particle rates expected from the High-Luminosity LHC (HL-LHC), was the replacement of the innermost end-cap of the ATLAS Muon Spectrometer by the New Small Wheel (NSW). Nevertheless, it is a common occurence that muons with high transverse momentum undergo radiative energy losses. Those losses may produce energy deposits (hits) near the muon track and 'spoil' the shape of the groups of hits called clusters in the NSW, thus leading to a bias in the reconstructed cluster position. The initial objective of this work is to examine different variables and parameters based on Monte Carlo simulation samples of different transverse momentum of reconstructed muon tracks from the Micro-Mesh Gaseous (Micromegas) detector layers of the NSW. Final goal is to carry out a classification statistical analysis for each sample in order to check whether we can identify clusters from muons with radiative energy losses, in an attempt to discriminate what we will define as cluster signal and what we will define as cluster background.

Στη διδακτορική μου διατριβή ασχολούμαι με την μοντελοποίηση, τη μαθηματική ανάλυση και την αριθμητική επίλυση συστημάτων μη γραμμικών ΜΔΕ που περιγράφουν εσωτερικά κύματα βαρύτητας. Τα εσωτερικά κύματα εμφανίζονται στη διεπιφάνεια δύο στρωμάτων ρευστών με διαφορετικές πυκνότητες και βάθη. Μας ενδιαφέρει η συνάρτηση μετατόπισης της διεπιφάνειας των δύο στρωμάτων από τη θέση ισορροπίας τους, καθώς και οι ταχύτητες στα δύο στρώματα του ρευστού. Το πρόβλημα παρουσιάζει μεγάλο ενδιαφέρον στην ωκεανογραφία. Ιδιαίτερα ενδιαφέρει η μοντελοποίηση και η περιγραφή της κίνησης μοναχικών κυμάτων μεγάλου μήκους και πλάτους που δημιουργούνται στις διεπιφάνειες. Αν υποθέσουμε ότι έχουμε ένα ιδεώδες ρευστό (ασυμπίεστο, αστρόβιλο, χωρίς ιξώδες), το πρόβλημα των εσωτερικών κυμάτων περιγράφεται από τις εξισώσεις του Euler ξεχωριστά στα δύο στρώματα με κατάλληλες συνθήκες διεπιφάνειας, συνοριακές συνθήκες στο άνω πέρας του άνω στρώματος και στο κάτω πέρας (συνήθως πυθμένας) του κάτω στρώματος, καθώς και αρχικές συνθήκες για τις μεταβλητές (ταχύτητα του ρευστού και μετατόπιση διεπιφάνειας). Οι εξισώσεις αυτές είναι εξαιρετικά πολύπλοκες και, συνεπώς, δύσκολο να επιλυθούν ώστε να μελετηθούν τα φαινόμενα κίνησης των ρευστών που μας ενδιαφέρουν. Για το λόγο αυτό, έχουν κατασκευασθεί απλούστερα ασυμπτωτικά μοντέλα που είναι καλές προσεγγίσεις των εξισώσεων του Euler για κατάλληλες περιοχές των φυσικών παραμέτρων της ροής. Αφού γίνει μία συστηματική εξαγωγή και περιγραφή ασυμπτωτικών μοντέλων σε δύο χωρικές διαστάσεις, μελετάμε την σύγκλιση της φασματικής μεθόδου Fourier-Galerkin στην χωρική διακριτοποίηση του περιοδικού προβλήματος αρχικών τιμών των ασυμπτωτικών συστημάτων σε μία διάσταση. Αποδεικνύουμε L^2 εκτιμήσεις σφάλματος για τις ακόλουθες ημιδιακριτές προσεγγίσεις : i) Συστήματα Boussinesq-Boussinesq ii) Συστήματα Boussinesq-Boussinesq/πλήρως διασπειρόμενα iii)Συστήματα της μορφής Intemediate Wave Problem iv) Συστήματα τύπου Benjamin-Ono (BO). In my doctoral dissertation I deal with the modeling, mathematical analysis and numerical solution of nonlinear partial differential equations (PDE) systems that describe internal waves of gravity, appearing on the interface of two layers of fluids with different densities. The problem is of great interest in Oceanography, with special emphasis on the modeling and description of the motion of internal solitary waves created at the interfaces. The idealized model we are interested in consists of an ideal fluid (inviscid, homogeneous, irrotational, incompressible ) in a two-layer system with different densities. Our main point of interest is the evolution of the function which represents the deviation of the interface of the two layers from its rest position, as well as the velocities of the fluid. Under these conditions, this internal wave problem can be mathematically described by the Euler equations for the two layers, with suitable conditions at the interface, boundary conditions on the top end of the upper layer and at the bottom of the lower one, as well as initial conditions for the variables of the problem (fluid velocity and interfacial deviation). In this sense, we assume here that the bottom is impermeable, horizontal and flat and the upper layer satisfies a rigid lid condition, that is, it is not a free, but an impenetrable, bounding surface . On the other hand, the deviation of the interface is assumed to be unaffected by capillary forces, which in oceanographic applications are typically weak and negligible in the modeling. The resulting Euler equations are complex and difficult to solve. For this reason, simpler asymptotic models, in the form of PDE systems for the interfacial deviation and the fluid velocities, can be constructed as good approximations of the Euler system in suitable physical regimes for the motion. Among the different asymptotic models derived, the present dissertation will focus on the numerical approximation to the one-dimensional version of the PDE systems corresponding to three regimes: i) Boussinesq/Boussinesq regime ii) Boussinesq/Full Dispersion regime iii) Intermediate Long Wave (ILW) and Benjamin-Ono (BO) regimes. The present dissertation develops some of the previous points and is mainly focused on the spatial discretization of the periodic initial value problem with spectral methods.

Καταγράφονται γεωμορφολογικοί όροι (όρη, πεδιάδες, νήσοι, θάλασσες κλπ), οι οποίοι αναφέρονται στα αρχαία ιστορικά συγγράμματα, αρχαίων Ελλήνων συγγραφέων (Στράβων, Όμηρος, Ηρόδοτος, Θουκυδίδης κ.α.) Geomorphological terms are recorded (mountains, plains, islands, seas, etc.), which are mentioned in the ancient historical writings of ancient Greek authors (Strabo, Homer, Herodotus, Thucydides, etc.)

Η υγρή βιοψία (liquid biopsy) αποτελεί μία ελάχιστα επεμβατική προσέγγιση η οποία παρέχει σημαντικές πληροφορίες σχετικές με την εξέλιξη του όγκου μέσω της ανάλυσης του περιφερικού αίματος επιτρέποντας την παρακολούθηση του ασθενούς σε πραγματικό χρόνο. Η υγρή βιοψία βασίζεται κυρίως στην ανάλυση των κυκλοφορούντων καρκινικών κυττάρων (Circulating Tumor Cells, CTCs) και του εξωκυττάριου καρκινικού DNA (circulating tumor DNA, ctDNA). Η ανάλυση μονήρων CTCs (single CTCs) παρέχει τη δυνατότητα να αποσαφηνιστούν οι διάφοροι μηχανισμοί στους οποίους οφείλεται η ετερογένεια των καρκινικών κυττάρων στον ίδιο ασθενή καθώς και της εξέλιξης του όγκου. Η ανίχνευση μεταλλάξεων σε δείγματα υγρής βιοψίας (ctDNA και CTCs) αποτελεί μία πρόκληση καθώς απαιτεί εξαιρετικά ευαίσθητες τεχνικές λόγω της παρουσίας του πολύ χαμηλού ποσοστού μεταλλαγμένων αλληλίων στο σύνολο των φυσιολογικών. Στην παρούσα διατριβή, αρχικά αναπτύχθηκε μία εξαιρετικά ευαίσθητη και ειδική μεθοδολογία για την ανίχνευση τεσσάρων ESR1 μεταλλάξεων σε δείγματα ασθενών με ER+ μεταστατικό καρκίνο μαστού. Η μεθοδολογία αυτή που ονομάσαμε ESR1-NAPA βασίζεται στον συνδυασμό του ΝaME-PrO, της αλληλοειδικής ARMS-PCR και της ανάλυσης καμπυλών τήξης. Την αναλυτική επικύρωση ακολούθησε η κλινική εφαρμογή της μεθόδου αναλύοντας δείγματα DNA που απομονώθηκαν από ιστούς παραφίνης, CTCs και αντίστοιχο πλάσμα 8 ασθενών με ER+ μεταστατικό καρκίνο μαστού. Τα αποτελέσματα έδειξαν την ανίχνευση ESR1 μετάλλαξης σε διαδοχικά δείγματα εξωκυττάριου DNA (cell-free DNA, cfDNA) μιας ασθενούς ενώ δεν εντοπίστηκαν οι ESR1 μεταλλάξεις στα πρώτα δείγματα cfDNA των ασθενών πριν την έναρξη της θεραπείας. Τα αποτελέσματα της μελέτης επικυρώθηκαν με την μεθοδολογία της drop-off ddPCR, καταγράφοντας υψηλή συμφωνία (90,6%) μεταξύ των δυο μεθοδολογιών χρησιμοποιώντας 32 δείγματα cfDNA. Στη συνέχεια, διεξήχθη μια πολυπαραμετρική μελέτη υγρής βιοψίας για την έγκαιρη διάγνωση της ελάχιστης υπολειμματικής νόσου (minimal residual disease, ΜRD) στον καρκίνο μαστού. Για τη μελέτη αυτή, αναλύθηκαν διαδοχικά δείγματα από 13 ασθενείς που όλες διαγνώστηκαν με πρώιμο καρκίνο του μαστού και τα οποία ελήφθησαν κατά τη διάρκεια μακροχρόνιας παρακολούθησης. Η εν λόγω ανάλυση βασίστηκε στην καταμέτρηση των CTCs, το φαινοτυπικό και μοριακό χαρακτηρισμό τους καθώς και την ανάλυση ctDNA. Τα αποτελέσματα της μελέτης έδειξαν ότι μια πολυπαραμετρική ανάλυση υγρής βιοψίας παρέχει πολύτιμες και σημαντικές πληροφορίες για τη θεραπευτική αντιμετώπιση των ασθενών με καρκίνο μαστού, καθώς είναι μία διαδικασία που μπορεί να ρίξει φως στο κενό που μεσολαβεί μεταξύ των πληροφοριών που λαμβάνονται από τον πρωτοπαθή όγκο και από μια μακρινή μεταστατική εστία. Η συγκεκριμένη μελέτη κατέδειξε τη σημασία της ανάλυσης υγρής βιοψίας στην αποκάλυψη της παρουσίας MRD χρόνια πριν από την εμφάνιση κλινικά ανιχνεύσιμης μεταστατικής νόσου και υποτροπής. Επιπλέον, στα πλαίσια της συγκεκριμένης διατριβής αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε μία νέα μεθοδολογία drop-off ddPCR, η Dual-drop-off ddPCR, για την ταυτόχρονη ανίχνευση παρουσίας μεταλλάξεων στα εξώνια 9 και 20 του γονιδίου PIK3CA. Την αναλυτική επικύρωση της μεθοδολογίας ακολούθησε η εφαρμογή της σε δείγματα υγρής βιοψίας και συγκεκριμένα σε δείγματα cfDNA πλάσματος ασθενών με ER+ μεταστατικό καρκίνο μαστού. Ακολούθησε σύγκριση των αποτελεσμάτων της αναπτυχθείσας μεθοδολογίας με εκείνων των προηγούμενων αναπτυχθέντων μεθοδολογιών που βασίζονται στο συνδυασμό της αλληλοειδικής ARMS-PCR και της ανάλυσης καμπυλών τήξης. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής, αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε μία μεθοδολογία για την ταυτόχρονη ανίχνευση μεταλλάξεων των γονιδίων PIK3CA και ESR1 με αξιοποίηση της τεχνολογίας των υγρών μικροσυστοιχιών σφαιριδίων (σύστημα Luminex). Η εν λόγω μεθοδολογία αρχικά αξιολογήθηκε μέσω καρκινικών κυτταρικών σειρών και κατόπιν εφαρμόστηκε σε δείγματα μονήρων CTCs που απομονώθηκαν από τα CellSearch® cartridges μέσω του συστήματος VyCAP. Liquid biopsy is a minimally invasive approach that provides important information regarding the tumor progression through the analysis of peripheral blood allowing real-time monitoring of the patient. Liquid biopsy is mainly based on the analysis of circulating tumor cells (CTCs) and extracellular tumor DNA (ctDNA). The analysis of single CTCs provides the possibility to elucidate the various mechanisms underlying the heterogeneity of cancer cells within the patient as well as those of tumor progression. The detection of mutations in liquid biopsy samples (ctDNA and CTCs) requires highly sensitive techniques due to the low frequency of mutated alleles in the total wild-type background. In the present PhD thesis, we initially developed and analytically validated a novel, highly sensitive and specific ESR1-NAPA assay for the detection of four ESR1 mutations (Y537S, Y537C, Y537N and D538G). The ESR1-NAPA assay is based on the combination of: (a) a NaME-PrO step to eliminate the wild-type DNA, (b) an ARMS-PCR step for detection of the four ESR1 mutations separately, and 3) a real-time PCR-melting curve analysis step. The assay was further applied in ER+ breast cancer (BrCa) primary tumour tissues (FFPEs), non-cancerous breast tissues (mammoplasties), and pairs of liquid biopsy samples (CTCs and paired plasma-ctDNA) obtained at different time points from 8 ER+ metastatic breast cancer patients. In the plasma-ctDNA, ESR1 mutations were not identified at the baseline, whereas the D538G mutation was detected during the follow-up period at five consecutive time points in one patient. In the CTCs, only the Y537C mutation was detected in one patient sample at the baseline. A direct comparison of the ESR1-NAPA assay with the drop-off ddPCR using 32 identical plasma ctDNA samples gave a concordance of 90.6%. Furthermore, we performed for the first time a comprehensive liquid biopsy analysis for 13 patients all diagnosed with early breast cancer, based on a long-term follow-up. Our analysis was based on CTC enumeration, CTC phenotypic characterization and molecular monitoring of CTCs at the gene expression, DNA mutation and DNA methylation level, and on corresponding plasma cell-free DNA for DNA mutation and DNA methylation markers. Our results indicate that a comprehensive liquid biopsy analysis provides valuable and important information for the therapeutic management of breast cancer patients since it is a unique way to shed light into the black box that was sealed till now between the information taken from the primary tumor and from a distant metastatic site. Our results demonstrate that liquid biopsy analysis could reveal the presence of MRD years before the appearance of clinically detectable metastatic disease and progression of disease. In addition, a novel drop-off ddPCR assay, the Dual-drop-off ddPCR methodology, was developed and analytically validated for the simultaneous screening of mutations in exons 9 and 20 of the PIK3CA gene. The analytical validation of the methodology was followed by its clinical application to plasma-cfDNA samples of patients with ER+ metastatic breast cancer. A comparison study was performed with previously developed methodologies based on the combination of allele-specific ARMS-PCR and melting curve analysis. In the last part of the present PhD thesis, a novel multimarker methodology was developed and validated for the simultaneous detection of PIK3CA and ESR1 mutations based on the Multiplex PCR-coupled liquid bead array technology (Luminex system). This methodology was first validated using cancer cell lines and then was applied to single CTCs isolated from CellSearch® cartridges through the VyCAP punching system.

Η παρούσα πτυχιακή εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών του τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Κύριο αντικείμενο ανάλυσης είναι τα σεισμικά φαινόμενα που εκδηλώθηκαν στην περιοχή της νήσου Κρήτης, κάνοντας εκτενέστερη ανάλυση των σημαντικότερων σεισμικών γεγονότων. Αρχικά στα πρώτα κεφάλαια δίνονται οι σημαντικότερες γεωλογικές και σεισμικές έννοιες περιγραφής των σεισμών και έπειτα γίνεται εκτενής αναφορά της γεωλογίας και της Νεοτεκτονικής της περιοχής μελέτης. Έπειτα ταξινομούνται χρονικά τα σεισμικά γεγονότα, με μεγαλύτερη ανάλυση σε αυτά που προκάλεσαν τα σημαντικότερα συνοδά φαινόμενα. Τέλος προτείνονται μέτρα για τον περιορισμό των καταστροφικών επιπτώσεων που μπορεί να προκληθούν κατά την διάρκεια ενός σεισμού και καθ’ όλης της μετασεισμικής ακολουθίας. This thesis was prepared as part of the undergraduate study program of the Department of Geology and Geoenvironment of the National and Kapodistrian University of Athens. The main object of analysis is the seismic phenomena that occurred in the area of the island of Crete, making a more extensive analysis of the most important seismic events. Initially, in the first chapters, the most important geological and seismic concepts for the description of earthquakes are given, and then an extensive reference is made to the geology and Neotectonics of the study area. Seismic events are then classified chronologically, with a greater analysis of those that caused the most important accompanying phenomena. Finally, measures are proposed to limit the catastrophic effects that can be caused during an earthquake and throughout the post-earthquake sequence.

In: The Challenges of Disaster Planning, Management, and Resilience Editor: Michail Chalaris ISBN: 979-8-88697-229-0 © 2023 Nova Science Publishers, Inc.

Στη διατριβή μελετάται ο σχεδιασμός ενός από τα πιο εμβληματικά επιστημονικά όργανα που φτιάχτηκαν ποτέ, του Large Hadron Collider (LHC) στο CERN. Στο επίκεντρο της έρευνας βρίσκεται η περίοδος από το 1984, όταν η ιδέα για τον LHC συγκροτήθηκε για πρώτη φορά, μέχρι το 2000, όταν πλέον ο επιταχυντής προχωρούσε στο στάδιο της κατασκευής του. Στη διάρκεια αυτών των χρόνων, ανοίγοντας το «μαύρο κουτί» της σχεδίασης ενός οργάνου τέτοιας κλίμακας, παρακολουθούμε τις σημαντικές αλλαγές που λαμβάνουν χώρα στους επιστημονικούς στόχους, στα τεχνικά χαρακτηριστικά και στη ρητορική που σχηματίζεται γύρω από αυτό, αλλά και το πώς τα παραπάνω διαπλέκονται με τις ριζικές αλλαγές στο ευρύτερο πολιτικοκοινωνικό πλαίσιο. Επιχειρώντας λοιπόν να επαναπροσεγγίσουμε την ιστορία της Φυσικής Υψηλών Ενεργειών (ΦΥΕ) μέσα από το πρίσμα των επιστημονικών οργάνων και του «υλικού πολιτισμού» της, πολλές ενδιαφέρουσες πτυχές της επιστημονικής διαδικασίας έρχονται στην επιφάνεια και το ερώτημα γιατί και πώς κατασκευάζεται ένα επιστημονικό όργανο, στα πλαίσια της Επιστήμης Μεγάλης Κλίμακας, αποκτά νέες ενδιαφέρουσες απαντήσεις. Η διατριβή ξεκινά μελετώντας το πώς η ιδέα για την κατασκευή του LHC γεννάται αρχικά ως η «ευρωπαϊκή απάντηση» στων τεραστίων διαστάσεων SSC (Superconducting Super Collider), που σχεδιάζεται στις ΗΠΑ. Παρά το γεγονός, ότι δεν είναι ακόμα σαφές ποιοι ακριβώς θα ήταν οι ερευνητικοί του στόχοι, η προοπτική του LHC αποκτά βαρύνουσα σημασία, καθώς είναι στενά συνδεδεμένη με τη μελλοντική ύπαρξη του CERN και της ευρωπαϊκής κοινότητας ΦΥΕ. Για τον λόγο αυτό, παρά το ότι ο σχεδιασμός του SSC προβλέπει ότι θα υπερκαλύπτει κατά πολύ τα επίπεδα ενέργειας του LHC, η ηγεσία του ευρωπαϊκού οργανισμού δεν εγκαταλείπει το εγχείρημα. Αντίθετα, παρουσιάζοντας τον LHC, σαν μια συμπληρωματική πειραματική υποδομή στον SSC, και έχοντας τη στήριξη της ευρωπαϊκής βιομηχανίας υψηλής τεχνολογίας και των ευρωπαϊκών κρατών, διατηρεί την προοπτική του LHC ζωντανή, συσπειρώνοντας γύρω του και την ευρωπαϊκή κοινότητα ΦΥΕ. Η αλλαγή των δεδομένων θα έρθει με το τέλος του Ψυχρού Πολέμου. Το ερευνητικό σχέδιο του SSC, το 1993, κάτω και από το βάρος του υπέρμετρου κόστους του και των ραγδαίων κοινωνικοπολιτικών αλλαγών θα ματαιωθεί. Αντίθετα, ο LHC θα αυξήσει τη δυναμική του, προσαρτώντας στο εγχείρημα αρχικά κράτη από το πρώην Ανατολικό Μπλοκ και αργότερα από ολόκληρο τον κόσμο. Η διοίκηση του CERN, εκμεταλλευόμενη το γεγονός ότι πλέον η μόνη ερευνητική προοπτική για όλες τις κοινότητες ΦΥΕ παγκοσμίως ήταν ο LHC, και στο πλαίσιο δύο ευρύτερων πολιτικοκοινωνικών φαινομένων -μιας νέας ευρωπαϊκής ολοκλήρωσης και της αναδυόμενης παγκοσμιοποίησης- παρουσίασε τον επιταχυντή σαν μια «παγκόσμια μηχανή». Υπό αυτό το πρίσμα, ο LHC θα λειτουργούσε και ως μοντέλο ευρύτερων παγκόσμιων συνεργασιών με επιστημονικές, τεχνολογικές και διπλωματικές διαστάσεις. Η συγκεκριμένη μελέτη θα ολοκληρωθεί με μια ακόμα ανατροπή, που έλαβε χώρα λίγο πριν την «τελική ευθεία» της υλοποίησης του LHC. Πιο συγκεκριμένα, το 2000, ο LHC είχε προγραμματιστεί να πάρει τη θέση ενός άλλου επιταχυντή στο CERN, του LEP (Large Electron-Positron). Από τη στιγμή που θα χρησιμοποιούσαν το ίδιο τούνελ, ο LEP θα έπρεπε να σταματήσει τη λειτουργία του και να αποσυναρμολογηθεί. Το φθινόπωρο όμως του 2000, οι πειραματικοί φυσικοί στον LEP έρχονται αντιμέτωποι με ισχυρές ενδείξεις μιας εξαιρετικά σημαντικής ανακάλυψης, αυτής του μποζονίου του Higgs. Ως εκ τούτου, ζητούν από τη διοίκηση του CERN να παραταθεί η λειτουργία του LEP για λίγους ακόμα μήνες, προκειμένου να συλλέξουν περισσότερα ερευνητικά δεδομένα, που θα πιστοποιούσαν εάν όντως είχαν ανακαλύψει το Higgs. Η διοίκηση, παρά το γεγονός ότι συμμερίζεται την επιστημονική σημασία μιας τέτοιας παράτασης, αποφασίζει τον αιφνίδιο τερματισμό του LEP, φοβούμενη τον «εκτροχιασμό» του προγραμματισμού του LHC, που βρισκόταν σε συνθήκες μεγάλης οικονομικής πίεσης. Η σχετική διαμάχη που ξεσπά, ανάμεσα στην πειραματική κοινότητα και στην ηγεσία του CERN, είναι μια ακόμα ενδεικτική περίπτωση του τρόπου με τον οποίο συνυφαίνονται οι κόσμοι της φυσικής, της διπλωματίας και των οικονομικών, στο πλαίσιο της Επιστήμης Μεγάλης Κλίμακας. This dissertation investigates the planning phase of one of the most emblematic scientific instruments ever built, the Large Hadron Collider (LHC) at CERN. The focus of this investigation is the period from 1984, when the idea for the LHC first took shape, to 2000, when the project entered its construction stage. By opening the “black box” of the design and realization process of an instrument of such scale, we can observe the important changes that take place with regard to scientific goals, technical specifications and the rhetoric revolving around it, but also how the above are intertwined with the radical shifts in the wider historical context. By attempting, then, to reapproach the history of High Energy Physics (HEP) through the lens of scientific instrumentation and its material culture, many interesting aspects of the scientific process come to light, and the question of why and how a scientific instrument is made, within the framework of Big Science, can be answered in novel, interesting ways. The thesis begins by studying how the idea for the construction of the LHC was initially conceived as the “European answer” to the enormous SSC (Superconducting Super Collider), that was planned to be built in the US. Despite the fact that, at the time, it was not yet clear what its scientific goals would be, the prospect of the LHC became very important, as it was closely linked with the very existence, in the future, of both CERN and the European HEP community. That is why, despite the fact that the SSC project greatly surpassed the LHC on an energy scale, the European organization’s leadership did not abandon this endeavor. On the contrary, by presenting the LHC as an experimental infrastructure that would be complementary to the SSC, and with the support of the European high technology industry and states, it managed to keep the prospect alive, by rallying the European HEP community around it. A new status quo would arise in the aftermath of the Cold War. In 1993, the SSC project, crumbling under the weight of its exorbitant cost and the radical sociopolitical shifts, would be cancelled. In contrast, the LHC would increase its dynamic, by integrating, initially, countries from the former Eastern Bloc and later, from the entire world. In this way, CERN’s leadership, taking advantage of the wider socio-political developments -a new European integration and the rising globalization- and the fact that the LHC was now the sole prospect of HEP communities across the globe, presented the collider as a “world machine”. From this perspective, the LHC would also serve as an exemplar of global collaborations in the new era. This investigation concludes with another plot twist, that took place just before the LHC entered its final stage. More specifically, in 2000, the LHC had been scheduled to take the place of another collider at CERN, LEP (Large Electron-Positron). Since they would be using the same tunnel, LEP had to cease operations and be disassembled. In the fall of 2000, however, LEP’s experimentalists detected strong indications for an exceptionally important discovery, that of the Higgs boson. They, therefore, asked CERN’s leadership for an extension of the operation of the collider by a few months, in order to be able to investigate the data in depth. The CERN Directorate, despite recognizing the scientific importance of such an extension, decided, nonetheless, to shut down LEP, fearing the complete derailment of the LHC, which was facing immense financial pressure. The conflict that broke out around this matter, between the experimental community and CERN’s leadership, is another indicative case of how the worlds of physics, diplomacy and finance were intertwined, within the context of Big Science.

Αντικείμενο της διατριβής αυτής αποτελεί η διερεύνηση του διοξειδίου του βαναδίου (VO2) και πεντοξειδίου του βαναδίου (V2O5), ως τα πιο γνωστά οξείδια του βαναδίου σε επιστημονικό και τεχνολογικό επίπεδο. Κύριοι στόχοι της διατριβής είναι η διερεύνηση της επίδρασης του ηλεκτρικού ρεύματος/τάσης στα xαρακτηριστικά της μετάβασης μετάλλου-μονωτή (ΜΙΤ) του VO2 και η διερεύνηση της ενσωμάτωσης του Fe3+ στο πλέγμα του VO2 καθώς και η επίδραση του στα χαρακτηριστικά της μετάβασης. Η διερεύνηση της χρήσης των λεπτών υμενίων VO2 ως οπτικά φίλτρα σε δέκτες συστημάτων Οπτικής επικοινωνίας αποτέλεσε μια σημαντική ενότητα αυτής της διατριβής ως προς το τεχνολογικό επίπεδο. Όσον αφορά το V2O5, το κύριο ενδιαφέρον εστιάζεται στην σύνθεση μονοκρυστάλλων υψηλής ποιότητας με σκοπό την διερεύνηση τους υπό υψηλές πιέσεις. Για τον πρωτο στόχο της εργασίας πραγματοποιήθηκε διερεύνηση των λεπτών υμενίων VO2 ως προς τον τρόπο παρασκευής τους. Συγκεκριμένα, σκόνες V2O5 εξαχνώθηκαν θερμικά υπό κενό (10−5 mbar) σε λεπτά υμένια V2O5 σε quartz και γυαλί και στην συνέχεια υποβλήθηκαν σε αναγωγική διαδιακασία για την απόκτηση λεπτών υμενίων VO2 υπό σταθερή ροή N2 (4 · 10−1 mbar, 770 K, 3 h). O φασικός χαρακτηρισμός των υμενίων πραγματοποιήθηκε με περιθλασιμετρία ακτίνων Χ. Επιπλέον, η εκτίμηση των ενεργειακών χασμάτων Eg1, Eg2, μέσω των διαγραμμάτων Tauc ανέδειξε την μονοκλινή Μ1 φάση του VO2. Η μορφολογία των υμενίων χαρακτηρίστηκε με ηλεκτρονική μικροσκοπια σάρωσης. Η χρήση αζώτου κατά την αναγωγική διαδικασία των υμενίων VO2 βελτίωσε τις ηλεκτρικές και οπτικές τους ιδιότητες σε μέγιστο βαθμό με 3 - 4 τάξεις μεγέθους μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης και 40 - 45 % μεταβολή της οπτικής διαπερατότητας σε σταθερό μήκος κύματος λ = 1550 nm συνοδευόμενες από 4 - 5 K βρόγχο υστέρησης γυρω από την θερμοκρασία μετάβασης. Η μέθοδος παρασκευής λεπτών υμενίων VO2 σε quartz και γυαλί που προτείνουμε βελτίωσε τις άλλες μεθόδους θερμικής εξάχνωσης υπό κενό και είναι συγκρίσιμη με άλλες πιο ακριβές και πολύπλοκες μεθόδους εναπόθεσης ατμού (3 – 4 τάξεις μεγέθους μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης and 40 – 50% μεταβολή της οπτικής διαπερατότητας (λ = 1550 nm) στη θερμοκρασία μετάβασης μετάλλου-μονωτή TMIT ). Διερευνήθηκε η επίδραση του ηλεκτρικού ρεύματος σε συνέργεια με την θερμοκρασία στις ηλεκτρικές, οπτικές και δομικές ιδιότητες λεπτών υμενίων VO2. Ταυτόχρονες μετρήσεις ηλεκτρικής αντίστασης και οπτικής διαπερατότητας λεπτών υμενίων VO2 δείχνουν ότι το ηλεκτρικό ρεύμα επιδρά στα χαρακτηριστικά της ΜΙΤ διαμορφώνοντας την, έτσι ώστε να πραγματοποιείται σε δύο βήματα. Συγκεκριμένα, η μετάβαση ορίζεται από μία απότομη «ακαριαία» μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης και της οπτικής διαπερατότητας που αυξάνει με την αύξηση του ρεύματος υποδεικνύοντας τον σχηματισμό μεταλλικών νημάτων σε μέρος του δείγματος ενώ το υπόλοιπο της μετάβασης πραγματοποιείται ομαλά. Παρόμοια συμπεριφορά έχει παρατηρηθεί σε μετρήσεις ηλεκτρικής αντίστασης παχύτερων υμενίων VO2 γύρω από τη TMIT σε υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα. Mε τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας του δείγματος (To) κατά τη μέτρηση της αντίστασης παρατηρούνται φαινόμενα θέρμανσης - ψύξης του δείγματος σε χαμηλότερη θερμοκρασία από την TMIT και αποδίδονται σε θερμότητα Joule. Οι μετρήσεις ηλεκτρικού ρεύματος - τάσης σε σταθερές θερμοκρασίες του δείγματος γύρω από την TMIT επιπλέον δείχνουν τον καθοριστικό ρόλο που παίζει η θερμοκρασία του δείγματος για την διαμόρφωση της ηλεκτρικής αντίστασης και διαπερατότητας σε δύο βήματα. Οι ταυτόχρονες μετρήσεις περιθλασιμετρίας ακτίνων Χ και ηλεκτρικής αντίστασης σε διαφορετικά ηλεκτρικά ρεύματα δείχνουν ότι σε θερμοκρασία δωματίου το ηλεκτρικό ρεύμα προκαλεί μερική δομική μετάβαση φάσης (SPT) εκτός από μερική μετάβαση μετάλλου - μονωτή (MIT), όπως αποτυπώνεται στην απότομη μεταβολή της ηλεκτρικής αντίστασης και της οπτικής διαπερατότητας. Ο σχηματισμός της μεταλλικής φάσης ρουτιλίου του VO2 σε υψηλά ηλεκτρικά ρεύματα αποτυπώνεται ευκρινώς στις μετρήσεις φασματοσκοπίας micro - Raman. Το ηλεκτρικό ρεύμα σε συνέργεια με την θερμοκρασία χαμηλότερη της TMIT, μπορούν να οδηγήσουν το VO2 σε ολική μετάβαση μετάλλου - μονωτή ή δομική μετάβαση φάσης καθώς μεγαλύτερο μέρος του δείγματος μεταβαίνει στην μεταλλική φάση ρουτιλίου. Ο δεύτερος σκοπός της διατριβής αυτής αφορά την διερεύνηση της ενσωμάτωσης Fe3+ στο πλέγμα του VO2. Η διερεύνηση πραγματοποιήθηκε σε πολυκρυσταλλικές σκόνες V1−xFexO2 x = 0 %, 0.5 %, 0.75 %, 1.0 % πριν και μετά την θερμική αναγωγή τους, με σκοπό να αποσαφηνιστούν ασαφή σημεία του διαγράμματος φάσης σε χαμηλές συγκεντρώσεις. Οι αρχικές σκόνες μετρήθηκαν με περιθλασιμετρία ακτίνων Χ και με διάχυτη ανακλαστικότητα σε θερμοκρασιακό εύρος 298 - 363 Κ. Τα περιθλασιγράμματα αναλύθηκαν με Le Bail στο λογισμικό Jana2006. Ο σχηματισμός της μονωτικής μονοκλινούς Μ1 φάσης και της μεταλλική φάσης ρουτιλίου R καθώς επίσης και δύο νέων μονωτικών φάσεων, της τρικλινούς Τ και της μονοκλινούς Μ2, καταγράφηκαν στο παραπάνω θερμοκρασιακό εύρος ενώ η θερμοκρασιακή εξάρτηση της διάχυτης ανακλαστικότητας έδειξε την μετάβαση μετάλλου - μονωτή. Η TMIT προέκυψε να κυμαίνεται σχεδόν σταθερή στους 336 - 338 Κ. Τα αποτελέσματα αυτά οδήγησαν στον προσδιορισμό του φασικού διαγράμματος του συστήματος VO2 εμπλουτισμένο με Fe3+ στις χαμηλές συγκεντρώσεις. Οι μετρήσεις φωτοηλεκτρονιακής φασματοσκοπίας ακτίνων Χ παρουσίασαν ότι η ενσωμάτωση του Fe3+ στο πλέγμα του VO2 αυξάνει τα ιόντα V5+ έτσι ώστε να διατηρείται η ουδετερότητα φορτίου στο σύστημα. Οι μαγνητικές μετρήσεις του VO2 και του V1−xFexO2 συστήματος είναι σύμφωνες με τις προηγούμενες μετρήσεις ενώ επιπλέον δείχνουν παραμαγνητική συμπεριφορά των συστημάτων σε όλο το θερμοκρασιακό εύρος. Μετά την αναγωγική διαδικασία των δειγμάτων V1−xFexO2 υπό ροή Ν2/κενού σε υψηλή θερμοκρασία 800 °C, οι ενδιάμεσες μονωτικές φάσεις M2 και T εξαφανίστηκαν. Οι μετρήσεις φωτοηλεκτρονιακής φασματοσκοπίας ακτίνων Χ έδειξαν μείωση των ιόντων V5+. Επομένως, η έλλειψη οξυγόνου στο σύστημα V1−xFexO2 δρα ως ένας αντίστροφος μηχανισμός από αυτόν της ενσωμάτωσης τρισθενών κατιόντων σιδήρου (Fe3+) στο μονοκλινές Μ1 πλέγμα του VO2. Στην συνέχεια σαν εφαρμογή των υμενίων VO2, για πρώτη φορά συμφωμα με όσα γνωρίζουμε, διερευνήθηκε η χρήση των λεπτών υμενίων VO2 ως οπτικά φίλτρα σε δέκτες συτημάτων Οπτικής επικοινωνίας. Εκμεταλλευόμενοι την συμπεριφορά της διαπερατότητας των VO2 υμενίων ως “hanging bell” στο ορατό φάσμα, διερευνήσαμε την απόδοση ενός συστήματος Οπτικών Επικοινωνιών με τη χρήση των υμενίων VO2 ως οπτικά φίλτρα για την μείωση του θορύβου που προέρχεται από την ηλιακή ακτινοβολία και δυσχεραίνει την απόδοση των συστημάτων αυτών. Υπολογίσαμε αριθμητικά τον ρυθμό διάδοσης σφαλμάτων (Bit Error Rate (BER)) των συστημάτων Οπτικής Επικοινωνίας με την χρήση και χωρίς την χρήση οπτικού φίλτρου VO2 και διαπιστώσαμε μείωση του BER έως και έξι τάξεις μεγέθους. Για το σύστημα του πεντοξειδίου του βαναδίου (V2O5), το ενδιαφέρον μας εστιάζεται στην σύνθεση υψηλής ποιότητας μονοκρυστάλλων α - V2O5. Η βιβλιογραφική ανασκόπηση μεθόδων σύνθεσης μονοκρυστάλλων V2O5 έδειξε ότι οι τεχνικές τήξης είναι πιο αποδοτικές από τις τεχνικές χημικής μεταφοράς ατμού. Για τον λόγο αυτό αναπτύξαμε μία νέα γρήγορη, απλή τεχνική σύνθεσης υψηλής ποιότητας μονοκρυστάλλων α - V2O5 με κρυστάλλωση από τήγμα που παρουσιάζει επαναλήψιμα αποτελέσματα και βελτιώνει τις μεθόδους τήξης. Η υψηλή ποιότητα των μονοκρυστάλλων ταυτοποιήθηκε με περιθλασίμετρο μονοκρυστάλλων, ηλεκτρική αντίσταση, και μετρήσεις φασματοσκοπίας οπτικής εκπομπής-επαγωγικά συζευγμένου πλάσματος. Η μελέτη των μονοκρυστάλλων α - V2O5 υπό υψηλές πιέσεις πραγματοποιήθηκε στο PETRA III, στο σύγχροτρον Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) στη Γερμανία και έδειξε μη αντιστρέψιμη άμορφη κατάσταση πάνω από 7.3 GPa. Περαιτέρω διερεύνηση της συμπεριφοράς των μονοκρυστάλλων υπό υψηλή πίεση και θερμοκρασία πραγματοποιήθηκε σε μεγάλου όγκου πρέσα στον σταθμό της δέσμης ID06 στο σύγχροτρον European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), όπου η φασική εξέλιξη του δείγματος παρατηρήθηκε με επιτόπια ακτινοβολία σύγχροτρον. Με την θέρμανση αλλά και ψύξη του δείγματος στη θερμοκρασία δωματίου η άμορφη φάση ανακρυσταλλώθηκε σε μία νέα φάση του V2O5, την δ - V2O5. Κατά την μείωσή της θερμοκρασίας και πίεσης καμία μετάβαση φάσης δεν παρατηρήθηκε. This dissertation deals with the investigation of Vanadium Dioxide (VO2) and Vanadium Pentoxide (V2O5) systems as the most popular vanadium oxides in relation to their scientific and technological interest. The main scope of this dissertation is the investigation of the electric current/voltage effect on the VO2 characteristics around the Metal-Insulator Transition (MIT) and the investigation of the incorporation of Fe impurity in the lattice of VO2 and its effect on MIT. The investigation of the use of VO2 as an optical filter in Visible Light Communications (VLC) systems is another significant unit of this dissertation, focusing on the technological interest of this interesting oxide. As for the V2O5 system, the main interest is focused on the synthesis of high quality single crystals in order to be investigated under high pressure conditions. For the first objective of this thesis, an investigation of the fabrication procedure for high-quality VO2 thin films was performed. We established a new method for the fabrication of high quality VO2 thin films by thermal evaporation of V2O5 thin films on quartz and glass substrates in vacuum (10−5 mbar) and subsequent reduction in N2 at a pressure of 4 · 10−1 mbar at 770 K for 3 h. The phase characterization of the VO2(M1) films was performed by X-Ray Diffraction (XRD). The estimated values of the energy gaps Eg1, Eg2 by the Tauc plots also agreed well with the monoclinic (M1) phase of VO2. The surface morphology of the films was characterized by Scanning Electron Microscopy (SEM). The use of N2 during reduction of the VO2 films highly improved the electrical resistance and the optical transmittance properties as proved by the 3 - 4 orders of magnitude resistance change and 40 - 45 % transmittance change at λ = 1550 nm accompanied by narrow hysteresis loops (4 - 5 K) around the MIT. Our proposed fabrication method produced VO2(M1) thin films both on quartz and glass with improved properties compared to other thermal evaporation methods and comparable to other more expensive and complex Physical Vapor Deposition (PVD) fabrication techniques (3 - 4 orders of magnitude resistance changes and 40 - 50 % transmittance changes (λ = 1550 nm) at TMIT ). Then, the electric current-induced effects on the electrical, optical and structural properties of VO2 thin films around the Metal-Insulator Transition in synergy with the ambient temperature T were investigated. Simultaneous electrical resistance and transmittance measurements of VO2 semitransparent thin films as a function of T show that the electric current modifies the MIT which takes place in two steps: an abrupt change which increases upon increasing current, implying the formation of larger metallic domains within the current path, accompanied by a smoother change that follows the temperature change. Resistance measurements of thicker bulk-like VO2 films have been also investigated exhibiting a similar two-step behavior. By monitoring the specimen temperature (To) during resistance measurements, we observe that the abrupt resistance step, accompanied by instantaneous heating/cooling events, occurs at temperatures lower than TMIT and is attributed to current-induced Joule heating effects. Moreover, by monitoring To during current-voltage measurements, the role of T in the formation of the two-step current modified MIT is highlighted. X-Ray Diffraction with in-situ resistance measurements performed for various currents at room temperature as a function of To, have shown that the current can cause partially MIT and structural phase transition (SPT) at room temperature, leading to an abrupt step of MIT as has been exhibited by the electrical resistance and transmittance measurements. The formation of rutile metallic phase of VO2 under high applied currents is clearly demonstrated by micro - Raman spectroscopy measurements. By controlling electric current in synergy with the T below TMIT, the VO2 film can be driven to a two-step current-induced MIT or SPT as gradually a larger part of film is transformed into rutile metallic phase. The second objective of this thesis concerning the investigation of Fe incorporation into the VO2 lattice was performed for as-prepared and post-annealed V1−xFexO2 powders for x = 0 %, 0.5 %, 0.75 %, 1.0 % in order to resolve unclear characteristics of the phase diagram in the low concentration region. The as-prepared powders were measured by temperature-dependent in-situ X-Ray Diffraction (XRD) measurements and temperature-dependent diffuse reflectance measurements in the range 298 - 363 K. The XRD patterns have been analysed by Le Bail method using the JANA2006 software. The appearance of the insulating M1 and the metallic R as well as the intermediate insulating triclinic (T) and monoclinic (M2) phases have been monitored in the above temperature range while temperature-dependent diffuse reflectance measurements showed the MIT. The TMIT remains almost constant fluctuating in the region of 336 - 338 K. The phase diagram of the V1−xFexO2 system in the low concentration region (x ≤ 1.0 %) has been thus unambiguously resolved. X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) measurements demonstrated that the incorporation of Fe3+ ions into the VO2 lattice induces V5+ ions so that charge neutrality is maintained in the system. Temperature-dependent magnetization measurements of VO2 and Fe-doped VO2 systems are consistent with the aforementioned measurements while they also show a paramagnetic behavior in the whole temperature range. After further annealing the V1−xFexO2 x = 0 %, 0.5 %, 0.75 %, 1.0 % samples under N2/vacuum at high temperature 800 °C, the stabilized by Fe dopant intermediate M2 and T phases have been vanished. XPS measurements exhibited a decrease of V5+ ions. Therefore, the lack of oxygen in Fe-doped VO2 system acts as an inverse mechanism comparing with the introduction of Fe3+ ions into the monoclinic M1 lattice of VO2. Subsequently, as an application of VO2 films, for the first time to the best of our knowledge, the use of VO2 as an optical filter in Visible Light communications (VLC) systems was implemented and investigated. Exploiting the “hanging bell” shape of the transmittance of VO2 in visible spectrum, we investigated the performance of a realistic VLC system using the VO2 as optical filter for reducing the sunlight background noise which degrades such systems. We calculated numerically the Bit Error Rate (BER) performance of VLC links with and without VO2 filter and we found a decrease of BER by up to six orders of magnitude. For the V2O5 system, our interest is focused on the synthesis of high-quality α - V2O5 single crystals. A literature review of the V2O5 single crystals synthesis emerged the melting techniques more efficient than the Chemical Vapor Transport techniques. Thus, we established a new very fast, simple and reproducible route for the obtaining of α - V2O5 single crystals improving the melting techniques. We have grown high-quality α - V2O5 single crystals by fast-cooling of V2O5 melt, as identified by single-crystal diffractometer, electrical resistance and Inductively Coupled Plasma - Optical Emission Spectroscopy measurements. The high pressure study of the crystals was performed at Petra III, in Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY), which shows a complete irreversible amorphization of the α - V2O5 crystal above 7.3 GPa. Further investigation of the high pressure - high temperature behavior of α - V2O5 was performed at the large volume press at ID06 beamline of the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), where we observed the evolution of the sample with in-situ synchrotron radiation. Heating of the amorphous phase recrystallizes to the δ - V2O5 polymorph, which can be recovered at ambient conditions, while no phase transitions were observed during the reduction of temperature and pressure.

Η ηλεκτρομαγνητική δραστηριότητα του εγκεφάλου μελετάται με τη βοήθεια των μη παρεμβατικών μεθόδων της Ηλεκτροεγκεφαλογραφίας (ΕΕΓ - EEG) και της Μαγνητοεγκεφαλογραφίας (ΜΕΓ - MEG), οι οποίες είναι ιδιαίτερα χρήσιμες μέθοδοι εγκεφαλικών απεικονίσεων διότι έχουν πολύ καλή χρονική ανάλυση. Ειδικότερα, κάθε ηλεκτροχημικά παραγόμενο ρεύμα στο εσωτερικό του εγκεφάλου δημιουργεί ένα ηλεκτρικό και ένα μαγνητικό πεδίο, τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό του εγκεφάλου. Τα πεδία αυτά καταγράφονται στην επιφάνεια και στον εξωτερικό χώρο του κρανίου και δίνουν το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα και το Μαγνητοεγκεφαλογράφημα αντίστοιχα, τα οποία μεταφέρουν πληροφορίες για τη λειτουργία του εγκεφάλου τη χρονική στιγμή της καταγραφής. Και για τις δύο αυτές μεθόδους γνωρίζουμε τα ευθέα προβλήματα για τον προσδιορισμό του ηλεκτρικού δυναμικού και του μαγνητικού πεδίου όταν γωρίζουμε την νευρωνική πηγή που τα παρήγαγε και την γεωμετρία του εγκεφάλου, καθώς και τα αντίστροφα προβλήματα προσδιορισμού της νευρωνικής πηγής όταν έχουμε καταγράψει και έχουμε πάρει δεδομένα από τις μετρήσεις των ηλεκτρικών και μαγνητικών πεδίων πάνω και έξω από τον εγκέφαλο, αντίστοιχα. Κατά την διάρκεια των τελευταίων δεκαετιών τα ευθέα και τα αντίστροφα προβλήματα της Ηλεκτροεγκαφαλογραφίας και Μαγνητοεγκεφαλογραφίας έχουν μελετηθεί διεξοδικά όπως μπορεί κάποιος να δει και στην βιβλιογραφία της παρούσας διατριβής. VI Είναι προφανές ότι η γεωμετρία που έχουμε χρησιμοποιήσει στην προσπάθεια μας να λύσουμε τόσο τα ευθέα όσο και τα αντίστροφα EEG και ΜEG προβλήματα επηρεάζει και τις λύσεις των συγκεκριμένων προβλημάτων. Μιας και το απλούστατο γεωμετρικό μοντέλο για την προτυποποίηση του εγκεφάλου είναι η σφαίρα, οι περισσότερες έρευνες μέχρι την δεκαετία του 90’ ασχολήθηκαν με αυτό. Η βέλτιστη και ρεαλιστική γεωμετρική προσέγγιση του εγκεφάλου επιτυγχάνεται με ένα ελλειψοειδές με ημιάξονες 9.5 cm, 6.5 cm και 6cm. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει αρκετές μελέτες και έρευνες των ευθέων και αντίστροφων προβλημάτων στην ελλειψοειδή γεωμετρία με αποτέλεσμα να έχουμε πλέον αναλυτικές λύσεις αυτών των προβλημάτων. Το ενδιαφέρον μας στην παρούσα διατριβή προήλθε από το γεγονός ότι τα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται στην ιατρική τόσο για το EEG όσο και για το MEG χρησιμοποιούν αλγόριθμους βασισμένους σε μια σφαιρική γεωμετρία του εγκεφάλου. Δεδομένου ότι το ρεαλιστικό σχήμα του εγκεφάλου είναι το ελλειψοειδές τα δεδομένα που καταγράφονται από τα ιατρικά μηχανήματα παρουσιάζουν ένα σφάλμα στον εντοπισμό της νευρωνικής διέγερσης. Η μελέτη αυτού του σφάλματος μας απασχόλησε στην παρούσα εργασία. Μιας και οι λύσεις των ευθέων και αντίστοφων EEG και MEG προβλημάτων, τόσο στην σφαιρική όσο και στην ελλειψοειδή γεωμετρία, είναι γνωστές, η δυσκολία της εργασίας μας ήταν η μεταφορά από την μία γεωμετρία στην άλλη. Ωστόσο, όπως δείξαμε στη παρούσα διατριβή, μετά από πολύπλοκους και μακροσκελείς υπολογισμούς οι αναπαραστάσεις επιτεύχθηκαν τουλάχιστον για ιδιοσυναρτήσεις χαμηλού βαθμού. Τα τελικά αποτελέσματα μας δίνουν μια εξάρτηση του σφάλματος με τις εκκεντρότητες του ελλειψοειδούς. Συγκεκριμένα, όσο πιο κοντά στο μηδέν πλησιάζουν οι εκκεντρότητες τόσο μικρότερο είναι το σφάλμα το οποίο μηδενίζεται για μηδενικές εκκεντρότητες, δηλαδή όταν το ελλειψοειδές εκφυλίζεται σε σφαίρα. Από την άλλη, όταν οι εκκεντρότητες πλησιάζουν την τιμή 1, το σφάλμα γίνεται πολύ μεγάλο. Μια απότομη αλλαγή και αύξηση του σφάλματος παρατηρείται όταν οι η μεγαλύτερη εκκεντρότητα ξεπερνάει την τιμή 0.9. Η εργασία αυτή δικαιολογεί την διαγνωστική ιατρική που χρησιμοποιεί σφαιρική και όχι ελλειψοειδή γεωμετρία, μιας και οι εκκεντρότητες του ανθρώπινου εγκεφάλου ανήκουν στο διάστημα που το σφάλμα παραμένει σχετικά μικρό, δηλαδή κοντά στην VII τιμή 0.7. Από αυτό το γεγονός έπεται ότι η εργασία αυτή μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε άλλες επιστημονικές ή τεχνολογικές εφαρμογές, αλλά είναι σημαντικό να γνωρίζουμε ότι τα πράγματα δεν είναι τόσο εύκολα στην περίπτωση των πολύ επιμήκων ή πολύ επίπεδων ελλειψοειδών. The electromagnetic activity of the human brain is studied via the non invasive methods of Electroencephalography and Magnetoencephalography. Electroencephalography (EEG) and Magnetoencephalography (MEG) are the two brain imaging modalities which have the necessary temporal resolution, for the study of the functional brain. It is well known that an electrochemically generated current in the interior of the brain generates an electric and a magnetic field, both in the interior and exterior of the brain. The resulting electric and magnetic fields are measured on the surface and the exterior of the head via the EEG and MEG, respectively. For both of these modalities we know the direct mathematical problems of determining the electric potential and the magnetic flux when the interior neuronal sources, as well as the geometry of the brain-head system, are given, and the inverse mathematical problems of identifying the sources once the measured EEG and MEG data are obtained. During the last three decades both the direct and the inverse problems of EEG and MEG have been studied extensively, as it can be seen in the references of the present work. Obviously, the solutions of the mathematical problems of the electromagnetic brain activity depend crucially on the geometry of the head, since this is the fundamental domain where the relative boundary value problems are defined. Since the simplest VIII such model is the sphere, almost all contributions up until the 1990s were assuming that the head-brain system had spherical symmetry. However, the realistic geometry for these problems is that of an ellipsoid with average semi-axes equal to 6 cm, 6.5 cm and 9 cm. Α number of relative solutions for the EEG and MEG problems with and without inhomogeneous nested shells, with dipole as well as with continuous source distributions in ellipsoidal geometry have been published. In particular, the inverse problems of identifying the position and the moment of a dipolar source for EEG and MEG in spherical and in ellipsoidal geometry are know well known. Our interest on the present work steams from the fact that the machinery used in EEG and MEG practical diagnostics utilizes algorithms which are based on the assumption that the head has spherical symmetry. Hence, they record data from an ellipsoidal shape and interpret them as they were coming from a sphere. Then the question is: what is the error made by this assumption on the estimation of the location and the moment of a dipole? Since the solutions for the inverse EEG dipole problem in spherical and ellipsoidal geometry were known the challenge was to transfer information from one geometrical system to the other, and anyone who has tried to do something like that immediately recognizes the difficulty of such a task. However, as we demonstrate in this work, after lengthy and tedious calculations these representations were achieved at least for the needed low degree eigenfunctions. The final result is the dependence of the error on the values of the principal eccentricities of the ellipsoid. The closer the eccentricities are to zero the smaller the error, which vanishes when the eccentricities approach zero, that is, as the ellipsoid degenerates to the sphere. On the other end, as the eccentricities approach the value 1 the error becomes very large. An abrupt change appears when the maximum eccentricity of the ellipsoid approaches values greater than 0.9. This work justifies the medical practice of using the spherical, instead of the ellipsoidal, brain model since the eccentricities of the human brain belong to the interval where no significant errors are present, that is in the neighborhood of 0.7 Since this work can be used in any other scientific or technological applications it is IX important to remember that things are not so easy in the case of very elongated or very flat ellipsoids.

Η γεωλογία της ΒΑ Ελλάδος αποτελείται από ένα Αλπικό σύνολο τεκτονικών καλυμμάτων που περιλαμβάνει μάρμαρα , αμφιβολίτες και ορθογνεύσιους της οροσειράς της Ροδόπης. Ο ορεινός όγκος της Ροδόπης χωρίζεται σε δύο τεκτονικές ενότητες. Η ενότητα Παγγαίου (κατώτερη ενότητα) αποτελείται από μάρμαρα, μαρμαρυγιακούς γνεύσιους, μαρμαρυγιακούς σχιστόλιθους, ασβεστοπυριτικούς σχιστόλιθους και αμφιβολίτες. Η ανώτερη τεκτονική ενότητα αποτελείται από γνεύσιους, μυλωνίτες, αμφιβολίτες και μικρές ποσότητες μιγματιτών και μαρμάρων . Στην περιοχή της Παλαιάς Καβάλας κατά μήκος της ρηξιγενούς ζώνης Καβάλας – Κομοτηνής (ΝΔ-ΒΑ) μεταμορφωμένα πετρώματα της κατώτερης τεκτονικής ενότητας του όγκου της Ροδόπης, διεισδύθηκαν από τον πλουτωνίτη της Καβάλας. Ο πλουτωνίτης αποτελείται από έναν παραμορφωμένο γρανοδιορίτη. Περιφερειακά και εντός αυτού αναπτύσσεται ένα εκτεταμένο μαγματικό – υδροθερμικό σύστημα πλούσιο σε Au,Ag,Cu,Pb,Zn καθώς και ένα κοίτασμα Bi-Te-Pb-Sb±Au , που σχετίζεται με χαλαζιακές φλέβες οι οποίες διασχίζουν τα μαγματικά και τα παραμορφωμένα πετρώματα. Η ορυκτολογική σύνθεση των φλεβών αυτών αποτελείται κυρίως από σιδηροπυρίτη, τετραδυμίτη και βισμουθινίτη. Στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής συλλέχθηκαν δείγματα γαλακτώδους χαλαζία, με θειοάλατα και τελλουρίδια που εγκλείονται σε σιδηροπυρίτη από τον αυτοκινητόδρομο της Καβάλας και το Χαλκερό. Οι χημικές αναλύσεις έγιναν με ηλεκτρονικό μικροαναλυτή στο Ινστιτούτο Ορυκτολογίας-Πετρολογίας του Πανεπιστημίου του Αμβούργου. Σύμφωνα με τις χημικές αναλύσεις η μεταλλοφορία της Παλαιάς Καβάλας περιλαμβάνει αξιοσημείωτες περιεκτικότητες Βισμουθίου και Τελλουρίου καθώς και Χρυσού. Το Βισμούθιο και το Τελλούριο έχουν ευρύ φάσμα εφαρμογών στην βιομηχανία, όπως χρήση σε ηλιακές κυψέλες, ψυκτικά πυρηνικών αντιδραστήρων, παράγωγα ορισμένων φαρμακευτικών προϊόντων καθώς και σε αρκετές άλλες χρήσεις. The geology of NE Greece consists of an Alpine set of tectonic covers that includes marbles, amphibolites and orthogneisses of the Rhodope complex. The Rhodope massif is divided into two tectonic units. The Pangaeo unit (lower unit) consists of marbles, mica gneisses, mica schists, calcareous schists and amphibolites. The upper tectonic unit consists of gneisses, mylonites, amphibolites and small amounts of migmatites and marbles. In the area of Palea Kavala along the Kavala – Komotini fault zone (SW-NE) metamorphosed rocks of the lower tectonic unit of the Rhodope massif were intruded by the Kavala plutonite. The plutonite consists of a deformed granodiorite. An extensive magmatic-hydrothermal system rich in Au,Ag,Cu,Pb,Zn as well as a BiTe-Pb-Sb±Au deposit is developed within and around the granodiorite, associated with quartz veins that crosscut the magmatic and metamorphic rocks. The mineralogical composition of these veins consists mainly of ferropyrite, tetradymite and bismuthite. In the context of this bachelor thesis, samples of milky quartz, with Bi-sulfosalts and tellurides enclosed in ferropyrite, were collected from the highway of Kavala and Halkero village. The chemical analyzes were performed with an electronic microanalyzer at the Institute of Mineralogy-Petrology of the University of Hamburg. According to the microprobe analyses, the ore deposits of Old Kavala include notable contents of Bismuth and Tellurium as well as Gold. Bismuth and Tellurium have a wide range of applications in industry, such as use in solar cells, nuclear reactor coolants, derivatives of certain pharmaceuticals as well as several other uses.

Η πέμπτη γενιά (5G) των ασύρματων και κινητών επικοινωνιών αναμένεται να έχει εκτεταμένο αντίκτυπο σε τομείς πέρα από αυτόν της τεχνολογίας πληροφοριών και επικοινωνιών (Information and Communications Technology - ICT). Το 5G ευθυγραμμίζεται με την 4η βιομηχανική εξέλιξη (4th industrial evolution), θολώνοντας τα όρια μεταξύ της φυσικής, της ψηφιακής και της βιολογικής σφαίρας. Σχεδιάστηκε για να προσφέρει δυνατότητες πολλαπλών υπηρεσιών και χρηστών, εκπληρώνοντας ταυτόχρονα πολλαπλές απαιτήσεις και επιχειρηματικά οικοσυστήματα. Ωστόσο, ορισμένες υπηρεσίες, όπως η επαυξημένη πραγματικότητα (Augmented Reality -AR), το εργοστάσιο του μέλλοντος (Factory of the Future) κ.λπ. θέτουν προκλήσεις για την ανάπτυξη μιας ενιαίας 5G υποδομής με βάση την ενεργειακή και οικονομική αποδοτικότητα. Σε αυτή τη κατεύθυνση, η παρούσα διδακτορική διατριβή υιοθετεί την ιδέα μιας καθολικής πλατφόρμας 5G που ενσωματώνει μια πληθώρα τεχνολογιών δικτύωσης (ασύρματες και ενσύρματες), και στοχεύει στην ανάπτυξη μαθηματικών εργαλείων, αλγορίθμων και πρωτοκόλλων για την ενεργειακή και λειτουργική βελτιστοποίηση αυτής της υποδομής και των υπηρεσιών που παρέχει. Αυτή η υποδομή διασυνδέει υπολογιστικούς, αποθηκευτικούς και δικτυακούς πόρους μέσω του προγραμματιζόμενου υλισμικού (hardware-HW) και της λογισμικοποίησης του δικτύου (network softwarisation). Με αυτό τον τρόπο, επιτρέπει την παροχή οποιασδήποτε υπηρεσίας με την ευέλικτη και αποτελεσματική μίξη και αντιστοίχιση πόρων δικτύου, υπολογισμού και αποθήκευσης. Αρχικά, η μελέτη επικεντρώνεται στις προκλήσεις των δικτύων ραδιοπρόσβασης επόμενης γενιάς (NG-RAN), τα οποία αποτελούνται από πολλαπλές τεχνολογίες δικτύου για τη διασύνδεση ενός ευρέος φάσματος συσκευών με υπολογιστικούς και αποθηκευτικούς πόρους. Η ανάπτυξη μικρών κυψελών (small cells) είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτίωση της φασματικής απόδοσης και της ρυθμαπόδοσης και μπορεί να επιτευχθεί είτε μέσω παραδοσιακών κατανεμημένων δικτύων ραδιοπρόσβασης (D-RAN) είτε μέσω δικτύων ραδιοπρόσβασης νέφους (C-RAN). Ενώ το C-RAN προσφέρει μεγάλα οφέλη όσο αφορά την επεξεργασία σήματος και τον συντονισμό σε σχέση με τα D-RAN, απαιτεί υψηλό εύρος ζώνης μετάδοσης και επιβάλλει σοβαρούς περιορισμούς καθυστέρησης στο δίκτυο μεταφοράς. Για την αντιμετώπιση αυτών των ζητημάτων, προτείνεται μια νέα αρχιτεκτονική «αποσύνθεσης των πόρων». Σύμφωνα με αυτήν, οι λειτουργιές βασικής επεξεργασίας σήματος (BBU functions) μπορούν να διαχωριστούν και να εκτελεστούν είτε στην ίδια θέση με τη κεραία (RU), είτε απομακρυσμένα σε κάποια μονάδα επεξεργασίας που βρίσκεται κοντά (DU) ή μακριά (CU) από την κεραία. Αυτή η έννοια της «αποσύνθεσης των πόρων» επιτρέπει την πρόσβαση σε κοινόχρηστους πόρους που παρέχονται από κέντρα δεδομένων μικρής ή μεγάλης κλίμακας, χωρίς να απαιτείται ιδιοκτησία των πόρων. Ωστόσο, η προσέγγιση αυτή απαιτεί την ανάπτυξη νέων πλαισίων βελτιστοποίησης για τη βελτίωση της αποδοτικότητας και της ευελιξίας των υποδομών 5G, ώστε να διαχειρίζονται αποτελεσματικά τους διαχωρισμένους πόρους. Καθοριστικό ρόλο σε αυτό αποτελεί η αρχιτεκτονική της Δικτύωσης Καθορισμένης από Λογισμικό (SDN), η οποία στοχεύει να επιτρέψει την προγραμματιζόμενη και δυναμική διαχείριση των πόρων του δικτύου μέσω κεντρικού ελέγχου. Έχοντας υπόψιν τα παραπάνω, στο πρώτο μέρος της διατριβής αναπτύσσεται ένα πλαίσιο βελτιστοποίησης που προσδιορίζει το βέλτιστο λειτουργικό διαχωρισμό μεταξύ των λειτουργιών βασικής επεξεργασίας σήματος, σε συνδυασμό με τη βέλτιστη τοποθέτηση του SDN ελεγκτή, λαμβάνοντας επίσης υπόψη τη σταθερότητα του συνολικού συστήματος και τη μείωση των συνολικών λειτουργικών δαπανών. Η ανάλυση επεκτείνεται περαιτέρω με προηγμένα σχήματα βελτιστοποίησης, με σκοπό την προσέγγιση ενός πιο ρεαλιστικού περιβάλλοντος 5G, όπου η ραγδαία αύξηση της κίνησης συνεπάγεται την ανάγκη για μεγαλύτερες δυνατότητες κλιμάκωσης για τη διαχείριση των χωρικών και χρονικών μεταβολών της, καθώς και τερματικών με διαφορετικές απαιτήσεις ποιότητας. Στη συνέχεια μελετούνται τα δίκτυα πυρήνα του 5G. Στα δίκτυα πυρήνα 5G κάθε λειτουργία είναι λογισμικοποιημένη (softwarized) και απομονωμένη, επιτρέποντας την ανάπτυξη της σε υλικό γενικής χρήσης. Επίσης εισάγεται ένας νέος διαχωρισμό μεταξύ των λειτουργιών του επιπέδου ελέγχου και του επιπέδου δεδομένων (Control and User Plane Seperation – CUPS) με βάση την SDN αρχιτεκτονική. Με τον τρόπο αυτό διαχωρίζεται η δικτυακή κίνηση μεταξύ των διαφορετικών 5G οντοτήτων (επίπεδο ελέγχου) και η δικτυακή κίνηση των χρηστών (επίπεδο χρήστη). Κρίσιμο ρόλο στο χειρισμό σημαντικού μέρους του επιπέδου χρήστη στα συστήματα 5G διαδραματίζει η οντότητα «λειτουργία επιπέδου χρήστη» (User Plane Function – UPF). Το UPF είναι υπεύθυνο για την προώθηση της πραγματικής κίνησης χρηστών με πολύ αυστηρές απαιτήσεις απόδοσης. Ανάλογα με τον τύπο της απαιτούμενης υπηρεσίας και την αρχιτεκτονική του δικτύου ραδιοπρόσβασης, οι κόμβοι UPF μπορούν να βρίσκονται είτε πιο κοντά είτε πιο μακριά από αυτό, ανακατευθύνοντας την κυκλοφορία σε διακομιστές κοντά στην άκρη του δικτύου για μείωση του χρόνου καθυστέρησης ή σε κεντρικές εγκαταστάσεις. Ως εκ τούτου, προκύπτει το ερώτημα της επιλογής των βέλτιστων στοιχείων UPF, καθώς η επιλογή ενός μη διαθέσιμου υπολογιστικού πόρου UPF μπορεί να οδηγήσει σε μπλοκάρισμα και καθυστερήσεις της υπηρεσίας. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος, προτείνουμε ένα μοντέλο ειδικά σχεδιασμένο για δυναμική επιλογή βέλτιστων στοιχείων UPF με στόχο την ελαχιστοποίηση της συνολικής καθυστέρησης της υπηρεσίας. Αναπτύσσουμε συναρτήσεις κόστους για το μοντέλο χρησιμοποιώντας εργαστηριακές μετρήσεις που ελήφθησαν από μια πλατφόρμα 5G ανοιχτού κώδικα που φιλοξενείται σε περιβάλλον νέφους οπτικού κέντρου δεδομένων. Με το προτεινόμενο μοντέλο, μπορούμε να επιλέξουμε δυναμικά το καταλληλότερο στοιχείο UPF για τη χρήση υπολογιστικών πόρων, μειώνοντας τη καθυστέρηση εξυπηρέτησης. Επεκτείνοντας την έννοια αποσύνθεσης των δικτυακών πόρων, η ανάλυση εστιάζει στα συστήματα 6G, τα οποία αναμένεται να υποστηρίξουν ένα ευρύ φάσμα υπηρεσιών μέσω μιας κοινής υποδομής που διευκολύνεται από τον τεμαχισμό δικτύου (network slicing). Τα συστήματα 6G προβλέπεται να λειτουργούν με αποκεντρωμένο τρόπο, που επιτρέπει στις εφαρμογές να παρεμβαίνουν άμεσα στις διαδικασίες ελέγχου για την πιο αποτελεσματική διασφάλιση της ποιότητας εμπειρίας (Quality of Experience – QoE) των τελικών χρηστών. Αυτό πραγματοποιείται μέσω της χρήσης της οντότητας «λειτουργία εφαρμογής» (Application Function – AF), η οποία διαχειρίζεται την εφαρμογή που εκτελείται στο τερματικό χρήστη (User Equipment – UE) και στο διακομιστή (Application Server - AS) που υποστηρίζει την υπηρεσία. Το AF διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην παροχή υπηρεσιών υψηλού QoE, καθώς ενημερώνεται από την εφαρμογή και μπορεί να επηρεάσει τις αποφάσεις δρομολόγησης της κυκλοφορίας. Ωστόσο, η ανεξέλεγκτη λειτουργία του AF μπορεί να οδηγήσει σε αστάθεια στο σύστημα. Για την αντιμετώπιση αυτού του ζητήματος σχεδιάζουμε, εφαρμόζουμε και αξιολογούμε θεωρητικά και πειραματικά ένα πλήρως κατανεμημένο πλαίσιο λήψης αποφάσεων για την εκχώρηση ροών (flow assignment) στα συστήματα 6G. Το πλαίσιο αυτό αποδεικνύεται ότι, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, συγκλίνει σε ένα σταθερό σημείο που παρέχει τη βέλτιστη ισορροπία μεταξύ QoE και αποδοτικότητας κόστους. Οι συναρτήσεις κόστους που χρησιμοποιούνται ενσωματώνουν τόσο το κόστος δικτύου όσο και το υπολογιστικό κόστος, τα οποία προκύπτουν ρεαλιστικά μέσω μιας λεπτομερούς διαδικασίας που διεξάγεται σε μια λειτουργική 5G πλατφόρμα. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει τη μοντελοποίηση της απόδοσης του συστήματος και των απαιτήσεων σε διαφορετικά σενάρια λειτουργίας, τα οποία μπορούν να βοηθήσουν στη βελτιστοποιημένη διαχείριση του κύκλου ζωής των παρεχόμενων υπηρεσιών. Τέλος, η μελέτη επικεντρώνεται στην πραγματική ανάπτυξη μιας υποδομής 5G που υποστηρίζει τον τεμαχισμό του δικτύου κατά παραγγελία από πολλαπλούς χρήστες. Ο τεμαχισμός του δικτύου επιτρέπει τον διαχωρισμό της φυσικής υποδομής δικτύου σε πολλαπλές λογικές υποδομές που μπορούν να υποστηρίξουν διαφορετικές κατηγορίες υπηρεσιών. Ένα τμήμα δικτύου (slice) έχει τους δικούς του αποκλειστικούς πόρους από το δίκτυο πρόσβασης, μεταφοράς, και πυρήνα, καθώς και στοιχεία από διάφορους τομείς κάτω από τους ίδιους ή διαφορετικούς διαχειριστές. Η κοινή χρήση της υποκείμενης φυσικής υποδομής από τα τμήματα δικτύου περιλαμβάνει την ανάπτυξη κατάλληλων διεπαφών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την σύνδεση των διαφορετικών δικτυακών στοιχείων, καθώς και τη δημιουργία κατάλληλων περιγραφών (descriptors) για την εικονοποίηση των 5G λειτουργιών (Εικονικές Δικτυακές Λειτουργίες 5G - 5G Virtual Network Functions – VNFs). Η συλλογή και ο κατάλληλος συνδυασμός πολλαπλών VNF δίνει μια 5G υπηρεσία δικτύου (Network Service - NS) από άκρη σε άκρη (End to End - E2E). Μέσω μιας πλατφόρμας διαχείρισης και ενορχήστρωσης (Management and Orchestration Platform - MANO), μπορούμε να συνδυάσουμε αυτές τις υπηρεσίες δικτύου για να δημιουργήσουμε και να διαχειριστούμε ένα 5G τμήμα δικτύου. Για να επιτευχθεί αυτό, στη μελέτη αυτή χρησιμοποιείται ένας ενορχηστρωτής που ονομάζεται Open Source MANO (OSM), ο οποίος είναι συμβατός με το πρότυπο της Εικονικοποίησης Λειτουργιών Δικτύου (NFV). Αναπτύσσονται descriptors τόσο για τις λειτουργίες του επιπέδου ελέγχου του 5G, όσο και για το επίπεδο χρήστη. Συνδυάζοντας αυτούς τους descriptors, επιτυγχάνεται η δυναμική υλοποίηση πολλαπλών τμημάτων δικτύου πάνω σε μια 5G πλατφόρμα που υποστηρίζει πολλαπλούς χρήστες και φιλοξενείται σε μια υποδομή κέντρου δεδομένων. Χρησιμοποιώντας τα δημιουργημένα VNF, μπορούμε να εκτελέσουμε το δίκτυο πυρήνα με το πάτημα ενός κουμπιού και να παρέχουμε πολλαπλά τμήματα δικτύου με διαφορετικά χαρακτηριστικά. The fifth generation (5G) of wireless and mobile communications is expected to have a far-reaching impact on society and businesses beyond the information and communications technology (ICT) sector. 5G is aligned with the 4th industrial evolution, blurring the lines between the physical, digital, and biological spheres. A common design is necessary to accommodate all service types based on energy and cost efficiency. To address this, this PhD thesis adopts the idea of a universal 5G platform that integrates a variety of networking technologies (wireless and wired), and aims to develop mathematical tools, algorithms and protocols for the energy and operational optimization of this infrastructure and the services it provides. This infrastructure interconnects computing, storage and network components that are placed at different locations, using the concepts of programmable hardware (hardware-HW) and network software (network softwarisation). In this way, it enables the provision of any service by flexibly and efficiently mixing and matching network, computing and storage resources. The thesis targeted four distinct contributions. All proposed contributions are implemented and investigated experimentally in a 5G open-source lab testbed. The first contribution focused on optimal function and resource allocation adopting the innovative 5G RAN architecture, that splits flexibly the baseband processing function chain between Remote, Distributed and Central Units. This enables access to shared resources provided by micro or large-scale remote data centers, without requiring resource ownership. To support this architecture, networks adopt the Software Defined Networking (SDN) approach, where the control plane is decoupled from the data plane and the associated network devices and is centralized in a software-based controller. In this context, the goal of the proposed approach was to develop effective optimization techniques that identify the optimal functional split, along with the optimal location and size of the SDN controllers. The second contribution concentrated on solving the User Plane Function (UPF) selection problem in 5G core networks. According to the SDN paradigm 5G core control plane functions manage the network, while UPFs are responsible for handling users’ data. Depending on the 5G RAN deployment option and the nature of the service, UPF nodes can be placed closer to the network edge, directing traffic to the Multi-access Edge Computing (MEC) servers hence reducing latency, or be placed deeper into the network directing traffic to central cloud facilities. In this context, a framework that selects the optimal UPF nodes to handle user’s traffic minimizing total service delay has been proposed. The third contribution pertained to service provisioning in upcoming telecommunication systems. 6G systems require novel architectural Quality of Experience (QoE) models and resource allocation strategies that can differentiate between data streams originating from the same or multiple User Equipment (UEs), respond to changes in the underlying physical infrastructure, and scale with the number of connected devices. Currently, centralized management and network orchestration (MANO) platforms provide this functionality, but they suffer scalability issues. Therefore, future systems are anticipated to operate in a distributed manner, allowing applications to directly intervene in relevant control processes to ensure the required QoE. The proposed approach focused on developing a flow assignment model that supports applications running on UEs. The final contribution of this thesis focused on the deployment of a 5G infrastructure that supports multi-tenant network slicing on demand. Sharing of the underlying physical infrastructure was achieved through the development of suitable interfaces for integrating different network components and the creation of appropriate descriptors for virtual 5G network functions (VNFs). By collecting and combining multiple VNFs, an end-to-end 5G Network Service (NS) can be obtained. Using a MANO platform, these NSs can be combined to instantiate and manage a 5G network slice.

Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν να μελετήσει τη γεωμορφολογία και τη μικρομορφολογία των φυσικών ακτόλιθων ώστε να αποκαλύψει τον μηχανισμό σχηματισμού τους και να μιμηθεί τις φυσικές διεργασίες με στόχο τη δημιουργία τεχνητών ακτόλιθων. Απώτερος στόχος είναι η προστασία των ευάλωτων αμμωδών παραλιών από τη παράκτια διάβρωση με τη χρήση μιας νέας ήπιας μεθόδου προστασίας. Αυτό το διδακτορικό επικεντρώνεται στον μηχανισμό σχηματισμού ακτόλιθων μέσω της σύγκρισης των χαρακτηριστικών του συνδετικού τους υλικού, της χημείας ορυκτών και της κοκκομετρίας των ακτόλιθων από διαφορετικές γεωλογικές και γεωγραφικές τοποθεσίες της Ελλάδας, της Κύπρου και της Οκινάουα της Ιαπωνίας. Προκειμένου να διερευνηθεί η προτεινόμενο ήπιας μέθοδος για την προστασία των ακτών από τη διάβρωση, δημιουργήθηκαν in vitro δείγματα τεχνητών ακτόλιθων με τη χρήση δειγμάτων άμμου και ουρεολυτικών βακτηρίων και από δύο περιοχές της Ελλάδας, υπό συνθήκες επιτάχυνσης. Γεωμορφολογικές παρατηρήσεις κατά τη διάρκεια των εργασιών πεδίου έχουν αποδείξει ότι οι ακτόλιθοι σε πολλές περιπτώσεις παίζουν το ρόλο του προστατευτικού μηχανισμού κατά της διάβρωσης των ακτών. Στη βόρεια Νάξο, μια μέρα με αέρα γεννήθηκε η ιδέα να ακολουθήσουμε το παράδειγμα της φύσης, καθώς τα μεγάλα κύματα δεν μπορούσαν να φτάσουν στην ακτή λόγω των ακτόλιθων που είχαν το ρόλο του φυσικού κυματοθραύστη. Έτσι μιμούμενοι τη φύση δημιουργήθηκε μία νέα λύση ενάντια στους παράκτιους κινδύνους. Παρόλο που υπάρχουν πολλές μελέτες σχετικά με τους ακτόλιθους, με διαφορετικό υπόβαθρο, μεθοδολογίες και στόχους, δεν υπήρχε ομοιογενής συγκροτημένη μεθοδολογία που θα μπορούσε να συμβάλει στην κατανόηση των μηχανισμών σχηματισμού ακτόλιθων ή του διαγενετικού τους περιβάλλοντος. Για το λόγο αυτό, πραγματοποιήθηκε ανάλυση πολλαπλών τύπων δεδομένων σε ακτόλιθους από 13 περιοχές μελέτης της Ελλάδας, της Κύπρου και της Οκινάουα, Ιαπωνίας, οι οποίες έχουν διαφορετικά γεωλογικά, γεωμορφολογικά και φυσικογεωγραφικά χαρακτηριστικά, καθώς και διαφορετική παροχή ιζημάτων και διαφορετική κοκκομετρία. Πραγματοποιήθηκαν λεπτομερείς εργασίες πεδίου στην ακτή αλλά και υποβρύχια. Ελήφθησαν δείγματα ακτόλιθων για ορυκτολογική και γεωχημική ανάλυση για την κατανόηση της δομής των ακτόλιθων. Μελετήθηκε η μικρομορφολογία του συνδετικού υλικού για τον προσδιορισμό του τύπου του και τον προσδιορισμό της χωρικής σχέσης μεταξύ της παλαιάς ακτογραμμής και της ζώνης σχηματισμού πετρωμάτων. Επιλεγμένα δείγματα συλλέχθηκαν για χρονολόγηση με χρήση OSL χρονολόγησης χαλαζία. Από επιλεγμένες περιοχές λήφθηκαν δείγματα άμμου και νερού για μικροβιολογική ανάλυση και τον εντοπισμό ουρεολυτικών βακτηρίων, τα οποία ήταν απαραίτητα για την εφαρμογή της Μικροβιακά Προκαλούμενης Ανθρακικής Κατακρήμνισης (MICP) για τη δημιουργία αντίστοιχων τεχνητών ακτόλιθων in-vitro. Τα δείγματα τεχνητών πετρωμάτων αναλύθηκαν για τις μηχανικές, ορυκτολογικές και γεωχημικές τους ιδιότητες. Η γεωμορφολογική, ορυκτολογική και γεωχημική ανάλυση των ακτόλιθων έδειξε ότι οι ακτόλιθοι της Διόλκου, του Πόρτο Ράφτη, της Αιδηψού, της Νάξου και της Πάρου σχηματίστηκαν μεταξύ άνω και μέσω παλιρροιακής ζώνης και αποτελούνται από υπολειμματικά υλικά που προέρχεται από το μητρικό πέτρωμα. Οι ακτόλιθοι της Οκινάουα σχηματίστηκαν επίσης στην άνω έως μέσω παλιρροιακή ζώνη και αποτελούνται από άμμο, κοραλλιογενή άμμο και θραύσματα τρηματοφόρων. Οι ακτόλιθοι που σχηματίστηκαν στη μέσω παλιρροιακή ζώνη ήταν αυτοί που εντοπίστηκαν στη Σκύρο, την Ψάθα, το Κατάκολο, τη Σαλαμίνα και τη Ρόδο. Οι ακτόλιθοι της Λευκάδας και της Κύπρου σχηματίστηκαν στην υποπαλιρροϊκή έως μεσαία μεσοπαλιρροιακή ζώνη. Οι υποπαλιρροϊκοί-μέσω παλιρροιακοί ακτόλιθοι σχηματίστηκαν σε περιοχές με λιθολογίες υψηλής περιεκτικότητας σε Mg και Cal, δηλαδή στην Κύπρο (ηφαιστειακά πετρώματα) και στη Λευκάδα (ασβεστόλιθος). Όλες οι παραλίες ήταν μέρος ενός καλά ανεπτυγμένου υδρογραφικού δικτύου το οποίο διέθετε γλυκό νερό. Οι γεωμορφολογικές παρατηρήσεις έδειξαν ότι σε περιοχές με πολλαπλές γεννεές ακτολίθων, οι ακτόλιθοι είχαν περισσότερες ασυνέχειες, οι οποίες ήταν κυρίως βυθισμένες ή στο επίπεδο της θάλασσας. Οι θραυσμένοι ακτόλιθοι δείχνουν ότι απορροφούν την ενέργεια των κυμάτων πριν φτάσει στην αμμώδη παραλία. Αντίθετα, οι ανυψωμένοι ακτόλιθοι βρέθηκαν πιο διατηρημένοι. Η ανάπτυξη των ακτόλιθοων παύει όταν η παροχή ιζημάτων διαταράσσεται λόγω ανθρώπινης δραστηριότητας ή άλλων φυσικών αιτιών και οι παράκτιες γεωμορφολογικές διεργασίες επηρεάζουν την ανάπτυξη των ακτόλιθοι (π.χ. Δίολκος). Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η μεγαλύτερη περίοδος κορεσμού σε νερό και η παροχή ασβεστίου μαγνησίου μπορεί να έχουν ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη ακτολιθων με μεγαλύτερο πάχος. Όταν τα χαλίκια ενσωματώνονται σε ακτόλιθους δημιουργείται περισσότερο πορώδες βοηθώντας τον σχηματισμό συνδετικού υλικού matrix που έχει ως αποτέλεσμα την καλύτερη στερεοποίηση (π.χ. Σαλαμίνα, Ψαθά). Η μορφολογία και ο τύπος της παραλίας (προστατευόμενη/ανοιχτή) δεν παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη του πετρώματος παρά των φυσικοχημικών παραγόντων. Σε περιοχές όπου καταστρέφονται οι ακτόλιθοι (π.χ. Σαλαμίνα, Πάρος, Αιδηψός) η μορφολογία της παραλίας υποδηλώνει υποχώρηση. Τα πειράματα των τεχνητών ακτόλιθων συνέβαλαν στην υλοποίηση της ιδέας ότι οι τεχνητοί ακτόλιθοι είναι μια πιθανή φυσική μεθοδολογία για την προστασία των ακτών. Ελέγχονται από τον τύπο του μεταβολισμού των βακτηρίων. Διαπιστώθηκε ότι οι τεχνητοί ακτόλιθοι ήταν πιο ευνοϊκοί σε κακώς ταξινομημένο ιζήματα (πορώδες). Η αργή κυκλοφορία των θρεπτικών συστατικών μπορεί να επηρεάσει την καλύτερη δημιουργία τεχνητών ακτόλιθων. Η περίπτωση βακτηρίων Micrococcus Yunnanensis sp. αναπτύσσει καλύτερους κρυστάλλους και οδηγεί σε καλύτερη συγκόλληση έναντι των Virgibacillus sp. Τα εγγενή βακτήρια απέδωσαν καλύτερα με το φυσικό ίζημα καθώς δημιούργησαν δείγματα με UCS ίσο με 4-5 MPa. Η ανάλυση οδήγησε σε έναν βέλτιστο συνδυασμό παραμέτρων για τη δημιουργία τεχνητών πετρωμάτων παραλίας, ιθαγενών βακτηρίων, εγγενών ιζημάτων, ιζήματος κακής ταξινόμησης, 0,5 M CaCl2 και ουρίας. Συνολικά, αυτή η εργασία έδειξε ότι οι ακτόλιθοι θα πρέπει να μελετούνται με μια προσέγγιση πολλαπλών προσεγγίσεων, χρησιμοποιώντας γεωμορφολογικές, γεωχημικές και ορυκτολογικές μεθοδολογίες. Με αυτόν τον τρόπο, αποφεύγεται η σύγχυση με άλλες λιθολογίες (όπως ψαμμίτη), προσδιορίζοντας με ακρίβεια το περιβάλλον σχηματισμού τους και μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως γεωμορφολογικοί δείκτες παλαιών ακτογραμμών. Όσον αφορά τους τεχνητούς ακτόλιθους, αυτή η διατριβή έδειξε ότι οι τεχνητοί ακτόλιθοι μπορούν να οδηγήσουν σε μια νέα εποχή μεθόδων ήπιας μηχανικής, μέσω της οποίας μπορούμε να μιμηθούμε τους φυσικούς ακτόλιθους ως κυματοθραύστες The purpose of this thesis was to study the geomorphology and micro-morphology of natural beachrocks and reveal their formation mechanism in order to mimic and accelerate the process to create artificial beachrocks. The ultimate goal is the protection of the vulnerable sandy beaches from coastal erosion using a new soft engineering solution by understanding in depth the formation mechanism of natural beachrocks. This PhD focuses on the beachrock formation mechanism through the comparison of cement characteristics, mineral chemistry and granulometry of beachrock occurrences from different geological and geographical localities from Greece, Cyprus and Okinawa, Japan. In order to investigate a potential soft engineering method to protect coasts from erosion, artificial beachrock samples were created in vitro using sand samples and ureolytic bacteria from both areas under accelerating conditions. Geomorphological observations during our field activities had already shown that beachrocks in many cases play the role of the protective mechanism against coastal erosion. At north Naxos Island, a windy day gave the idea to follow the example of nature, as high waves couldn’t reach the coast as the beachrocks were playing the role of natural breakwater. Thus the idea of imitating nature and find a solution against coastal hazards was born. Although there are many studies on beachrocks, with different backgrounds, methodologies, and objectives, no homogenous-specific methodology that could contribute to understanding the mechanisms of beachrock formation or their diagenetic environment existed. For this reason, a multiproxy analysis took place throughout the study of beachrocks at 13 study areas on Greece, Cyprus and Okinawa (Japan), which have different geological, geomorphological and physico-geographical characteristics, as well as different sediment supply and different granulometry. Detailed field surveys took place on the shore and underwater. Beachrock samples were retrieved for mineralogical and geochemical analysis to understand the structure of beachrocks, cement micro-morphology order to identify the type of cement and determine the spatial relationship between the past shoreline and beachrock formation zone. Selected samples were collected for dating using OSL dating of quartz. From selected areas, sand and water samples were retrieved for microbiological analysis to identify ureolytic bacteria, which were essential for the application of the Microbially Induced Carbonate Precipitation (MICP) to create corresponding artificial beachrocks in-vitro. The artificial beachrock samples were analyzed for their mechanical, mineralogical and geochemical properties. The geomorphological, mineralogical and geochemical analysis of beachrocks showed that the beachrocks of Diolkos, Porto Rafti, Edipsos, Naxos and Paros were formed in the upper/shallow to middle intertidal zone and they consist of detrital material originating from the local bedrock. Okinawa beachrocks were also formed in the upper/shallow to middle intertidal zone and consist of sand, coral sand and foraminifera fragments. Beachrocks that were formed in the middle intertidal zone were the ones located in Skyros, Psatha, Katakolo, Salamina and Rhodes. The beachrocks of Lefkada and Cyprus were formed in the subtidal to middle intertidal zone. The subtidal- middle intertidal beachrocks were formed in areas with high Mg and Cal content lithologies, i.e. Cyprus (volcanic rocks) and Lefkada (limestone). All beaches were part of a well-developed drainage system and fresh water was available. Geomorphological observations showed that in areas with multiple beachrock slabs, beachrock had more discontinuities, which were mostly submerged or on sea level. The broken beachrocks indicate that they absorb the wave energy before it reaches the sandy beach. Conversely, uplifted beachrocks were found more preserved. Beachrock development stops when sediment supply is disturbed due to human activity or other causes and the beach geomorphological processes affect the beachrock development (e.g. Diolkos). In addition, it was found that longer saturation period and Magnesium Calcite supply may result in thicker beachrock development. When gravels are incorporated in beachrocks more pore space occurs helping the formation of matrix cement which results in better consolidation (e.g. Salamina, Psatha). The beach morphology and type (protected/ open) does not play an important role in the development of beachrock rather than physicochemical factors. At areas where beachrock is destroyed (e.g. Salamina, Paros, Edipsos) the beach morphology indicates beach retreat. The artificial beachrock experiments contributed to the realization of the concept that Artificial beachrock is a possible natural based methodology for coastal protection. They are controlled by the bacteria metabolism type. It was found that the artificial beachrocks were more favorable in poorly shorting sediments (pore space). Slow circulation of nutrients may affect better artificial beachrock creation. The Micrococcus Yunnanensis sp bacteria case grow better crystals and leads to better consolidation than those of Virgibacillus sp. The Native bacteria performed better with native sediment as they created samples with UCS is equal to 4-5 MPa. The analysis resulted in an optimum combination of parameters to create artificial beachrocks, native bacteria, native sediment, bad shorting sediment, 0.5 M CaCl2 and Urea. Overall, this work has shown that beachrocks should be studied with a multiproxy approach, using geomorphological, geochemical, and mineralogical methodologies. In this way, confusion with other lithologies (such as sandstone) is avoided, their formation environment is accurately determined, and they can be used as geomorphological indicators of past sea levels. Regarding artificial beachrocks, this work has shown that artificial beachrocks may lead to a new era of soft engineering methods, through which we can imitate the natural beachrocks as breakwaters.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετάται η μαθηματική θεωρία της θερμοελαστικότητας και ειδικότερα η θεωρία σκέδασης θερμοελαστικών κυμάτων. Μοντελοποιούνται και μελετώνται θερμοελαστικά προβλήματα σκέδασης για χρονικά αρμονικά εξαρτημένα πεδία, για τις περιπτώσεις ενός μη διαπερατού ή ενός διαπερατού σκεδαστή όπως επίσης και για την περίπτωση ενός πολυστρωματικού σκεδαστή με μη διαπερατό ή διαπερατό πυρήνα. Μια τετραδιάστατη μορφή των θερμοελαστικών πεδίων της οποίας οι τρεις πρώτες συνιστώσες αντιστοιχούν στο πεδίο μετατόπισης και η τέταρτη συνιστώσα αντιστοιχεί στο πεδίο θερμοκρασίας, χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση των προαναφερθέντων προβλημάτων σκέδασης σε ενοποιημένη μορφή. Κάνοντας χρήση των συνθηκών πάνω στην επιφάνεια του σκεδαστή και χρήση των συνθηκών πάνω στις επιφάνειες των στρωμάτων του σκεδαστή αντίστοιχα, κατασκευάζονται εναλλακτικές ολοκληρωτικές αναπαραστάσεις του θερμοελαστικού σκεδασμένου πεδίου και εναλλακτικές εκφράσεις των θερμοελαστικών μακρινών πεδίων στις οποίες έχουν ενσωματωθεί οι θερμοελαστικές φυσικές παράμετροι του εσωτερικού του σκεδαστή και τα εσωτερικά θερμοελαστικά πεδία. Αποδεικνύεται η μοναδικότητα λύσης των υπό μελέτη θερμοελαστικών προβλημάτων σκέδασης κάνοντας χρήση μίας Helmholtz αναπαράστασης, των συνθηκών ακτινοβολίας του Kupradze και ενός Λήμματος τύπου Rellich. Επίσης, αποδεικνύεται η ύπαρξη λύσης κάνοντας χρήση θερμοελαστικών δυναμικών απλού και διπλού στρώματος και της θεωρίας Riesz-Fredholm. Στη συνέχεια, μοντελοποιούνται προβλήματα σκέδασης αρμονικά χρονικά εξαρτημένων ελαστικών κυμάτων από ένα διαπερατό και από ένα πολυστρωματικό θερμοελαστικό σκεδαστή με διαπερατό πυρήνα. Κάνοντας χρήση των συνθηκών διαπερατότητας, κατασκευάζονται εναλλακτικές ολοκληρωτικές αναπαράστασεις του ελαστικού σκεδασμένου πεδίου και εναλλακτικές εκφράσεις των ελαστικών μακρινών πεδίων, οι οποίες περιλαμβάνουν τα εσωτερικά θερμοελαστικά πεδία και τις φυσικές παραμέτρους του σκεδαστή. Επίπλέον, παρουσιάζονται και αποδεικνύονται σχέσεις σκέδασης που αντιστοιχούν στο θεώρημα αμοιβαιότητας, στο γενικό θεώρημα σκέδασης και στο οπτικό θεώρημα. Τέλος, μελετάται ένα αντίστροφο πρόβλημα σκέδασης θερμοελαστικών κυμάτων από έναν άκαμπτο θερμοελαστικό σκεδαστή ο οποίος είναι a-priori γνωστό ότι είναι ελλειψοειδούς σχήματος και αποσκοπεί στον προσδιορισμό του μεγέθους και του προσανατολισμού του. Παρουσιάζεται μία μέθοδος επίλυσης του προαναφερθέντος αντιστρόφου προβλήματος σκέδασης, κάνοντας χρήση δεδομένων κοντινού πεδίου και συγκεκριμένα ενός πεπερασμένου αριθμού μετρήσεων του πρώτου όρου του αναπτύγματος χαμηλών συχνοτήτων του θερμοελαστικού σκεδασμένου πεδίου. Αντίστοιχα αποτελέσματα παρουσιάζονται για την γεωμετρικά εκφυλισμένη περίπτωση της σφαίρας. In the present doctoral dissertation the mathematical theory of thermoelasticity and more precisely the scattering theory of thermoelastic waves is studied. Thermoelastic scattering problems for time-harmonic fields, for the cases of an impenetrable or a penetrable scattering object as well as for the case of a multi-layered scattering body with an impenetrable or a penetrable core, are formulated and studied. A four-dimensional form of the thermoelastic fields whose first three components correspond to the displacement fields and whose fourth components correspond to the temperature fields, is used to obtain the aforementioned scattering problem formulations in a unified form. Usage of the conditions on the scatterer's surface and usage of the conditions on the scatterer's layers surfaces respectively, lead to the derivation of alternative integral representations of the thermoelastic scattered field as well as to the construction of alternative expressions of the thermoelastic far-field patterns in which the scatterer's interior thermoelastic physical parameters and fields are incorporated. Uniqueness of solution for the thermoelastic scattering problems under study is proved via the usage of a Helmholtz's decomposition, Kupradze's thermoelastic radiation conditions and a Rellich's type Lemma. Existence of solution is also proved via the usage of single- and double- layer thermoelastic potentials and the Riesz-Fredholm theory. Next, scattering problems of time-harmonic elastic waves for a penetrable or a multi-layered thermoelastic scatterer with a penetrable core are formulated. Via the usage of the transmission conditions, alternative integral representations of the elastic scattered field as well as alternative expressions of the elastic far-field patters are constructed, containing the interior thermoelastic fields and the scatterer's physical parameters. Moreover, scattering relations corresponding to the reciprocity theorem, the general scattering theorem and the optical theorem are presented and proved. Finally, an inverse scattering problem of thermoelastic waves by a rigid thermoelastic scattering object that is apriori known to be of ellipsoidal shape and aims to the recovery of its unknown size and orientation is treated. A near-field method for solving the aforementioned inverse scattering problem via the usage of a finite number of measurements of the leading order-term of the low-frequency expansion of the thermoelastic scattered field is presented. Corresponding results for the geometrically degenerate case of the rigid thermoelastic sphere are obtained.

Το ταξίδι προς το 6G συνεχίζεται με τον καθορισμό των περιπτώσεων χρήσης που προσπαθούν να προβλέψουν σημαντικές τάσεις στα σενάρια χρήσης βοηθώντας στην ικανοποίηση των αναγκών και των απαιτήσεων για μελλοντικές αλλαγές γενεών. Αυτές οι προβλέψεις κατ' απαίτηση θα τροφοδοτήσουν το Όραμα ITU-R IMT για το 2030 και μετά θα καθορίσουν μελλοντικές απαιτήσεις συνδεσιμότητας. Μια παρόμοια προσέγγιση χρησιμοποιήθηκε για το 5G, οδηγώντας στην εισαγωγή τεχνολογιών που ικανοποιούν τις προβλεπόμενες ανάγκες της βιομηχανίας και των χρηστών. Για παράδειγμα, το 5G εισήγαγε νέες δυνατότητες τόσο στην ραδιοπρόσβαση όσο και στο δίκτυο κορμού. Αρχικά, το δίκτυο ραδιοπρόσβασης 5G σχεδιάστηκε για να είναι εστιασμένο προς το μέλλον και ευέλικτο για να υποστηρίζει νέες ζώνες συχνοτήτων, ικανό να υποστηρίζει πολλές διαφορετικές νέες εφαρμογές που απαιτούν πιο κρίσιμους δείκτες απόδοσης. Δεύτερον, το δίκτυο κορμού 5G, σχεδιάστηκε πάνω σε αρχιτεκτονική με βάση τις υπηρεσίες, ανεξάρτητα από την πρόσβαση και ως ένα συγκλίνον πλαίσιο για την υποστήριξη ενός ευρέος φάσματος υπηρεσιών. Ο ολοένα και πιο έξυπνος σχεδιασμός του 5G, εγγενής στο σύννεφο, του δίνει τη δυνατότητα να επικρατήσει και πέρα από την τρέχουσα δεκαετία. Σε αυτό το πλαίσιο, είναι σημαντικό να λαμβάνουμε υπόψη τους οδηγούς και τις απαιτήσεις όταν εντοπίζουμε διαφοροποιημένες ευκαιρίες για τις μελλοντικές δυνατότητες 6G. Θα εξελιχθεί προοδευτικά από ανθρωποκεντρικό σε ταυτόχρονα ανθρωποκεντρικό και μηχανοκεντρικό. Το 6G θα φέρει μια σχεδόν άμεση και απεριόριστη πλήρη ασύρματη συνδεσιμότητα. Ένα νέο τοπίο θα αναδυθεί επίσης για τις επιχειρήσεις, ως αποτέλεσμα της σύγκλισης που θα επιτρέψει το 6G στους τομείς της συνδεσιμότητας, της ρομποτικής, του σύννεφου και του ασφαλούς και αξιόπιστου εμπορίου. Αυτό θα αναδιαμορφώσει ριζικά τον τρόπο λειτουργίας των επιχειρήσεων. Τα βασικά χαρακτηριστικά του 6G θα περιλαμβάνουν έξυπνες συνδεδεμένες λειτουργίες διαχείρισης και ελέγχου, προγραμματισμό, ολοκληρωμένη ανίχνευση και επικοινωνία, μείωση του ενεργειακού αποτυπώματος, αξιόπιστη υποδομή, επεκτασιμότητα και μικρό κόστος. Η αρχιτεκτονική 6G θα πρέπει να είναι επαρκώς ευέλικτη και αποτελεσματική, ώστε να επιτρέπει την εύκολη ενσωμάτωση των πάντων, δηλαδή ενός δικτύου δικτύων, κοινής επικοινωνίας και ανίχνευσης, μη επίγειων δικτύων και επίγειας επικοινωνίας, που να περιλαμβάνει νέους ενεργοποιητές με τεχνητή νοημοσύνη καθώς και τοπικούς και κατανεμημένες υπολογιστικές δυνατότητες. Η τεχνητή νοημοσύνη και η μηχανική μάθηση θα βοηθήσουν στη διατήρηση της οικονομικής αποδοτικότητας λειτουργίας των οραματιζόμενων πολύπλοκων υπηρεσιών 6G, όπως η αλληλεπίδραση σε κόσμους ανθρώπου-ψηφιακού-φυσικού και διαδικτύου των αισθήσεων, για την αυτοματοποίηση κάποιου επιπέδου των διαδικασιών λήψης αποφάσεων και την επίτευξη μηδενικής προσέγγιση αφής. Θα απαιτηθούν νέες ηλεκτρονικές τεχνολογίες, εξαρτήματα και συσκευές, συμπεριλαμβανομένων επεξεργαστών, μνημών, κλπ. Η εκμετάλλευση των ιδιοτήτων από την κβαντομηχανική πρέπει να διερευνηθεί, καθώς και άλλες αναδυόμενες προκλήσεις για να κατανοήσουμε τις δυνατότητές τους και πώς μπορούν αν αξιοποιηθούν στα πλαίσια του 6G. The journey to 6G continues by defining use cases that try to anticipate important trends in usage scenarios helping to meet the needs and requirements of future generational shifts. These on-demand forecasts will feed into the ITU-R IMT Vision 2030 and then define future connectivity requirements. A similar approach was used for 5G, leading to the introduction of technologies that meet the anticipated needs of industry and users. For example, 5G introduced new capabilities in both radio access and the core network. Initially, the 5G radio access network was designed to be future-oriented and flexible to support new frequency bands, capable of supporting many different new applications that require more critical performance indicators. Also, the 5G core network was designed on a service-based architecture, independent of access and as a converged framework to support a wide range of services. 5G's increasingly intelligent, cloud-native design enables it to prevail well beyond the current decade. In this context, it is important to consider drivers and requirements when identifying differentiated opportunities for future 6G capabilities. It will progressively evolve from human-centric to both human-centric and machine-centric. 6G will bring near-instant and unlimited full wireless connectivity. A new landscape will also emerge for business as a result of the convergence enabled by 6G in the areas of connectivity, robotics, cloud and secure and reliable commerce. This will fundamentally reshape the way businesses operate. Important features of 6G will include intelligent connected management and control functions, scheduling, integrated sensing and communication, reduced energy footprint, reliable infrastructure, scalability and low cost. The 6G architecture should be flexible and efficient enough to allow easy integration of everything, i.e. a network of networks, shared communication and sensing, non-terrestrial networks and terrestrial communication, including new AI-powered actuators as well as local and distributed computing capabilities. Artificial intelligence and machine learning will help sustain the cost-effectiveness of running the envisioned 6G complex services, such as interacting in human-digital-physical and internet-of-senses worlds, to automate some level of decision-making processes and achieve a zero approach touch. New electronic technologies, components and devices will be required, including processors, memories, etc. The exploitation of quantum mechanical properties must be explored, as well as other emerging challenges to understand their potential and how they can be used in the context of 6G.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφεται η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η αυτο-οργάνωση συμπολυμερών με συστάδες που παρουσιάζουν υψηλή ασυμβατότητα (high-χ). Περιγράφεται η σύνθεση συμπολυμερών μικρού μοριακού βάρους αποτελούμενων από πολυστυρένιο και πολυ(μονομεθακρυλικό εστέρα της γλυκερόλης) (PS-b-PGMA). Αρχικά, πολυμερίστηκαν μέσω Ανιοντικού Πολυμερισμού τα πρόδρομα συμπολυμερή πολυ(στυρένιο)-b-πολυ(μεθακρυλικός (2,2-διμεθυλο-1,3-διοξολανο-4- υλο)μεθυλεστέρας) (PS-b-PSMA) τα οποία μέσω όξινης υδρόλυσης μετατράπηκαν στα επιθυμητά συμπολυμερή, PS-b-PGMA, που παρουσιάζουν υψηλή ασυμβατότητα συστάδων. Ακολούθησε δομικός και μορφολογικός χαρακτηρισμός και καταγράφηκαν οργανωμένες δομές εξαιρετικά μικρών περιοδικών διαστάσεων. Η δεύτερη μελέτη που αναφέρεται σε αυτή την εργασία αφορά στη σύνθεση, το δομικό και θερμικό χαρακτηρισμό ομοπολυμερών πολυ(Ν-οξειδίου της βινυλοπυριδίνης) (PVPNO), καθώς και συμπολυμερών πολυ(στυρενίου)-b-πολυ(Ν-οξειδίου της βινυλοπυριδίνης) (PS-b-PVPNO). Αυτά τα πολυμερή συντέθηκαν μέσω οξείδωσης πρόδρομων πολυμερών πολυ(βινυλοπυριδίνης) (PVP). Τα πρόδρομα συμπολυμερή πολυ(στυρενίου)-b-πολύ(βινυλοπυριδίνης) (PS-b-PVP) συντέθηκαν μέσω Ανιοντικού Πολυμερισμού. Ο διαχωρισμός φάσεων εξετάστηκε με τις τεχνικές SAXS και AFM. Η οξείδωση της πολυ(βινυλοπυριδίνης) αύξησε αποτελεσματικά την ασυμβατότητα με το πολυ(στυρένιο), και παρατηρήθηκαν καλά οργανωμένες δομές κάτω των 10 nm. Η τρίτη μελέτη που περιγράφεται αφορά στη σύνθεση και το δομικό χαρακτηρισμό ομοπολυμερών πολυ(καρβοξυ βεταΐνης) (PVPCOO-) και συμπολυμερών πολυ(στυρενίου)- b-πολυ(καρβοξυ βεταΐνης) (PS-b-PVPCOO-) τα οποία πιστεύεται ότι παρουσιάζουν ισχυρή ασυμβατότητα. Τα πολυμερή αυτά συντέθηκαν μέσω τροποποίησης πρόδρομων πολυμερών πολυ(βινυλοπυριδίνης) (PVP). Τα πρόδρομα συμπολυμερή πολυ(στυρενίου)-b-πολυ(βινυλοπυριδίνης) (PS-b-PVP) συντέθηκαν μέσω Ανιοντικού Πολυμερισμού ή Ελεγχόμενου Ριζικού Πολυμερισμού. Τέλος, αναφέρεται η σύνθεση στατιστικών συμπολυμερών πολυ(στυρενίου)-co-πολυ(2- βινυλοπυριδίνης) με ακραία υδροξυλομάδα μέσω Ελεγχόμενου Ριζικού Πολυμερισμού. In the present dissertation the synthesis, characterization, and morphological behavior of block copolymers with highly immiscible segments (high-χ) is described. In the first part, the synthesis of low molecular weight block copolymers with polystyrene and poly(glycerol monomethacrylate) segments is described. Anionic Polymerization of parent poly(styrene)-block-poly(solketal methacrylate) block copolymers was conducted and the subsequent acidic hydrolysis revealed the final high-χ copolymers. Structural and morphological characterizations are discussed. Secondly, the synthesis, molecular, and thermal characterization of homopolymers of poly(vinylpyridine-N-oxide)s, as well as of block copolymers of poly(styrene)-blockpoly( vinylpyridine-N-oxide) is described. These materials were prepared by the facile oxidation of poly(vinylpyridine) analogues. For the synthesis of the parent block copolymers, poly(styrene)-block-poly(vinylpyridine)s, Anionic Polymerization was utilized. The phase behavior of the parent and the oxidized copolymers was examined by SAXS and AFM. Upon oxidation, the block immiscibility is effectively increased allowing the formation of sub-10 nm well-ordered structures. The third study reported in the dissertation revolves around the synthesis of poly(vinylpyridine carboxybetaine) homopolymers and copolymers with polystyrene. Parent poly(vinylpyridine)-based materials prepared by RAFT or Anionic Polymerization were subsequently modified by a Menshutkin reaction with ethyl 2-bromoacetate, followed by acidic hydrolysis of the ester bond. Poly(vinylpyridine carboxybetaine)s are polyzwitterionic materials with permanent dipoles in every repeat unit, and it is believed that their high polarity would impart strong immiscibility with the non-polar polystyrene. In this regard, phase separation and thermal properties studies are currently in progress. The last part of the dissertation is about the synthesis of end-functionalized statistical copolymers of polystyrene and poly(2-vinylpyridine) by NMP using a hydroxylfunctionalized NMP initiator prepared in-house.

Το AMOC είναι από τα κυριότερα συστήματα ωκεάνιας κυκλοφορίας στον Ατλαντικό. Μεταφέρει θερμότητα από τις ζεστές τροπικές περιοχές, στους πόλους και, αντίστροφα, ψυχρά αλμυρά νερά από τους πόλους σε νοτιότερα πλάτη. Ο μηχανισμός αυτός έχει σημαντικό ενεργό ρόλο για πολλά κλιματικά και καιρικά φαινόμενα. Ο τρόπος με τον οποίο συμβαίνει αυτό, είναι αρχικά διατηρώντας τις θερμοκρασίες σχετικά ήπιες ακόμα και σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη, λόγω των θερμών νερών. Κατά δεύτερο, τα θερμά νερά αποτελούν πηγή θερμότητας και υγρασίας για την τροπόσφαιρα, ελέγχοντας έτσι καιρικά φαινόμενα όπως καταιγίδες. Ο μηχανισμός κυκλοφορίας είναι εκ φύσεως ασταθής και μεταβλητός στον χρόνο. Επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες που ελέγχουν την ωκεάνια κυκλοφορία, κυρίως από την παροχή γλυκού νερού πάγων, από τα συστήματα ανέμων, από την ηλιακή ακτινοβολία κ.ά.. Η ανθρωπογενής κλιματική αλλαγή και παγκόσμια θέρμανση έχει αλλάξει τις ισορροπίες στο γήινο παγκόσμιο σύστημα, μεταξύ άλλων, ενισχύοντας και επιταχύνοντας φυσικές διεργασίες. Καθώς τα κλιματικά και ωκεάνια μοντέλα βελτιώνονται και εξελίσσονται, πρόσφατες έρευνες υποδεικνύουν ότι το ρεύμα του Ατλαντικού έχει μια τάση καθυστέρησης τα τελευταία χρόνια, αρκετά πιο σημαντική συγκρινόμενη με προηγούμενες προσομοιώσεις, με αρκετά πιο έντονες επιπτώσεις σε παγκόσμια κλίμακα. Δεδομένης της κρισιμότητας των φαινομένων που αντιμετωπίζει η Μεσόγειος εν όψει της κλιματικής αλλαγής και των δυσμενών συνθηκών που θα πρέπει να αντιμετωπίσει στα επόμενα χρόνια, επικεντρωνόμαστε στη σχέση που μπορεί να έχουν τα δύο απομακρυσμένα συστήματα, το AMOC και το κλίμα της Μεσογείου. Στην έρευνά μας χρησιμοποιούμε δεδομένα από τη βάση ECMWF ERA5 reanalysis που είναι από τις πιο πρόσφατες και έμπιστες χρονοσειρές σήμερα. Συγκεκριμένα χρησιμοποιούμε μηνιαίες τιμές για την επιφανειακή θαλάσσια θερμοκρασία, την επιφανειακή θερμοκρασία του αέρα και το συνολικό ύψος κατακρημνισμάτων, για το χρονικό διάστημα από το 1959 ως και το 2021, και τις συσχετίζουμε με κατάλληλα επιλεγμένο δείκτη του AMOC. Από τα αποτελέσματά μας προκύπτει πως πράγματι υπάρχει μια σχέση μεταξύ των δύο συστημάτων, η οποία όμως δεν είναι ομοιογενής και δεν παρουσιάζει κάποια σταθερή τάση, κοινή για τις παραμέτρους. Συγκεκριμένα, προκύπτει πως υπάρχει αξιοσημείωτη σχέση μεταξύ του AMOC και των δύο θερμοκρασιών (θαλάσσια και αέρα) με χρονική καθυστέρηση ως και δύο χρόνια, ενώ βρέθηκε ισχυρή συσχέτιση με τα κατακρημνίσματα του χειμώνα με επίδραση έως και τρία χρόνια μετά. Τα αποτελέσματα είναι σίγουρα ενθαρρυντικά. Εξακρίβωση της σχέσης μεταξύ του AMOC και της Μεσογείου σε επόμενες έρευνες, μπορεί δυνητικά να βελτιώσει σημαντικά τις προγνώσεις στην περιοχή και να προειδοποιηθούν με αυτό τον τρόπο οι τοπικές κοινωνίες για ακραία καιρικά φαινόμενα, μήνες πριν συμβούν. The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) is a major ocean circulation system in the Atlantic Ocean. The AMOC transports heat to the poles and cold saline waters to the tropics. This mechanism is responsible for many climate and weather systems, firstly by keeping the temperatures mild even in high latitudes and secondly by providing heat and moisture to the air. This mechanism is naturally unstable and changes in time, depending on sea-ice melt, wind patterns, sun radiation variation etc. Anthropogenic climate change and global warming has altered the balance in the global system accelerating change. As models evolve and improve their outcomes, recent research has indicated that the AMOC is in a weaker state than previously thought with impacts more severe than expected. As AMOC is a global circulation system, the impacts can reach remote systems many kilometers away. Given that the Mediterranean is a hot spot for climate change and the risks it faces can get severe, we focus on the relationship between the two remote systems, the AMOC slowing down and the Mediterranean climate. We use the ECMWF ERA5 Reanalysis datasets, which are the newest reanalysis datasets, to get our monthly datasets (sea surface temperature, surface air temperature and precipitation) from 1959 to 2021, and correlate them with an AMOC fingerprint. We found that there is indeed a relationship although it is not homogenous and there is no evident, strict pattern. More specifically there is a connection between the AMOC and the Mediterranean Sea surface and air temperatures up to a two-year time lag, and a strong winter correlation with the precipitation in the Mediterranean up to three years ahead. The results are encouraging. They suggest a possibility for improved forecasts in the region as well as predicting several months in advance any extreme events.

Η εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε στα πλαίσια του προπτυχιακού προγράμματος σπουδών του τμήματος Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Εθνικού και Καποδιστριακού Πανεπιστημίου Αθηνών. Σκοπός της συγκεκριμένης εργασίας είναι η εκτίμηση της κατάστασης των υπόγειων υδατικών συστημάτων στην ευρύτερη περιοχή του Δήμου Αμφίπολης. Ο Δήμος βρίσκεται στο νοτιότερο τμήμα της Περιφερειακής ενότητας Σερρών και είναι ο μόνος δήμος της Περιφερειακής ενότητας που συνορεύει με τη θάλασσα (Στρυμονικός κόλπος). Η εργασία εστιάζει σε τρία κύρια μέρη, την ανάδειξη της σημασίας των υπόγειων υδατικών συστημάτων και των αιτιών ρύπανσης τους, την παράθεση των βασικών υδρογεωλογικών-υδροχημικών αρχών και τέλος την ανάλυση των γεωλογικών, υδρογεωλογικών και υδροχημικών χαρακτηριστικών στην ευρύτερη περιοχή μελέτης. Στο πρώτο μέρος της εργασίας αναδεικνύεται η σημασία του υπόγειου νερού, το οποίο αποτελεί έναν ανανεώσιμο αλλά περιορισμένο φυσικό πόρο, με αυξημένη επιδεκτικότητα στη ρύπανση κυρίως λόγω ανθρωπογενών δραστηριοτήτων. Ειδικότερα, σε αυτό το κεφάλαιο περιγράφονται οι σημαντικότερες πηγές ρύπανσης του υπόγειου νερού, οι μηχανισμοί διάχυσης των ρύπων, καθώς και η σχέση αλληλεπίδρασης των ρύπων με το έδαφος και το νερό. Όσον αφορά το δεύτερο μέρος, αναλύονται οι βασικές αρχές υδροχημείας που σχετίζονται με τα ποιοτικά χαρακτηριστικά των υπόγειων νερών, τη διαδικασία ορθής δειγματοληψίας τους, καθώς και την ταξινόμηση των δειγμάτων σε υδροχημικούς τύπους. Επίσης, γίνεται αναφορά στους υδροχημικούς χάρτες και τα υδροχημικά διαγράμματα που αποτέλεσαν χρήσιμα εργαλεία παρουσίασης των αποτελεσμάτων των χημικών αναλύσεων στο τρίτο κεφάλαιο της παρούσας διπλωματικής. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας, συγκεντρώνεται ένα πλήθος στοιχείων για την ευρύτερη περιοχή του Δήμου με σκοπό την γενικότερη περιβαλλοντική του εκτίμηση, αλλά και την εξαγωγή συμπερασμάτων σχετικά με την ποιοτική κατάσταση των υπόγειων υδατικών του συστημάτων. Τα αποτελέσματα των χημικών αναλύσεων την περίοδο 2000-2008 έδειξαν μια υποβαθμισμένη κατάσταση των υπόγειων νερών κυρίως λόγω αγροτικών δραστηριοτήτων (εφαρμογή λιπασμάτων), ενώ διαπιστώθηκε και το φαινόμενο της υφαλμύρωσης πλησίον της παράκτιας ζώνης. Έτσι, κρίθηκε αναγκαία η παρουσίαση προτάσεων διασφάλισης των υπόγειων υδάτων του Δήμου από περιβαλλοντικές πιέσεις, καθώς και από την υπερεκμετάλλευση τους σε περίπτωση αύξησης των υδρευτικών και αρδευτικών αναγκών. The present thesis was held during the undergraduate program of the Geology and Geoenvironment department, of the National and Kapodistrian University of Athens. The objective of this thesis is to assess the condition of the groundwater systems in the wider area of the Municipality of Amphipolis. The Municipality is located in the southernmost part of the Regional unit of Serres and is the only municipality of the Regional unit that borders the sea (Strymonic gulf). The dissertation focuses on three main parts. Firstly, on the importance of groundwater systems and their pollution causes, secondly, in listing the basic hydrogeological-hydrochemical principles and finally, on the analysis of the geological, hydrogeological and hydrochemical characteristics in the wider study area. The first part of the thesis highlights the importance of groundwater, which is a renewable but limited natural resource with increased susceptibility to pollution due to anthropogenic activities. In particular, this section describes the most significant pollution sources, the mechanisms of diffusion of pollutants, as well as the interaction of pollutants with soil and water. The second part describes the basic principles of hydrochemistry that are related to the quality characteristics of groundwater, the correct sampling procedure, as well as the classification of the groundwater samples into hydrochemical types. Also, the hydrochemical maps and hydrochemical diagrams that are referred in this section, were useful tools for presenting the results of the chemical analyses in the third part of this dissertation. In the last part of the thesis, a large number of data are gathered for the wider study area with the aim of assessing its general environmental state and to also draw conclusions regarding the qualitative state of its groundwater systems. The results of the chemical analysis in the period 2000-2008 showed degradation of the groundwater systems mainly due to agricultural activities (fertilizer applications), while salinization near the coastal zone was also found. As a result, it was deemed necessary to present proposals to safeguard the Municipality's groundwater systems from environmental pressures, as well as from their overexploitation in case of an increase rise in potable water and irrigation needs.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή περιγράφονται ο σχεδιασμός, η σύνθεση και η αξιολόγηση της βιολογικής δράσης νέων ενώσεων, που φέρουν δισχιδή χηλικό υποκαταστάτη συμπλοκοποίησης μετάλλων και μπορούν να δράσουν ως ισχυροί αναστολείς μεταλλοενζύμων. Η παρούσα εργασία χωρίζεται σε δύο μέρη. Το πρώτο μέρος περιλαμβάνει μια σειρά 48 υδαντοϊνικών αναλόγων τα οποία είναι υποκατεστημένα με την καρβοϋδροξαμική ομάδα και επιδεικνύουν αντιτρυπανοσωμιακή δράση έναντι των Τ. brucei και T. cruzi. Ο σχεδιασμός αυτών των ενώσεων βασίστηκε σε προηγούμενα δεδομένα και δημοσιεύσεις της ερευνητικής μας ομάδας, σύμφωνα με τα οποία η εισαγωγή της ακετοϋδροξαμικής ομάδας στο ιμιδικό άτομο αζώτου λιπόφιλων σπειροκαρβοκυκλικών 2,6-δικετοπιπεραζινών οδηγεί σε ανάλογα με σημαντική αντιτρυπανοσωμιακή δράση. Πιο συγκεκριμένα, στην παρούσα διατριβή συντέθηκαν σπειροκαρβοκυκλικά και δισυποκατεστημένα υδαντοϊνικά ανάλογα που φέρουν στο ιμιδικό άζωτο την ακετοϋδροξαμική ομάδα. Επιπλέον συντέθηκαν ακετοϋδροξαμικά ανάλογα που φέρουν Ν-μεθυλο ή Ν-βενζυλο υποκατάσταση στο αμιδικό άζωτο του υδαντοϊνικού δακτυλίου καθώς επίσης και μια κατηγορία σπειροκαρβοκυκλικών γλυκινοϋδροξαμικών και προλινοϋδροξαμικών οξέων. Λαμβάνοντας υπόψη την προσέγγιση για περαιτέρω εκμετάλλευση ενώσεων που δρουν δεσμεύοντας μεταλλικά ιόντα σε περισσότερους από έναν μικροοργανισμούς, και το γεγονός ότι αρκετοί χηλικοί παράγοντες με αντι-HCV δράση έχουν αναφερθεί στη βιβλιογραφία, τα νεοσυντεθειμένα ανάλογα εξετάστηκαν για την αντιική τους δράση έναντι της αντιγραφής του HCV και επανεμφανιζόμενων Φλαβοϊών της οικογένειας Flaviviridae. Τα νέα ανάλογα επέδειξαν πολύ ισχυρή αντιτρυπανοσωμιακή δράση έναντι του Τ. brucei με τιμές EC50 που κυμαίνονται από τη νανομοριακή μέχρι τη χαμηλή μικρομοριακή κλίμακα και αξιοσημείωτους δείκτες εκλεκτικότητας. Ορισμένα ακετοϋδροξαμικά παράγωγα είναι επίσης δραστικά έναντι του T. cruzi με τιμές EC50 σε υπομικρομοριακά έως μικρομοριακά επίπεδα. Επιπλέον, οι περισσότερες ενώσεις εμφανίζουν ισχυρή δράση σε νανομοριακή και χαμηλή μικρομοριακή κλίμακα έναντι δύο διαφορετικών γονοτύπων του HCV και ορισμένες είναι δραστικές έναντι ενός ή περισσότερων Φλαβοϊών. Το δεύτερο μέρος αναφέρεται στη σύνθεση 19 N-υδροξυπυριδινοδιονών (HPDs), ως αναστολείς της HBV RNaseH. Η ιδέα προήλθε βάσει της ικανότητας ορισμένων ενώσεων, που φέρουν την Ν-υδροξυιμιδική ομάδα, να αναστέλλουν την αντιγραφή του HBV. Συγκεκριμένα, συντέθηκαν HPDs συζευγμένες με αρυλαμίνες, αλκυλαμίνες και αρυλ- αλκυλ- αμίνες. Οι ενώσεις ελέγχθηκαν για τη δράση τους έναντι της αντιγραφής του HBV, και οι περισσότερες από αυτές είναι δραστικές με υπομικρομοριακές έως χαμηλές μικρομοριακές τιμές EC50. Με τη σύνθεση αυτών των νέων HPDs επιτεύχθηκε βελτίωση του θεραπευτικού δείκτη της ένωσης-οδηγού, χωρίς ταυτόχρονη καταστολή του ανθρώπινου ενζύμου, huRNaseH1. The present doctoral dissertation describes the design, synthesis and biological evaluation of new compounds, bearing a bidental metal chelating functional group, which can act as potent metalloenzyme inhibitors. The present work is divided into two parts. The first part comprises a series of 48 hydantoin analogues which are substituted with the carbohydroxamic acid group, and they exhibit antitrypanosomal activity against T. brucei and T. cruzi. The design of these compounds was based on previous data and publications of our research group, which showed that the introduction of the acetohydroxamic acid moiety on the imidic nitrogen atom of lipophilic spirocarbocyclic 2,6-diketopiperazines, leads to derivatives with significant trypanocidal activity. More specifically, in the present thesis, spirocarbocyclic and disubstituted hydantoin analogues bearing the acetohydroxamic acid moiety on the imidic nitrogen were synthesized. In addition, acetohydroxamic acid analogues bearing a N-methyl or a N-benzyl substitution on the amidic nitrogen atom of the hydantoin ring were synthesized, as well as a class of spirocarbocyclic glycine hydroxamic and proline hydroxamic acids. Considering the approach to further exploit compounds that act by bind metal ions in more than one microorganism and the fact that several metal chelating agents with anti-HCV activity have been reported in the literature, the novel synthesized analogues were tested for their antiviral activity against HCV replication and other re-emerging Flaviviruses of the Flaviviridae family. The new analogues exhibited highly potent antitrypanosomal activity against T. brucei with EC50 values ranging from nanomolar to low micromolar range and remarkable selectivity indices. Some acetohydroxamic acid derivatives are also active against T. cruzi with EC50 values at submicromolar to micromolar levels. Moreover, most compounds display potent activity in nanomolar to low micromolar range against two different HCV genotypes, and some of them are active against one or more Flaviviruses. The second part refers to the synthesis of 19 N-hydroxypyridinediones (HPDs), as HBV RNaseH inhibitors. The idea was based on the ability of certain compounds, bearing the N-hydroxyimidic moiety, to inhibit HBV replication. In particular, HPDs conjugated to arylamines, alkylamines and aryl-alkyl-amines were synthesized. The compounds were tested for their activity against HBV replication, and most of them are active with submicromolar to low micromolar EC50 values. By synthesizing these new HPDs, an improvement in the therapeutic index of the lead compound was achieved, with no simultaneous suppression of the human enzyme, huRNaseH1.