Hellenic National Archive of Doctoral Dissertations
Not a member yet
56257 research outputs found
Sort by
Μιστιώτικα σε επαφή: οι επιπτώσεις της γλωσσικής αλλαγής στο φωνηεντικό σύστημα της γλωσσικής ποικιλίας
No full textThe present research investigates the vowel system of contemporary Mišótika, which is a variety of Cappadocian Greek. It is an acoustic analysis of vowels based on recordings of 30 native speakers (male and female) who live in three different (i.e., according to their community structure) Cappadocian communities in Greece. The study aims to present the linguistic changes that the vowel system of Mišótika has undergone since the forced migration of the Cappadocians under the population exchange between Greece and Turkey in 1923-24, due to dialect contact and negative language attitudes of the locals against Cappadocian newcomers. A second goal is to analyze the distribution of the vowels in the vowel space and indicate how the vowel system diverges from the older system attested a century ago, taking into account the impact of the different contact conditions in each community as well as gender. The findings of the research bring to light new data on the vowel system of one of the surviving dialects of Cappadocian Greek. Before the population exchange, the vowel system was identical with the Turkish, consisting of the five inherited Greek vowels [a, e, i, o, u] and the three Turkish vowels [y, œ, ɯ]. The study indicates that the current vowel systems of the speakers from three Cappadocian communities in Greece diverge significantly from the older system. More specifically, due to contact with Standard Modern Greek and local varieties, the Turkish vowels are in different stages of reduction and possible loss in the speech of 2nd generation speakers. Remarkably, the analysis of the speech of three Cappadocian communities provides evidence for the existence of a previously unrecorded vowel [æ], which has appeared in the vowel system of Mišótika in words of both Greek and Turkish origin. Furthermore, there is evidence that there are differences between the three Cappadocian speech communities, where community structure (homogeneous vs. mixed) and gender roles seem to be significant sociolinguistic parameters influencing the distribution of the vowels in the vowel spectrum. The analysis shows that the current vowel system of the inhabitants of the three different villages diverges from the older one described a century ago. Moreover, there are significant differences between the three Cappadocian communities, which are the result of dialect contact under different sociolinguistic conditions. At the same time, gender also seems to be a significant sociolinguistic parameter, as male speakers are one step ahead in the process of linguistic change in comparison with the women. The current thesis sheds light on the dynamics of language variation and change in contact situations. It is the first to focus on the contact of a Cappadocian variety with varieties of Greek in Greece instead of contact with Turkish in Asia Minor, and finally it is an important contribution to the documentation of one of the last the Cappadocian dialects as it relied on recordings of spontaneous speech.Η παρούσα έρευνα εξετάζει το φωνηεντικό σύστημα των Μιστιώτικων στις μέρες μας, που αποτελούν γλωσσική ποικιλία της Καππαδοκικής διαλέκτου. Πρόκειται για μια ακουστική ανάλυση των φωνηέντων, βασισμένη σε ηχογραφήσεις 30 φυσικών ομιλητών (ανδρών και γυναικών), οι οποίοι διαμένουν σε τρεις διαφορετικές —ως προς τη δομή της κοινότητάς τους— Καππαδοκικές κοινότητες στην Ελλάδα. Στόχος της μελέτης είναι να καταγράψει τις γλωσσικές αλλαγές που έχει υποστεί το φωνηεντικό σύστημα των Μιστιώτικων μετά την αναγκαστική μετανάστευση των Καππαδοκών στην Ελλάδα στο πλαίσιο της ανταλλαγής πληθυσμών μεταξύ Ελλάδας και Τουρκίας το 1923-24, αλλαγές που οφείλονται τόσο στην επαφή διαλέκτων όσο και στις αρνητικές γλωσσικές στάσεις των τοπικών πληθυσμών έναντι των Καππαδοκών προσφύγων. Ένας δεύτερος στόχος είναι η ανάλυση της κατανομής των φωνηέντων στον φωνηεντικό χώρο και η ανάδειξη της απόκλισης του σύγχρονου φωνηεντικού συστήματος από το παλαιότερο, που έχει καταγραφθεί πριν από έναν αιώνα, λαμβάνοντας υπόψη τον ρόλο των διαφορετικών συνθηκών επαφής σε κάθε κοινότητα καθώς και την επίδραση του φύλου. Τα ευρήματα της έρευνας αποκαλύπτουν νέα δεδομένα για το φωνηεντικό σύστημα μιας από τις σωζόμενες διαλέκτους της Καππαδοκικής Ελληνικής. Πριν την ανταλλαγή των πληθυσμών, το φωνηεντικό σύστημα των Μιστιώτικων ταυτιζόταν με εκείνο της τουρκικής, περιλαμβάνοντας πέντε ελληνικά φωνήεντα [a, e, i, o, u] καθώς και τρία τουρκικά [y, œ, ɯ]. Η μελέτη καταδεικνύει ότι τα σύγχρονα φωνηεντικά συστήματα των ομιλητών από τις τρεις Καππαδοκικές κοινότητες αποκλίνουν σημαντικά από το παλαιότερο σύστημα. Συγκεκριμένα, εξαιτίας της επαφής με την Κοινή Νέα Ελληνική και τις τοπικές διαλέκτους, τα τουρκικά φωνήεντα βρίσκονται σε διαφορετικά στάδια εξάλειψης ή/και ενδεχόμενης απώλειας στην ομιλία της δεύτερης γενιάς φυσικών ομιλητών. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει ο εντοπισμός, μέσα από την ανάλυση της ομιλίας, ενός νέου μη καταγεγραμμένου φωνήεντος [æ], το οποίο έχει ενταχθεί στο φωνηεντικό σύστημα των Μιστιώτικων, και εμφανίζεται σε λέξεις τόσο ελληνικής όσο και τουρκικής προέλευσης. Επιπλέον, προκύπτουν ενδείξεις διαφοροποίησης μεταξύ των τριών Καππαδοκικών κοινοτήτων, όπου η δομή της κοινότητας (ομοιογενής έναντι μεικτής) και οι κοινωνικοί ρόλοι του φύλου αναδεικνύονται ως σημαντικές κοινωνιογλωσσολογικές παράμετροι που επηρεάζουν την κατανομή των φωνηέντων στον φωνηεντικό χώρο. Η ανάλυση καταδεικνύει ότι το παρόν φωνηεντικό σύστημα των κατοίκων των τριών χωριών διαφοροποιείται αισθητά από εκείνο που περιγράφηκε έναν αιώνα πριν. Επιπροσθέτως, παρατηρούνται σημαντικές διαφορές μεταξύ των τριών κοινοτήτων, οι οποίες αποτελούν απότοκο της γλωσσικής επαφής υπό διαφορετικές κοινωνιογλωσσολογικές συνθήκες. Παράλληλα, το φύλο δείχνει να αποτελεί έναν ακόμα καθοριστικό παράγοντα, καθώς οι άνδρες ομιλητές φαίνεται να βρίσκονται πιο μπροστά ως προς τη διαδικασία γλωσσικής αλλαγής σε σύγκριση με τις γυναίκες. Η παρούσα διατριβή φωτίζει τη δυναμική της γλωσσικής ποικιλίας και της γλωσσικής αλλαγής σε καταστάσεις γλωσσικής επαφής. Αποτελεί την πρώτη μελέτη που εστιάζει στην επαφή μιας Καππαδοκικής ποικιλίας με ποικιλίες της Ελληνικής στην Ελλάδα, αντί για την παραδοσιακή εστίαση στην επαφή με την Τουρκική στη Μικρά Ασία, και συνιστά σημαντική συμβολή στην τεκμηρίωση μιας από τις τελευταίες ζωντανές Καππαδοκικές διαλέκτους, βασισμένη σε ηχογραφήσεις αυθόρμητου λόγου
Impacts of climate change on the cultural heritage of Greece: current future projections, assessment of the impact on cultural tourism, prevention and adaptation measures to the new conditions
No full textClimate change is one of the greatest challenges of our time, with widespread social, economic, and environmental impacts. Cultural heritage, a key element of human history and identity, is increasingly threatened by changing climate conditions. Since cultural heritage is a non-renewable resource, its preservation is essential for safeguarding historical identity and passing it on to future generations. This thesis examines the impacts of climate change on two cultural areas of Greece namely Thessaloniki and Delphi. The study was carried out for three different time periods, the period 1980–2000 and the two future periods 2039–2059 and 2079–2099. For the first time, the impact of climate change on the microclimate of selected Greek cultural areas was assessed using the Regional Climate Model RegCM4 with a fine spatial resolution of 10 × 10 km. In addition, the emission scenario RCP4.5 was used for the model’s future simulations. The analysis of climate change impacts on cultural heritage is based on four main guidelines: 1. Impacts on outdoor cultural heritage, 2. Impacts on indoor cultural heritage, 3. Impacts on energy consumption, and 4. Impacts on cultural tourism. In order to evaluate the suitability of the microclimate and to assess the damage risk, the Heritage Outdoor Microclimate Risk (HMRout) index and the Predicted Risk of Damage (PRD) index were used for two variables: temperature and relative humidity (RH). Future projections indicate that the HMRout index is expected to increase due to rising temperatures and RH, thereby increasing the risk of deterioration in the case study regions by the end of the 21st century. The innovative methodology proposed for identifying extreme temperature and RH values in indoor environments allowed for the precise identification of time periods that require increased attention. The research conducted at the Archaeological Museum of Delphi, the Archaeological Museum of Thessaloniki, and the Church of the Acheiropoietos showed that, despite the presence of Heating, Ventilation and Air Conditioning (HVAC) systems in the two museums, external climatic conditions continue to affect the indoor climate, raising concerns about the future impact of climate change. To estimate future energy demand for heating and cooling, Heating Degree Days (HDD) and Cooling Degree Days (CDD) were calculated for four base temperatures, considering international standards for the preservation of cultural assets and the recommended base temperatures for Greece. The results showed a decline in HDD and an increase in CDD, reflecting a shift in energy requirements for both case studies. The seasonal analysis revealed a substantial decrease in heating needs during winter and a notable increase in cooling demands during summer. Transitional months also show marked changes, indicating extended warm periods. The increase in temperature and RH is expected to cause an increase in the Discomfort Index (DI), lengthening the period of intense thermal discomfort. This implies a deterioration of thermal comfort conditions for activities in outdoor archaeological sites, making it more difficult to visit and stay in these locations, with direct consequences for the sustainability of cultural tourism. Overall, the thesis highlighted the impacts of climate change on Greece's cultural heritage, providing valuable data for the development of conservation and adaptation strategies. The innovative approach applied to assess climate risks and energy requirements can be used as a tool for implementing protective measures and enhancing the resilience of cultural institutions against future climate challenges.Η κλιματική αλλαγή αποτελεί μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της σύγχρονης εποχής, με εκτεταμένες κοινωνικές, οικονομικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η πολιτιστική κληρονομιά, ως θεμελιώδης πυλώνας της ανθρώπινης ιστορίας και ταυτότητας, διατρέχει αυξημένο κίνδυνο λόγω των μεταβολών του κλίματος. Καθώς η πολιτιστική κληρονομιά αποτελεί μια μη ανανεώσιμη πηγή, η διατήρησή της είναι ζωτικής σημασίας για τη διαφύλαξη της ιστορικής ταυτότητας και τη μετάδοσή της στις επόμενες γενιές. Η παρούσα διατριβή εξετάζει τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε δύο περιοχές της Ελλάδας με ιδιαίτερη πολιτιστική αξία, τη Θεσσαλονίκη και τους Δελφούς. Η έρευνα επικεντρώνεται στη μελέτη των μεταβολών του μικροκλίματος και στην εκτίμηση των επιπτώσεών του στις υπό μελέτη περιοχές για την περίοδο αναφοράς (1980–2000), καθώς και για δύο μελλοντικές περιόδους (2039–2059 και 2079–2099). Για πρώτη φορά, η επίδραση της κλιματικής αλλαγής στο μικροκλίμα των επιλεγμένων ελληνικών πολιτιστικών περιοχών εκτιμήθηκε χρησιμοποιώντας προσομοιωμένα δεδομένα υψηλής χωρικής ανάλυσης (10 x 10 km) από το περιοχικό κλιματικό μοντέλο RegCM4. Για τις μελλοντικές προβολές χρησιμοποιήθηκε το μετριοπαθές σενάριο εκπομπών RCP4.5. Η ανάλυση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στην πολιτιστική κληρονομιά βασίζεται σε τέσσερις κύριες κατευθυντήριες γραμμές: 1. Επιπτώσεις στην υπαίθρια πολιτιστική κληρονομιά, 2. Επιπτώσεις στην πολιτιστική κληρονομιά εσωτερικών χώρων, 3. Επιπτώσεις στην κατανάλωση ενέργειας και 4. Επιπτώσεις στον πολιτιστικό τουρισμό. Οι δείκτες Heritage Outdoor Microclimate Risk (HMRout) και Predicted Risk of Damage (PRD) εφαρμόστηκαν για πρώτη φορά σε εξωτερικά περιβάλλοντα, παρέχοντας ακριβή εκτίμηση του κινδύνου εξαιτίας των μεταβολών του κλίματος και της πιθανότητας να υποστεί ζημιά η πολιτιστική κληρονομιά. Οι μελλοντικές προβολές έδειξαν ότι ο δείκτης HMRout αναμένεται να αυξηθεί λόγω της ανόδου της θερμοκρασίας και της σχετικής υγρασίας (RH), αυξάνοντας τον κίνδυνο φθοράς για τα μνημεία στους εξωτερικούς χώρους της Θεσσαλονίκης και των Δελφών έως τα τέλη του 21ου αιώνα. Η καινοτόμος μεθοδολογία που προτάθηκε για τον εντοπισμό ακραίων τιμών θερμοκρασίας και RH σε εσωτερικά περιβάλλοντα επέτρεψε τον ακριβή προσδιορισμό των χρονικών περιόδων που απαιτούν αυξημένη προσοχή. Η έρευνα που διεξήχθη στο Αρχαιολογικό Μουσείο των Δελφών, στο Αρχαιολογικό Μουσείο Θεσσαλονίκης και στον Ιερό Ναό της Αχειροποιήτου έδειξε ότι, παρά την ύπαρξη συστημάτων Θέρμανσης, Αερισμού και Κλιματισμού (Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) στα δύο μουσεία, οι εξωτερικές κλιματικές συνθήκες συνεχίζουν να επηρεάζουν το εσωτερικό κλίμα, ενισχύοντας τις ανησυχίες για τη μελλοντική κλιματική αλλαγή. Για την εκτίμηση της μελλοντικής ενεργειακής ζήτησης για θέρμανση και ψύξη, υπολογίστηκαν οι βαθμοημέρες θέρμανσης (Heating Degree Days, HDD) και ψύξης (Cooling Degree Days, CDD) για τέσσερις διαφορετικές θερμοκρασίες βάσης, λαμβάνοντας υπόψη τα διεθνή πρότυπα διατήρησης πολιτιστικών αγαθών και τις προτεινόμενες θερμοκρασιακές βάσεις για την Ελλάδα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι HDD αναμένεται να μειωθούν στο μέλλον, ενώ οι CDD θα αυξηθούν σημαντικά και στις δύο περιοχές, οδηγώντας σε μεγαλύτερες ενεργειακές απαιτήσεις για ψύξη. Η ανάγκη για ψύξη αναμένεται να ξεκινά νωρίτερα και να διαρκεί περισσότερο, αυξάνοντας το κόστος για τη διατήρηση των κατάλληλων κλιματικών συνθηκών στα εσωτερικά περιβάλλοντα. Η άνοδος της θερμοκρασίας και της RH αναμένεται να προκαλέσει αύξηση του δείκτη δυσφορίας (Discomfort Index, DI), επιμηκύνοντας την περίοδο με έντονη θερμική δυσφορία. Αυτό οδηγεί σε επιδείνωση των συνθηκών θερμικής άνεσης για δραστηριότητες σε εξωτερικούς αρχαιολογικούς χώρους, καθιστώντας δυσκολότερη την επίσκεψη και την παραμονή σε αυτούς, με άμεσες συνέπειες στη βιωσιμότητα του πολιτιστικού τουρισμού. Συνολικά, η διατριβή ανέδειξε τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στην πολιτιστική κληρονομιά της Ελλάδας, προσφέροντας πολύτιμα στοιχεία για την ανάπτυξη στρατηγικών διατήρησης και προσαρμογής. Η καινοτόμος προσέγγιση που εφαρμόστηκε για την εκτίμηση των κλιματικών κινδύνων και των ενεργειακών απαιτήσεων μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για τη λήψη μέτρων προστασίας και την ενίσχυση της ανθεκτικότητας των πολιτιστικών ιδρυμάτων έναντι των μελλοντικών κλιματικών προκλήσεων
Η ρηματική όψη στην ελληνική ως γλώσσα πολιτισμικής κληρονομιάς σε επαφή με κυρίαρχες γλώσσες
No full textThis dissertation explores the phenomenon of verbal aspect in detail via different tasks and in different groups of native speakers. A group of monolingually-raised speakers and two groups of Greek heritage speakers, one in Germany and one in the US, are in the spotlight of the first two publications, while they are compared with equivalent groups of Turkish and Russian heritage speakers in the third publication. The data analyzed in the studies were elicited via two tasks, an elicited production task and a comprehension task. The elicited production task follows the ‘Language Situations’ method within the ‘Research Unit Emerging Grammars’ (RUEG), an elicited production task that takes the form of sentence completion and has been used in previous studies investigating verbal aspect and a comprehension task. The first study by Paspali, Rizou and Alexiadou (2022) presents novel findings through group comparisons between monolingually-raised and heritage speakers in Germany and the US. It delves into the role of the majority language in the bilingual groups and its impact on the comprehension and production of verbal aspect. The use of linear mixed-effects logistic regression models revealed intriguing differences, particularly with Greek heritage speakers in the US, who significantly differ from the other groups in terms of accuracy and sensitivity in aspect violations in both the production and the comprehension task. The second study by Alexiadou & Rizou (2023) investigates whether and how heritage speakers make use of periphrastic structures compared to monolingually-raised speakers. This is an exploratory study investigating qualitatively different cases of analytic forms in terms of felicitousness in the context and of structure, such as light verbs with nominalizations or with code-switched elements. According to a frequency analysis performed on the data, the speakers prefer to use periphrases to denote completed events avoiding the perfective morphology on lexical verbs. Finally, it is reported that heritage speakers both in Germany and in the US exhibit register leveling by using interchangeably analytic forms across formality variation settings, unlike monolingually-raised speakers. In the third study, the cross-linguistic comparison of Greek, Russian, and Turkish heritage speakers sheds light on their aspectual preferences while narrating events (Rizou et al., 2024). The use of descriptive and inferential statistics enabled us to present a holistic approach to grammatical aspect, analyzing the different factors that affect its realization. The most important finding is that the combination of the morphological markedness of aspect and the typological differences in terms of the perfective-imperfective distinction of the languages in contact can affect the realization of aspect in the heritage language. The effect is not unanimous across languages as more factors might be at stake. Ultimately, effects of mode and formality variation affecting grammatical aspect, similar to markedness, are observed in the Turkish and partially in the Russian language groups while no effects are reported for the Greek groups. Grammatical aspect is considered a core grammatical phenomenon that is not affected by discourse phenomena. Taken together, the present dissertation aims to shed light on different perspectives of verbal aspect used by different groups of monolingually-raised and heritage speakers involving approximately 175 participants.Η διδακτορική αυτή διατριβή επιχειρεί μια ενδελεχή διερεύνηση της ρηματικής όψης μέσω διαφορετικών μεθοδολογιών που διεξήχθησαν σε τρεις ομάδες φυσικών ομιλητών της ελληνικής γλώσσας. Η πρώτη ομάδα είναι η ομάδα ελέγχου και επικεντρώνεται σε μονόγλωσσους ομιλητές της ελληνικής, δηλαδή σε ομιλητές που μεγάλωσαν κατακτώντας μόνο την ελληνική ως μητρική τους γλώσσα και οι άλλες δύο ομάδες εστιάζουν σε ομιλητές στη Γερμανία και στις ΗΠΑ που έχουν κατακτήσει την ελληνική ως γλώσσα πολιτισμικής κληρονομιάς τους. Η εκμαίευση των δεδομένων έγινε με τη χρήση πειραμάτων παραγωγής και κατανόησης που σχεδιάστηκαν στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος «Research Unit Emerging Grammars» (RUEG). Τρεις δημοσιεύσεις απαρτίζουν τη σπονδυλωτή αυτή διατριβή. Η πρώτη μελέτη από τις Paspali, Rizou, και Alexiadou (2022) συγκρίνει τις τρεις ομάδες ομιλητών αναδεικνύοντας την επίδραση της κυρίαρχης γλώσσας στην κατανόηση και παραγωγή της ρηματικής όψης. Η δεύτερη μελέτη (Alexiadou και Rizou, 2023) εξετάζει τη χρήση περιφραστικών δομών στους ομιλητές της ελληνικής ως γλώσσα πολιτισμικής κληρονομιάς, δείχνοντας την προτίμησή τους στις περιφράσεις και μάλιστα τη μη διαφοροποίηση αυτών στις υφολογικές ποικιλίες της έρευνας που κλήθηκαν να πάρουν μέρος. Η τρίτη μελέτη από τους Rizou et al. (2024) παρέχει μια διαγλωσσική σύγκριση ελληνικών, ρωσικών και τουρκικών ως γλώσσες πολιτισμικής κληρονομιάς, φανερώνοντας ότι ο μορφολογικός σχηματισμός της όψης και οι τυπολογικές διαφορές μεταξύ των γλωσσών επηρεάζουν την πραγμάτωση της όψης στις γλώσσες πολιτισμικής κληρονομιάς, όχι όμως με τον ίδιο τρόπο σε όλες. Αυτές οι μελέτες φωτίζουν τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι ομιλητές κατά την κατανόηση και παραγωγή της ρηματικής όψης. Ως εκ τούτου, αυτά τα ευρήματα μπορούν να αποτελέσουν πολύτιμους πόρους για τους εκπαιδευτικούς καθοδηγώντας τους να εστιάσουν στις συνθήκες που δυσκολεύουν τους εκπαιδευόμενους
Αλγοριθμική θερμοφυσική ανάλυση σύνθετων υλικών αλλαγής φάσης-περλίτη, με χρήση μηχανισμών μηχανικής μάθησης, για βελτιστοποίηση παθητικής αποθήκευσης ενέργειας σε κτίρια
No full textThe European Commission has set climate neutral targets to reduce carbon emissions by 40% by 2030, while in parallel increase the penetration of Renewable Energy Sources (RES) up to 32% and enhancing energy performance by 32.5%. This has been quantified under the European climate law that expects the EU countries to overall minimise their carbon-related emissions by 55% by 2030. Investigating the benefits deriving from shifting electricity demand in buildings highlights the potential for exploiting the available thermal energy storage capacity resulting from the envelope mass of a building by applying pre-heating or pre-cooling strategies. This concept introduces a passive energy storage system named “structural thermal energy storage” which employs the mass of the structural elements—i.e., walls, slabs and ceilings—to store thermal energy and retrieve it at a later time. The efficiency of this strategy has been proven for ages, with a typical case being the passive night cooling of heavyweight buildings as a traditional way to treat the heated thermal mass of stone or concrete in hot climates. Several studies have investigated the opportunity to increase building envelope thermal mass by utilising composite materials, through incorporating low-cost carriers, like industrial minerals, for absorbing phase change materials (PCMs). PCMs provide a way for exploiting the latent heat when storing thermal energy. In principle, any material that undergoes a phase change process when absorbing or releasing thermal energy can be used as Latent Thermal Energy Storage (LTES). A fundamental characteristic of LTES materials is that there is a phase change temperature at which the material changes from one state (solid or liquid or gas) to another without a change in chemical composition. However, the integration of such composites in building envelope like cement-based mortars, or loose fill applications should maintain desired properties like workability, durability, hydration reaction time, ensuring also competitiveness in relation to environmental footprint and cost. In this framework, recent studies have been dedicated on the utilisation of lightweight industrial minerals as potential carriers due to large surface area, porous structure, low cost and chemical inertness. Τhe effective activation of structural thermal energy storage corresponds with the physical and thermal properties tailored to each building application. On this account, there is a need for analysing the thermal behaviour of hybrid LTES-enhanced composites and evaluate the heat transfer phenomena occurring between the building’s envelope layers for each use case. Furthermore, for each layer, like mortars and plasters, the thermal interaction between the particles of binder and fillers, within a volume unit and the packing density is crucial. Particle morphology of binders’ effects on binder-filler interfacial interaction, while packing characteristics of filler particles could provide insight to possible link between particle morphology and interfacial behaviour. Hybrid LTES-enhanced composites is a promising additive that can replace conventional fillers for storing energy in thermal mass, as soon as desired end product properties are ensured. LTES-enhanced composites performance is correlated with the carrier ability to capture a melted LTES material within its pores and is affected mainly by the density, the particle size specific surface and porosity. Mixing conditions like temperature (affecting LTES viscosity), duration and pressure are also affecting the sorption process's efficiency and dynamics. All these factors can be modelled for the analysis of LTES sorption into porous industrial minerals and to predict the thermal storage capacity of LTES-enhanced composites but also to evaluate possible utilisation schemes at building envelope. Even more, the combination of mathematical modelling (knowledge-driven) and machine / deep learning (data-driven) are capable of handling complex, high-dimensional data with numerous parameters. The use of physics-informed neural networks, where mechanistic equations guide the learning process allows for more precise calculations, able to successfully predict the thermal behaviour of composite LTES-enhanced materials and their thermal efficiency at building envelope level. This doctoral thesis develops an integrated model for evaluating energy storage capabilities and energy flow of building envelope layers incorporating LTES-enhanced composites in mortars and loose fill applications, at two levels:1.Theoretical and numerical framework:•Thermodynamic prediction of the thermal energy able to be stored in each LTES-enhanced building envelope layer •Kinetics of thermal charging/discharging cycles of the energy stored in LTES-enhanced building thermal mass •Overall efficiency of the technology, promoted for two envelope building applications: loose fill and mortar utilising as filler industrial mineral carrying PCM enhanced composites •LTES-enhanced mortar’ thermal mass efficiency, by analysing thermophysical filler properties, and by ensuring in parallel end product compatibility for building applications •Thermal interaction between the particles of binder and fillers of mortar, within a volume unit in relation to the packing density •Packing density correlation with particle size distribution •Sorption capacity of porous structure, in relation to density, particle size distribution, specific surface and porosity. Sorption capacity is quantified in both inter capacity (open cavities of the porous structure) and intra capacity in relation to the open pores. •Sorption mixing process efficacy in relation to the mixing temperature affecting also contact angle, interfacial surface tension, LTES material density and dynamic viscosity 2.Data driven analytical modules: •SEM image recognition and analysing particles morphology such as the circular shape factor, the porosity, the specific surface, the radius of surface and their size distribution, including the mean radius and the standard deviation. The correlation of inter capacity and the image analysis derived properties the calculation of the volume available to sorb melted PCM in particles surface •Particles 3D visualisation based on SEM image recognition module taking into account particle size distribution, for calculating packing density •Computational tool for converting volume weighted particle size distributions to probability distribution. This tool predicts the number of the particles in relation to their size than can be distributed within an inter sorption volume unit This twofold analysis delivers a holistic hybrid data-driven mechanistic model enabling multiscale material and process insight by defining and predicting thermal mass utilisation potential at both particle and building envelope level, evaluating LTES-enhanced composites thermodynamic efficiency to be applied for hybrid energy storage. Accordingly, materials were evaluated based on their energy storage and release capabilities. An organic LTES material, like Rubitherm RT27, with latent heat capacity of 150-200 kJ/kg, was selected for its high energy storage properties combined with compatible to the carrier properties and market-ready accessibility. The LTES-enhanced composites’ specific heat capacity, found to be in the range of 35-40 kJ/kg·K, also facilitating the enhancing of TES applications during heating and cooling cycles. Simulations showed that incorporating LTES-enhanced mortars into building walls could reduce energy consumption by prolonging the thermal discharge of the building block up to 18 and 20 hours. This demonstrates a significant delay of roughly 15 hours compared to a conventional building block being thermally discharges after around 3 to 5 hours. The delayed solidification process effectively prolongs the wall's ability to maintain a stable temperature, as the PCM absorbs heat from the surrounding layers before fully solidifying. This contributes to the extended cooling period observed in the enhanced wall, reducing the risk of sudden temperature drops and enhancing indoor thermal comfort. This reduction was mainly due to the materials' ability to stabilize indoor temperatures, thereby decreasing the reliance on HVAC systems. Furthermore, sorption capacity models analysed factors such as particle size, surface area, and pore volume, particularly highlighting the performance of EP as a PCM carrier due to its high porosity (around 90%) and large surface area (up to 20 m²/g), which allowed for improved energy storage density and heat transfer. The hybrid data-driven mechanistic model developed provides a valuable tool for evaluating the emerging class of next-generation LTES solutions. The multidimensional efficacy developed is overcoming the persistent challenges in material synthesis, scalability, and long- term stability. By encouraging solutions for tool-based evaluation of next-generation LTES materials and through synergies with other matching technologies and promote new LTES technological solutions able to be applied in wider fields encompass spacecraft, photonics, paint emulsions, biomedical and healthcare, textiles, foods, cold chain logistics, as well as energy storage and conversion.Η Ευρωπαϊκή Επιτροπή έχει θέσει στόχους κλιματικής ουδετερότητας για τη μείωση των εκπομπών άνθρακα κατά 40% έως το 2030, ενώ παράλληλα στοχεύει στην αύξηση της διείσδυσης Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ) έως 32% και στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης κατά 32,5%. Αυτό ποσοτικοποιείται στο πλαίσιο του Ευρωπαϊκού κλιματικού νόμου, ο οποίος απαιτεί από τα κράτη-μέλη της Ευρωπαϊκής Ένωσης (ΕΕ) να μειώσουν συνολικά τις εκπομπές άνθρακα κατά 55% έως το 2030. Η διερεύνηση των πλεονεκτημάτων που προκύπτουν από τη μετατόπιση της ζήτησης ηλεκτρικής ενέργειας στα κτίρια αναδεικνύει τις δυνατότητες αξιοποίησης της διαθέσιμης θερμικής αποθήκευσης ενέργειας που προσφέρει η θερμική μάζα του κελύφους ενός κτιρίου, μέσω στρατηγικών προ-θέρμανσης ή προ-ψύξης. Πολλές μελέτες έχουν εξετάσει την προοπτική της αύξησης της θερμικής μάζας του κελύφους ενός κτιρίου μέσω σύνθετων υλικών, αξιοποιώντας οικονομικές πρώτες ύλες, όπως βιομηχανικά ορυκτά, για την απορρόφηση υλικών αλλαγής φάσης (PCM). Τα PCM παρέχουν έναν μηχανισμό αξιοποίησης της λανθάνουσας θερμότητας για την αποθήκευση θερμικής ενέργειας. Στην ουσία, οποιοδήποτε υλικό που υφίσταται μια διαδικασία αλλαγής φάσης κατά την απορρόφηση ή την απελευθέρωση θερμικής ενέργειας μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υλικό λανθάνουσας αποθήκευσης θερμότητας (LTES). Ένα βασικό χαρακτηριστικό των υλικών LTES είναι ότι διαθέτουν μια συγκεκριμένη θερμοκρασία αλλαγής φάσης, στην οποία το υλικό μεταβαίνει από μια κατάσταση (στερεά, υγρή ή αέρια) σε άλλη, χωρίς να αλλάζει η χημική του σύνθεση. Η αποτελεσματική ενεργοποίηση της δομικής αποθήκευσης θερμικής ενέργειας σχετίζεται με τις φυσικές και θερμικές ιδιότητες που είναι προσαρμοσμένες σε κάθε εφαρμογή κτιρίου. Υπάρχει ανάγκη για ανάλυση της θερμικής συμπεριφοράς των σύνθετων υλικών LTES και για αξιολόγηση των φαινομένων μεταφοράς θερμότητας μεταξύ των στρώσεων του κελύφους του κτιρίου για κάθε περίπτωση χρήσης. Επιπλέον, για κάθε στρώση, όπως τα κονιάματα και οι σοβάδες, η θερμική αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων του συνδετικού υλικού και των πληρωτικών υλικών είναι κρίσιμη. Η μορφολογία των σωματιδίων του συνδετικού υλικού επηρεάζει τη διεπιφανειακή αλληλεπίδραση μεταξύ συνδετικού υλικού και πληρωτικού, ενώ τα χαρακτηριστικά συσκευασίας των πληρωτικών σωματιδίων παρέχουν πληροφορίες για τη σχέση μεταξύ μορφολογίας και διεπιφανειακής συμπεριφοράς. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να μοντελοποιηθούν για την ανάλυση της απορρόφησης του LTES σε πορώδη βιομηχανικά ορυκτά και την πρόβλεψη της θερμικής αποθηκευτικής ικανότητας των ενισχυμένων με LTES σύνθετων υλικών, καθώς και για την αξιολόγηση πιθανών εφαρμογών στο κέλυφος του κτιρίου. Επιπλέον, ο συνδυασμός μαθηματικής μοντελοποίησης (knowledge-driven) και μηχανικής μάθησης (data-driven) μπορεί να χειριστεί πολύπλοκα δεδομένα υψηλών διαστάσεων. Η χρήση νευρωνικών δικτύων, όπου οι μηχανιστικές εξισώσεις καθοδηγούν τη διαδικασία μάθησης, επιτρέπει πιο ακριβείς υπολογισμούς, ικανούς να προβλέψουν με επιτυχία τη θερμική συμπεριφορά των σύνθετων LTES και την ενεργειακή τους απόδοση στο επίπεδο του κελύφους του κτιρίου. Αυτή η διδακτορική διατριβή αναπτύσσει ένα ολοκληρωμένο μοντέλο για την αξιολόγηση της ικανότητας αποθήκευσης ενέργειας και της ροής ενέργειας στα στρώματα του κελύφους κτιρίων που ενσωματώνουν σύνθετα υλικά LTES σε κονιάματα και εφαρμογές χύδην πλήρωσης, σε δύο επίπεδα: 1.Θεωρητικό και αριθμητικό πλαίσιο:oΘερμοδυναμική πρόβλεψη της θερμικής ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί σε κάθε στρώμα του κελύφους κτιρίου που ενισχύεται με LTES. oΑνάλυση της κινητικής των θερμικών κύκλων φόρτισης/εκφόρτισης της αποθηκευμένης ενέργειας στη θερμική μάζα του κτιρίου. oΣυνολική απόδοση της τεχνολογίας, σε δύο εφαρμογές του κελύφους: χύδην πλήρωση και κονίαμα που χρησιμοποιεί ως πληρωτικό ένα βιομηχανικό ορυκτό εμπλουτισμένο με PCM. oΑξιολόγηση της απόδοσης της θερμικής μάζας του κονιάματος εμπλουτισμένου με LTES, μέσω ανάλυσης των θερμοφυσικών ιδιοτήτων των πληρωτικών υλικών και διασφάλισης της συμβατότητας του τελικού προϊόντος για δομικές εφαρμογές. oΘερμική αλληλεπίδραση μεταξύ των σωματιδίων του συνδετικού υλικού και του πληρωτικού του κονιάματος, εντός μιας μονάδας όγκου, σε σχέση με την πυκνότητα συσκευασίας. oΣυσχέτιση της πυκνότητας συσκευασίας με την κατανομή μεγέθους σωματιδίων.oΧωρητικότητα απορρόφησης της πορώδους δομής, σε σχέση με την πυκνότητα, την κατανομή μεγέθους σωματιδίων, τη συγκεκριμένη επιφάνεια και την πορώδη δομή. Η χωρητικότητα απορρόφησης ποσοτικοποιείται τόσο ως εξωτερική (ανοιχτές κοιλότητες της πορώδους δομής) όσο και ως εσωτερική (ανοιχτοί πόροι). oΑποτελεσματικότητα της διαδικασίας ανάμιξης κατά την απορρόφηση, σε σχέση με τη θερμοκρασία ανάμιξης, η οποία επηρεάζει επίσης τη γωνία επαφής, την επιφανειακή τάση στη διεπιφάνεια, την πυκνότητα του υλικού LTES και το δυναμικό ιξώδες. 2.Αναλυτικά μοντέλα βασισμένα σε δεδομένα: oΑναγνώριση εικόνων SEM και ανάλυση της μορφολογίας των σωματιδίων, όπως ο κυκλικός συντελεστής σχήματος, η πορώδης δομή, η συγκεκριμένη επιφάνεια, η ακτίνα της επιφάνειας και η κατανομή μεγέθους τους, συμπεριλαμβανομένου του μέσου μεγέθους ακτίνας και της τυπικής απόκλισης. Συσχέτιση της εξωτερικής χωρητικότητας απορρόφησης με τις ιδιότητες που προκύπτουν από την ανάλυση εικόνας και υπολογισμός του όγκου που είναι διαθέσιμος για απορρόφηση PCM στην επιφάνεια των σωματιδίων. oΤρισδιάστατη οπτικοποίηση των σωματιδίων με βάση την αναγνώριση εικόνων SEM, λαμβάνοντας υπόψη την κατανομή μεγέθους σωματιδίων για τον υπολογισμό της πυκνότητας συσκευασίας. oΥπολογιστικό εργαλείο για τη μετατροπή κατανομών μεγέθους σωματιδίων σε κατανομές πιθανότητας. Αυτό το εργαλείο προβλέπει τον αριθμό των σωματιδίων σε σχέση με το μέγεθός τους, που μπορούν να κατανεμηθούν εντός μιας μονάδας όγκου απορρόφησης. Η ανάλυση αυτή παρέχει ένα υβριδικό μοντέλο που συνδυάζει δεδομένα και μηχανιστική μοντελοποίηση, επιτρέποντας ανάλυση πολλαπλής κλίμακας υλικών και διαδικασιών. Ο στόχος είναι να οριστεί και να προβλεφθεί η δυνατότητα αξιοποίησης της θερμικής μάζας τόσο σε επίπεδο σωματιδίων όσο και σε επίπεδο κελύφους κτιρίου, αξιολογώντας τη θερμοδυναμική απόδοση των ενισχυμένων με LTES σύνθετων υλικών για εφαρμογές υβριδικής αποθήκευσης ενέργειας. Αντίστοιχα, τα υλικά αξιολογήθηκαν με βάση τις δυνατότητες αποθήκευσης και απελευθέρωσης ενέργειας. Ένα οργανικό υλικό LTES, όπως το Rubitherm RT27, με λανθάνουσα θερμοχωρητικότητα 150-200 kJ/kg, επιλέχθηκε για τις υψηλές ενεργειακές του ιδιότητες, την καταλληλότητά του για το συγκεκριμένο φορέα και την εμπορική του διαθεσιμότητα. Η ειδική θερμοχωρητικότητα των σύνθετων υλικών LTES προσδιορίστηκε στην περιοχή 35-40 kJ/kg·K, ενισχύοντας έτσι τις εφαρμογές αποθήκευσης θερμότητας κατά τη διάρκεια των κύκλων θέρμανσης και ψύξης. Οι προσομοιώσεις έδειξαν ότι η ενσωμάτωση ενισχυμένων κονιαμάτων LTES στους τοίχους των κτιρίων μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας, επιμηκύνοντας τη θερμική εκφόρτιση του δομικού στοιχείου έως 18-20 ώρες. Αυτό αντιπροσωπεύει μια σημαντική καθυστέρηση περίπου 15 ωρών, συγκριτικά με έναν συμβατικό δομικό λίθο, ο οποίος εκφορτίζει θερμικά σε περίπου 3-5 ώρες. Η καθυστερημένη στερεοποίηση συμβάλλει στη διατήρηση μιας σταθερής θερμοκρασίας στον τοίχο, καθώς το PCM απορροφά θερμότητα από τα γύρω στρώματα πριν στερεοποιηθεί πλήρως. Αυτό παρατείνει την περίοδο ψύξης του ενισχυμένου τοίχου, μειώνοντας τον κίνδυνο απότομων μεταβολών της θερμοκρασίας και βελτιώνοντας τη θερμική άνεση των εσωτερικών χώρων. Η μείωση αυτή οφείλεται κυρίως στην ικανότητα των υλικών να σταθεροποιούν τις εσωτερικές θερμοκρασίες, μειώνοντας έτσι την εξάρτηση από συστήματα HVAC. Επιπλέον, τα μοντέλα χωρητικότητας απορρόφησης ανέλυσαν παράγοντες όπως το μέγεθος των σωματιδίων, η επιφάνεια και ο όγκος των πόρων, αναδεικνύοντας ιδιαίτερα την απόδοση του διευρυμένου περλίτη (EP) ως φορέα PCM, λόγω της υψηλής πορώδους δομής του (~90%) και της μεγάλης επιφάνειας (έως 20 m²/g), που επιτρέπουν τη βελτιωμένη πυκνότητα αποθήκευσης ενέργειας και τη μεταφορά θερμότητας.Το υβριδικό μηχανιστικό μοντέλο που αναπτύχθηκε παρέχει ένα πολύτιμο εργαλείο για την αξιολόγηση της αναδυόμενης κατηγορίας λύσεων LTES νέας γενιάς. Η πολυδιάστατη αποτελεσματικότητα του μοντέλου υπερβαίνει τις προκλήσεις που σχετίζονται με τη σύνθεση υλικών, την κλιμάκωση και τη μακροπρόθεσμη σταθερότητα. Παράλληλα, προωθεί λύσεις για την αξιολόγηση υλικών LTES μέσω εργαλείων προσομοίωσης και δημιουργεί συνέργειες με άλλες συναφείς τεχνολογίες, προωθώντας νέες λύσεις LTES που μπορούν να εφαρμοστούν σε ευρύτερους τομείς, όπως διαστημικές εφαρμογές, φωτονική, χρώματα, ιατρικές και βιοϊατρικές εφαρμογές, υφάσματα, τρόφιμα, ψυκτική αλυσίδα, καθώς και αποθήκευση και μετατροπή ενέργειας
Συσχέτιση του κινδύνου υποτροπής με την ανίχνευση γενετικών μεταλλάξεων, το μικροβίωμα και κυκλοφορούντα καρκινικά κύτταρα και ελεύθερο DNA στο αίμα σε ασθενείς με χειρουργήσιμο καρκίνο παχέος εντέρου σταδίου ΙΙ και ΙΙI
No full textColorectal cancer (CRC) is one of the most common causes of morbidity and a leading cause of cancer-related mortality worldwide. Modern lege artis management of CRC patients necessitates the development of novel prognostic methods that complement and may even surpass the traditional tumor-node-metastasis (TNM, 8th edition) staging system. According to current data, post-operative chemotherapy is recommended for all patients with stage III and high-risk stage II CRC. Nevertheless, 20-25% of these patients will eventually experience disease recurrence, primarily in the form of metastatic disease, and only 15-20% of those receiving adjuvant chemotherapy will survive as a direct result of the treatment. Concerning the toxicity of chemotherapy, its costs, the increasing CRC incidence, and the limited resources of healthcare systems, the need for structured risk assessment to evaluate recurrence potential is both urgent and essential. This PhD research investigates the composition of the gut microbiome and the presence of microbial DNA fragments in the bloodstream of early-stage CRC patients, focusing on their potential use as prognostic markers. Through an in-depth analysis, the study aims to bridge gaps in understanding the role of the gut microbiome and microbial translocation in CRC evolution and the outcomes of this specific patient population. The study enrolled 142 early-stage CRC patients and 91 healthy controls, analyzing their fecal and blood samples using advanced techniques such as 16S rRNA sequencing and targeted microbial DNA amplification. Data processing employed robust bioinformatics pipelines for clustering, diversity metrics calculation, and taxonomic profiling. CRC patients exhibited significant microbial dysbiosis compared to controls, characterized by reduced alpha diversity and distinct beta diversity profiles. Taxonomic analyses identified unique microbial taxa in CRC patients, suggesting their potential as biomarkers. Specific taxa, including Porphyromonas and Finegoldia, were exclusively associated with CRC, supporting their relevance in disease pathology. Remarkably, microbial DNA fragments, including 16S rRNA and fungal-specific 5.8S rRNA, were detected in patient blood samples, indicating possible microbial translocation. Correlation analyses linked these fragments with distinct microbial clusters, providing insights into their role in CRC subtyping and disease progression. This phenomenon highlights a potential pathway for systemic inflammation and its implications for CRC prognosis. The findings advance understanding of the influence of the gut microbiota on CRC evolution and propose a framework for its integration into clinical practice. By identifying microbial biomarkers and leveraging microbial DNA as non-invasive prognostic tools, this research advocates for personalized treatment strategies. Such approaches could minimize unnecessary interventions for patients with favorable prognoses and enhance treatment efficacy for high-risk individuals. Despite its contributions, the study recognizes limitations, including the cross-sectional design and modest sample size, necessitating validation in larger, international, and longitudinal cohorts. Future investigations should unravel the mechanistic interplay between microbiota, systemic inflammation, and CRC progression, paving the way for microbiome-informed oncology. This project casts light on the transformative potential of the gut microbiome in CRC management, presenting a compelling case for its inclusion in precision oncology. Through innovative methodologies, the study contributes to enhancing the accuracy of CRC prognosis, ultimately reducing healthcare burdens and improving both survival and quality of life outcomes in alignment with the principles of precision medicine.Ο καρκίνος του παχέος εντέρου αποτελεί μία από τις συχνότερες αιτίες νοσηρότητας και μία από τις κύριες αιτίες θνησιμότητας από καρκίνο διεθνώς. Η σύγχρονη lege artis αντιμετώπιση ασθενών με καρκίνο παχέος εντέρου προϋποθέτει την ανάπτυξη νέων προγνωστικών μεθόδων που συμπληρώνουν και, ενδεχομένως, υπερβαίνουν το παραδοσιακό σύστημα σταδιοποίησης όγκου-λεμφαδένων-μεταστάσεων (TNM, 8η έκδοση). Σύμφωνα με τα τρέχοντα δεδομένα, σε όλους τους ασθενείς με καρκίνο παχέος εντέρου σταδίου ΙΙΙ και σταδίου ΙΙ υψηλού κινδύνου συνιστάται χορήγηση μετεγχειρητικής χημειοθεραπείας. Παραταύτα, το 20-25% θα αναπτύξει, εν τέλει, υποτροπή νόσου, η οποία κατά κύριο λόγο αφορά μεταστατική νόσο και μόνο το 15-20% των ασθενών που θα λάβουν επικουρική χημειοθεραπεία θα επιβιώσει λόγω της χημειοθεραπείας. Λαμβάνοντας υπόψη την τοξικότητα της αγωγής, το κόστος, την αυξημένη επίπτωση του καρκίνου του παχέος εντέρου και τους περιορισμένους πόρους των συστημάτων υγείας η ύπαρξη συγκροτημένου ελέγχου για την αξιολόγηση του κινδύνου υποτροπής κρίνεται επείγουσα και απαραίτητη. Αυτή η διδακτορική μελέτη διερευνά τη σύνθεση του μικροβιώματος του εντέρου και την παρουσία μικροβιακών θραυσμάτων DNA στην κυκλοφορία του αίματος ασθενών με καρκίνο παχέος εντέρου πρώιμου σταδίου, εστιάζοντας στη δυνητική τους χρήση ως προγνωστικών δεικτών. Μέσα από μία ενδελεχή ανάλυση, η συγκεκριμένη έρευνα αποσκοπεί να εμπλουτίσει την τρέχουσα γνώση αναφορικά με τον ρόλο του μικροβιώματος και της μικροβιακής αλλόθεσης στην εξέλιξη του καρκίνου του παχέος εντέρου και την έκβαση της συγκεκριμένης ομάδας ασθενών. Στη μελέτη συμμετείχαν 142 ασθενείς με πρώιμο στάδιο καρκίνου παχέος εντέρου και 91 υγιείς μάρτυρες, οι οποίοι παρείχαν δείγματα κοπράνων και αίματος που αναλύθηκαν με προηγμένες τεχνικές, όπως η αλληλούχηση 16S rRNA και η στοχευμένη ενίσχυση μικροβιακού DNA. Η επεξεργασία δεδομένων έγινε με τη χρήση προηγμένων εργαλείων βιοπληροφορικής ανάλυσης με σκοπό τη βέλτιστη ομαδοποίηση, τον υπολογισμό δεικτών ποικιλότητας και την ταξινομική ανάλυση των δειγμάτων. Οι ασθενείς με καρκίνο του κατώτερου γαστρεντερικού συστήματος παρουσίασαν σημαντική μικροβιακή δυσβίωση σε σύγκριση με τους μάρτυρες, η οποία χαρακτηρίστηκε από μειωμένη α-ποικιλότητα και διαφοροποιημένα πρότυπα β-ποικιλότητας. Οι ταξινομικές αναλύσεις ανέδειξαν μοναδικά μικροβιακά ταξινομικά γένη στους ασθενείς με καρκίνο παχέος εντέρου, υποδεικνύοντας τη δυναμική τους ως βιοδείκτες. Ειδικά ταξινομικά γένη, όπως οι Porphyromonas και Finegoldia, συσχετίστηκαν αποκλειστικά με τον καρκίνο του παχέους εντέρου, υπογραμμίζοντας τη σημασία τους στην παθοφυσιολογία της νόσου. Επιπροσθέτως, μικροβιακά θραύσματα DNA, όπως το 16S rRNA και το ειδικό για μύκητες 5.8S rRNA, ανιχνεύθηκαν σε δείγματα αίματος ασθενών, υποδεικνύοντας πιθανή μικροβιακή διαμετάθεση. Αναλύσεις συσχέτισης συνέδεσαν αυτά τα θραύσματα με συγκεκριμένες μικροβιακές ομάδες, κάτι που πιθανώς συνδυάζεται με επίταση της συστηματικής φλεγμονής, η οποία επηρεάζει την πρόγνωση της νόσου. Αυτά τα ευρήματα δύνανται να συνδράμουν σε μία καινούργια κλινικοεργαστηριακή υποκατηγοριοποίηση του καρκίνου του παχέος εντέρου. Τα προαναφερθέντα αποτελέσματα καταδεικνύουν την επίδραση του εντερικού μικροβιώματος στην εξέλιξη του καρκίνου του παχέος εντέρου και προτείνουν ένα πλαίσιο για την ενσωμάτωσή του στην κλινική πρακτική. Μέσα από τον εντοπισμό μικροβιακών βιοδεικτών και την αξιοποίηση μικροβιακού DNA ως μη επεμβατικών προγνωστικών εργαλείων, η παρούσα μελέτη ευαγγελίζεται αναδυόμενες στρατηγικές εξατομικευμένης θεραπείας. Η εν λόγω θεραπευτική προσέγγιση δύναται να ελαχιστοποιήσει τις περιττές παρεμβάσεις για ασθενείς με ευνοϊκή πρόγνωση και να βελτιώσει την αποτελεσματικότητα της θεραπείας για ασθενείς υψηλού κινδύνου. Αναπόδραστα, η εργασία αυτή συνοδεύεται από ορισμένους περιορισμούς. Κύρια μειονεκτήματά της αποτελούν ο διατομεακός σχεδιασμός και το περιορισμένο μέγεθος δείγματος, τα οποία χρήζουν διευθέτησης με μακροπρόθεσμες διεθνείς προοπτικές μελέτες σε μεγαλύτερους πληθυσμούς. Οι μελλοντικές ερευνητικές προσπάθειες καλούνται να εστιάσουν στη διερεύνηση των μηχανισμών που συνδέουν το μικροβίωμα, τη συστηματική φλεγμονή και την πρόγνωση του καρκίνου του παχέος εντέρου, παρέχοντας ισχυρότερα δεδομένα για την καθιέρωση του μικροβιώματος στη φαρέτρα των προγνωστικών εργαλείων της μη μεταστατικής νόσου. Το παρόν πόνημα επισημαίνει την προγνωστική αξία του εντερικού μικροβιώματος στη διαχείριση ασθενών με πρώιμο καρκίνο παχέος εντέρου, επιδιώκοντας την ένταξή του στην καθ’ ημέρα κλινική πράξη. Μέσα από καινοτόμες μεθοδολογίες, η μελέτη συμβάλλει στον πιο ακριβή προσδιορισμό της πρόγνωσης αυτών των ασθενών, μειώνοντας την οικονομική επιβάρυνση της υγειονομικής περίθαλψης και βελτιώνοντας την επιβίωση και την ποιότητα ζωής τους, πιστή στις σύγχρονες επιταγές της ιατρικής ακριβείας
Immunogenetic risk in Parkinson’s disease
No full textImmunogenetic Risk in Parkinson's Disease INTRODUCTION: Parkinson's disease (PD) is a chronic, progressive neurodegenerative disorder that arises from the death of dopaminergic neurons in the substantia nigra. The clinical consequences of dopamine deficiency include bradykinesia, tremor, rigidity, and postural instability. PD is recognized as the second most common neurodegenerative disease after Alzheimer’s. The pathophysiology of its sporadic form remains unclear. However, several factors are thought to be involved, including genetic mutations, oxidative stress, dysfunction of dopamine transport mechanisms, as well as inflammatory and immune abnormalities. OBJECTIVE: The aim of this study is to clarify the role of neuroinflammation in the pathogenesis of PD and to explore potential therapeutic approaches by identifying the immunogenetic risk factors associated with the disease. METHODS: Levels of TNF-α (cytokine) and CCL2 (chemokine) were measured in peripheral blood samples collected from PD patients and healthy controls. All biological samples were preserved under deep-freeze conditions. In parallel, data were collected regarding medical history, clinical presentation, disease progression and subtype, treatment regimens, and diagnostic evaluations. Statistical analyses included ANOVA, t-tests, chi-square tests, as well as multivariate logistic regression and survival analysis models. Additionally, a computational gene expression analysis was performed using a selected panel of inflammation-related genes. RESULTS: In the first part of the analysis, TNF-α levels were found to be elevated in the peripheral blood of PD patients compared to controls, with a significant correlation between TNF-α levels and disease severity. Conversely, CCL2 levels did not differ between groups and showed no association with clinical markers of disease progression, such as severity or cognitive decline. In the second part, pathway enrichment analysis was conducted using public gene expression data from PD patients and healthy controls (n = 10 and n = 9, respectively). The enriched pathways in PD samples were primarily related to hematopoiesis and platelet function, cytokine–cytokine receptor interaction, and immune response. Additionally, a downregulation of genes associated with ribosomal function and the spliceosome complex was observed, along with negative regulation of pathways linked to cytoskeletal structure—findings indicative of neuronal vulnerability. Among the selected gene panel, two transcription factors stood out: IRF3 and STAT1. Network analysis of transcription factor–gene regulation identified these as central nodes in multiple inflammatory pathways, suggesting their potential as therapeutic targets for modulating the inflammatory response observed in PD.Ανοσογενετικός κίνδυνος στη νόσο του Πάρκινσον ΕΙΣΑΓΩΓΗ : Η νόσος του Πάρκινσον είναι μια χρόνια προοδευτική νευροεκφυλιστική νόσος , η οποία προκύπτει έπειτα από το θάνατο ντοπαμινεργικών νευρώνων στη μέλαινα ουσία . Το κλινικό αποτέλεσμα της έλλειψης ντοπαμίνης, είναι η βραδυκινησία, ο τρόμος, η δυσκαμψία και η διαταραχή των αντανακλαστικών στάσης. Η νόσος Πάρκινσον αναγνωρίζεται σαν μια από τις πιο κοινές νευροεκφυλιστικές παθήσεις , μετά το Alzheimer. Η παθοφυσιολογία της σποραδικής μορφής της νόσου δεν έχει ακόμα αποσαφηνιστεί. Φαίνεται να εμπλέκονται σε αυτήν, γενετικές μεταλλάξεις, το οξειδωτικό στρες, βλάβη στους μηχανισμούς μεταφοράς ντοπαμίνης, φλεγμονώδεις και ανοσολογικές ανωμαλίες. ΣΚΟΠΟΣ: Σκοπός της μελέτης είναι να αποσαφηνιστεί ο ρόλος που διαδραματίζει η φλεγμονή του νευρικού συστήματος στη παθογένεση της νόσου Πάρκινσον και στην πιθανή θεραπευτική προσέγγιση αυτής μέσω του προσδιορισμού του ανοσογενετικού κινδύνου στη νόσο. ΜΕΘΟΔΟΣ: Μελετήθηκαν ο TNF-α (κυτταροκίνη) και ο CCL2 (χημειοκίνη) στο περιφερικό αίμα σε δείγματα ασθενών με ΝΠ και μαρτύρων. Όλα τα δείγματα βιολογικού υλικού που συλλέγονται διατηρήθηκαν σε συνθήκες βαθιάς ψύξης. Παράλληλα καταγράφηκαν πληροφορίες σχετικές με το ιατρικό ιστορικό, την κλινική εξέταση, την πορεία και τη μορφή της νόσου, το είδος της θεραπείας και τις διαγνωστικές εξετάσεις που πραγματοποιήθηκαν στους ασθενείς. Τα στοιχεία αναλύθηκαν με στατιστικές αναλύσεις όπως ANOVA, t-test και x²και προσαρμοσμένα μοντέλα λογαριθμικής παλινδρόμησης και μελέτες επιβίωσης. Επιπλέον, έγινε υπολογιστική ανάλυση γονιδιακής έκφρασης ενός επιλεγμένου πάνελ γονιδίων σχετιζόμενων με την φλεγμονή. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Από το πρώτο μέρος της ανάλυσης, βρέθηκε ότι ο TNF-α είναι αυξημένος στο περιφερικό αίμα ασθενών συγκριτικά με τους μάρτυρες και επίσης αναγνωρίστηκε συσχέτιση της τιμής του με την βαρύτητα της νόσου, την ίδια στιγμή που η τιμή του CCL2 δεν φάνηκε να διαφοροποιείται στις δύο ομάδες που ελέγχθηκαν, ούτε να συσχετίζεται με κάποιο παράγοντα κλινικής προόδου της νόσου (βαρύτητα νόσου, νοητική έκπτωση). Στο δεύτερο τμήμα του ειδικού μέρους, έγινε ανάλυση εμπλουτισμού μονοπατιών σε δείγμα ασθενών με ΝΠ και μαρτύρων (10 και 9 άτομα αντίστοιχα) από δημόσια γενετική βιβλιοθήκη. Εκεί φάνηκε τα μονοπάτια που εμπλουτίζονται στη νόσο, να αφορούν διαταραχές αιμοποίησης και αιμοπεταλίων, αλληλεπίδραση κυτταροκινών-υποδοχέων κυτταροκινών καθώς την ανοσολογική απόκριση. Βρέθηκε επιπλέον μειωμένη έκφραση γονιδίων του ριβοσώματος και του συμπλέγματος ματίσματος, καθώς και αρνητική ρύθμιση οδών που σχετίζονται με τον κυτταρικό σκελετό, στοιχεία που υποδηλώνουν ευπάθεια των νευρώνων. Από το πάνελ των γονιδίων που επιλέχθηκαν, δύο μεταγραφικοί παράγοντες ξεχώρισαν, ο IRF3 και ο STAT1. Η ανάλυση του δικτύου ρύθμισης «μεταγραφικών παραγόντων–γονίδιο» τους ανέδειξε ως κεντρικούς κόμβους σε ποικίλα φλεγμονώδη μονοπάτια, και με το δεδομένο αυτό ως πιθανούς θεραπευτικούς στόχους για την αναστολή της φλεγμονώδους διαδικασίας που συναντάται στη ΝΠ
''Smart cities" and tourism: urban planning interventions and local government organization
No full textThis doctoral dissertation focuses on the analysis of the phenomenon of "smart cities" and their specialization in the field of "smart tourist destinations," both at an international and Greek level. Specifically, the dissertation examines the pilot implementation of these policies in the Municipality of Piraeus. In an era of intense urban competition and continuous challenges, modern cities are called upon to adapt to the new conditions by leveraging their unique characteristics in order to survive and achieve sustainable development. At the same time, the current era is characterized by the rapid development of new technologies. These technologies, in combination with the necessary infrastructures, services, and products that support them, constitute critical factors for the development of modern cities. The creation of "smart cities" and "smart tourist destinations" can offer solutions to urban planning, providing answers to the problems faced by contemporary urban centers. This dissertation is divided into two main parts. In the first part, the modern challenges faced by cities today are analyzed, and an in-depth understanding of the concepts of "smart cities" and "smart tourist destinations" is provided, examining their characteristics and structural dimensions. Additionally, successful examples of cities that have already implemented similar policies are discussed. In the second part of the dissertation, the Municipality of Piraeus is chosen as a case study for the application of the above policy. Initially, the current situation in Piraeus and the "smart" actions that have been implemented in the city so far are presented. Subsequently, a field study is conducted to assess the needs and capabilities of the Municipality. Based on the results of this study, a comprehensive Strategic Plan is developed with the aim of transforming Piraeus into a fully integrated "smart tourist destination." The dissertation concludes with findings that highlight the importance of adopting "smart" development policies, proposing a model of design that can be utilized by other Greek cities.Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επικεντρώνεται στην ανάλυση του φαινομένου των «έξυπνων πόλεων» και στην εξειδίκευσή τους στο πεδίο των «έξυπνων τουριστικών προορισμών», τόσο σε διεθνές όσο και σε ελληνικό επίπεδο. Ειδικότερα, η διατριβή εξετάζει την πιλοτική εφαρμογή αυτών των πολιτικών στον Δήμο Πειραιά. Σε μια εποχή έντονου αστικού ανταγωνισμού και συνεχών προκλήσεων, οι σύγχρονες πόλεις καλούνται να προσαρμοστούν στις νέες συνθήκες, αξιοποιώντας τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά τους προκειμένου να επιβιώσουν και να επιτύχουν βιώσιμη ανάπτυξη. Παράλληλα, η σημερινή εποχή χαρακτηρίζεται από την ταχεία ανάπτυξη των νέων τεχνολογιών. Οι τεχνολογίες αυτές, σε συνδυασμό με τις απαραίτητες υποδομές, τις υπηρεσίες και τα προϊόντα που τις υποστηρίζουν, αποτελούν κρίσιμους παράγοντες για την ανάπτυξη των σημερινών πόλεων. Η δημιουργία «έξυπνων πόλεων» και «έξυπνων τουριστικών προορισμών» μπορεί να προσφέρει λύσεις στον αστικό σχεδιασμό, δίνοντας απαντήσεις στα προβλήματα που αντιμετωπίζουν τα σύγχρονα αστικά κέντρα. Η παρούσα Διατριβή χωρίζεται σε δύο κύρια μέρη. Αναφορικά με το πρώτο μέρος, αναλύονται οι σύγχρονες προκλήσεις που αντιμετωπίζουν οι πόλεις σήμερα και παρέχεται μία εις βάθος κατανόηση των εννοιών των «έξυπνων πόλεων» και των «έξυπνων τουριστικών προορισμών», εξετάζοντας τα χαρακτηριστικά τους και τις δομικές τους διαστάσεις. Επίσης, αναφέρονται επιτυχημένα παραδείγματα πόλεων που έχουν ήδη εφαρμόσει αντίστοιχες πολιτικές. Στο δεύτερο μέρος της Διατριβής, επιλέγεται ο Δήμος Πειραιά ως περίπτωση μελέτης για την εφαρμογή της παραπάνω πολιτικής. Έτσι αρχικά παρουσιάζεται η υφιστάμενη κατάσταση στον Πειραιά και οι «έξυπνες» δράσεις που έχουν υλοποιηθεί μέχρι σήμερα στην πόλη. Ακολούθως, διεξάγεται έρευνα πεδίου για την αξιολόγηση των αναγκών και δυνατοτήτων του Δήμου ενώ με βάση τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την έρευνα, διαμορφώνεται ένα ολοκληρωμένο Στρατηγικό Σχέδιο με σκοπό τον μετασχηματισμό του Πειραιά σε έναν ολοκληρωμένο «έξυπνο τουριστικό προορισμό». Η Διατριβή καταλήγει σε συμπεράσματα που αναδεικνύουν τη σημασία υιοθέτησης πολιτικών «έξυπνης» ανάπτυξης, προτείνοντας ένα πρότυπο μοντέλο σχεδιασμού που μπορεί να αξιοποιηθεί από άλλες ελληνικές πόλεις
Comparative study of the toxic effects of cannabidiol and nicotine on pulmonary and endothelial cells, and investigation of the anxiolytic and antioxidant effects of cannabidiol in vivo
No full textSmoking is a major risk factor for numerous diseases, including cardiovascular, respiratory, and neurodegenerative disorders. Nicotine, the primary active compound in tobacco, is involved in biological mechanisms related to oxidative stress, inflammation, cellular dysfunction, and dysregulation of the nervous and cardiovascular systems. At acutely high doses or with prolonged use, nicotine may exacerbate anxiety-like behavior by impairing brain plasticity through the downregulation of Brain-Derived Neurotrophic Factor (BDNF) and disruption of cholinergic neurotransmission. The rapid expansion of Reduced Risk Products (RRPs), such as electronic cigarettes, heated tobacco products (e.g., IQOS, Glo), and cannabidiol (CBD)-containing refill liquids, necessitates independent scientific evaluation of their toxicity and biological effects at both the cellular and systemic levels. This thesis comparatively investigates and in vivo experimental approaches. In the in vitro part, the effects of tobacco smoke, heated tobacco products, e-cigarette aerosols, and CBD-liquids were assessed on pulmonary and endothelial cell lines. Parameters examined included cell viability, secretion of pro-inflammatory cytokines (MMP-1, IL-6, IL-8), wound healing capacity (scratch assay), and monocyte (MM6) adhesion to HCAEC cells. RRPs exhibited lower cytotoxicity compared to conventional cigarette smoke, with CBD-liquids demonstrating the most favorable profile regarding cell survival and inflammatory response. In the in vivo part, a well-established mouse model (C57BL/6) was used, with high-dose nicotine administration to induce anxiety-like behavior. Co-administration of CBD resulted in a significant reduction in anxiety markers (open field test), preservation of BDNF levels in the cerebral hemispheres, modulation of oxidative stress markers (GSH, MDA), and decreased production of pro-inflammatory cytokines (TNF-α, IL-6). Furthermore, metabolic homeostasis was maintained, and cholinergic function was favorably regulated (acetylcholine levels and acetylcholinesterase activity). The findings of this study support the potential neuroprotective and anxiolytic effects of CBD against nicotine-induced toxicity, highlighting its therapeutic potential.Το κάπνισμα αποτελεί μείζονα παράγοντα κινδύνου για πλήθος παθήσεων, μεταξύ των οποίων καρδιοαγγειακές, αναπνευστικές και νευροεκφυλιστικές διαταραχές. Η νικοτίνη, κύριο δραστικό συστατικό του καπνού, εμπλέκεται σε βιολογικούς μηχανισμούς που σχετίζονται με το οξειδωτικό στρες, τη φλεγμονή, την κυτταρική δυσλειτουργία και την απορρύθμιση του νευρικού και του καρδιαγγειακού συστήματος. Σε οξείες υψηλές δόσεις ή κατά την παρατεταμένη κατανάλωση, η νικοτίνη δύναται να ενισχύσει την εκδήλωση έντονου άγχους, επηρεάζοντας την εγκεφαλική πλαστικότητα μέσω μείωσης των επιπέδων του Εγκεφαλικού Νευροτροφικού Παράγοντα (BDNF) και διαταραχής της χολινεργικής νευροδιαβίβασης. Η ταχεία εξάπλωση των Προϊόντων Μειωμένου Κινδύνου (Reduced Risk Products – RRPs), όπως τα ηλεκτρονικά τσιγάρα, τα θερμαινόμενα προϊόντα καπνού (π.χ. IQOS, Glo) και τα υγρά αναπλήρωσης με κανναβιδιόλη (CBD), καθιστά επιτακτική την ανεξάρτητη επιστημονική αξιολόγηση της τοξικότητας και της βιολογικής τους επίδρασης, τόσο σε κυτταρικό όσο και σε συστημικό επίπεδο. Η παρούσα διατριβή διερευνά συγκριτικά τις τοξικές και προστατευτικές ιδιότητες της νικοτίνης και της CBD, μέσω in vitro και in vivo πειραματικών προσεγγίσεων. Στο in vitro σκέλος, εξετάστηκε η επίδραση καπνού, προϊόντων θέρμανσης καπνού, ηλεκτρονικών τσιγάρων και CBD-υγρών ηλεκτρονικού τσιγάρου σε πνευμονικά και ενδοθηλιακά κύτταρα. Εκτιμήθηκαν η κυτταρική βιωσιμότητα, η έκκριση προφλεγμονωδών κυτταροκινών (MMP-1, IL-6, IL-8), η ικανότητα επούλωσης τραύματος (scratch wound assay) και η προσκόλληση μονοκυττάρων MM6 σε HCAEC κύτταρα. Τα προϊόντα μειωμένου κινδύνου εμφάνισαν χαμηλότερη κυτταροτοξικότητα σε σχέση με τον καπνό, με τα CBD-υγρά να εμφανίζουν το ευνοϊκότερο προφίλ ως προς την κυτταρική επιβίωση και τη φλεγμονώδη απόκριση. Στο in vivo σκέλος, εφαρμόστηκε ένα καλά εδραιωμένο πειραματικό μοντέλο μυών C57BL/6 με χορήγηση υψηλής δόσης νικοτίνης για την επαγωγή αγχώδους συμπεριφοράς. Η ταυτόχρονη χορήγηση CBD οδήγησε σε σημαντική μείωση των δεικτών άγχους (open field test), διατήρηση των επιπέδων του BDNF στα εγκεφαλικά ημισφαίρια, τροποποίηση των δεικτών οξειδωτικού στρες (GSH, MDA), καθώς και μείωση της παραγωγής προφλεγμονωδών κυτταροκινών (TNF-α, IL-6). Επιπλέον, παρατηρήθηκε διατήρηση της μεταβολικής ομοιόστασης και ευνοϊκή ρύθμιση της χολινεργικής λειτουργίας (επίπεδα ακετυλοχολίνης και ενεργότητα ακετυλοχολινεστεράσης). Τα ευρήματα της διατριβής τεκμηριώνουν τον πιθανό νευροπροστατευτικό και αγχολυτικό ρόλο της CBD έναντι των βλαπτικών επιδράσεων της νικοτίνης, αναδεικνύοντας τη θεραπευτική της δυναμική
Development of novel composite materials based on biopolymers and bioactive additives for application in active food packaging
No full textThe aim of the present PhD thesis was the development of novel composite films based on biopolymers and bioactive additives derived from coffee industry by-products, for application in food packaging. In recent years, the scientific community has increasingly adopted the principles of the circular economy as a sustainable alternative to the traditional linear production model, particularly in the field of materials science. The alarming increase in plastic waste—especially from packaging, which represents its largest fraction—has driven both policy reform and scientific innovation. Coupled with global concerns over food and packaging waste, environmental degradation, and resource scarcity, this has spurred the development of biodegradable packaging materials from renewable and environmentally benign sources. Simultaneously, the escalating generation of food waste and agri-industrial by-products emphasizes the urgent need for efficient waste valorization strategies. The low toxicity and rich chemical composition of natural and agricultural residues render them promising candidates for value-added applications, including sustainable food packaging. Coffee, being the second most traded commodity globally with an annual production exceeding 105 million tons, generates considerable waste across its entire processing chain—from fruit to beverage. Coffee silverskin (the thin tegument detached during roasting) is traditionally considered a waste product, yet its low moisture content, high antioxidant capacity, and structural similarity to other lignocellulosic materials make it an attractive resource for material development. The novelty of this study lies in addressing two critical global challenges—plastic waste and food by-product management—through an integrated, circular approach. Coffee silverskin was employed both unmodified and modified, as a functional additive and as a source of bioactive extracts, in various polymeric matrices for the fabrication of membranes using the solution casting method. The matrices used included poly(lactic acid) (PLA), chitosan, and gelatin. Additionally, wheat flour (a natural polymer blend) and glucose were utilized to produce edible films. The coffee silverskin used, before and after modification, was characterized in terms of morphology via Scanning Electron Microscopy (SEM), structural features via Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), moisture content, crystallinity via X-Ray Diffraction (XRD), and thermal degradation pathways via pyrolysis-GC/MS. The developed membranes were further examined using SEM, FT-IR, Differential Scanning Calorimetry (DSC), and pyr-GC/MS. Mechanical properties, antioxidant activity, color measurements, gas (oxygen) and water vapor permeability, as well as physicochemical properties (water content, degree of swelling and solubility in water) were also assessed. The resulting films exhibited significantly enhanced antioxidant activity—an essential feature in active food packaging—while surface modification of coffee silverskin particles led to improved mechanical performance. Oxygen and water vapor barrier properties, color, and other physicochemical characteristics were influenced by the incorporation of particles and extracts, whereas the thermal stability of the polymeric matrices remained largely unaffected. Finally, pyr-GC/MS analysis confirmed component interactions and degradation product variation, supporting the proposition of an alternative recycling pathway for the developed membranes.Σκοπός της παρούσας διδακτορικής διατριβής, ήταν η ανάπτυξη νέων σύνθετων μεμβρανών με βάση βιοπολυμερή και βιοενεργά πρόσθετα, παραπροϊόντα της βιομηχανίας παραγωγής καφέ, για χρήση στην συσκευασία τροφίμων.Τα τελευταία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα, όσον αφορά την παραγωγή υλικών, έχει στραφεί στην ανάπτυξη μια βιώσιμης εναλλακτικής προσέγγισης, της κυκλικής οικονομίας, έναντι του μοντέλου γραμμικής ροής. Τα πλαστικά απορρίμματα και ιδιαίτερα τα απορρίμματα συσκευασίας που αποτελούν το μεγαλύτερο ποσοστό αυτών, έχουν προκαλέσει μεγάλη ανησυχία. Οι πολιτικές και οι νομοθετικές αλλαγές, οι αυξανόμενες ανησυχίες για τα απόβλητα τροφίμων και συσκευασιών, η ρύπανση του περιβάλλοντος και η παγκόσμια ζήτηση για τρόφιμα και ενεργειακούς πόρους, αναμφίβολα έχουν οδηγήσει στην ανάπτυξη βιοαποδομήσιμων συσκευασιών από ανανεώσιμες πηγές φιλικές προς το περιβάλλον. Άλλο ένα πρόβλημα του σύγχρονου κόσμου, αποτελεί η αύξηση της παγκόσμιας παραγωγής απορριμμάτων και παραπροϊόντων τροφίμων, που υπογραμμίζει την κρίσιμη ανάγκη για αποτελεσματικές πρακτικές διαχείρισης απορριμμάτων. Ο αυξανόμενος όγκος αυτού του είδους απορριμμάτων και παραπροϊόντων οδηγεί σε σημαντικές περιβαλλοντικές συνέπειες, συμπεριλαμβανομένης της υποβάθμισης του εδάφους και του υψηλού αποτυπώματος άνθρακα. Η εγγενής ελάχιστη τοξικότητα και η ενισχυμένη σύνθεση ενώσεων των φυσικών και γεωργικών αποβλήτων, ενισχύει σημαντικά την καταλληλόλητά τους για πιθανές εφαρμογές σε τομείς όπως η συσκευασία τροφίμων. Λαμβάνοντας υπόψη ότι ο καφές είναι το δεύτερο μεγαλύτερο εμπορικό προϊόν, με ετήσια παγκόσμια παραγωγή 105 εκατομμυρίων τόνων, η βιομηχανία καφέ παράγει σημαντικές ποσότητες απορριμμάτων σε όλα τα στάδια επεξεργασίας της από το φρούτο στο φλιτζάνι. Το σπερμόδερμα του καφέ (coffee silverskin) είναι το λεπτό στρώμα που αφαιρείται από τους κόκκους καφέ κατά τη φρύξη τους. Ενώ παραδοσιακά, θεωρείται προϊόν απορριμμάτων, έχει κερδίσει την προσοχή για τις πιθανές εφαρμογές του σε διάφορες βιομηχανίες, όπως αυτή της συσκευασίας τροφίμων, λόγω της χαμηλής του περιεκτικότητας σε υγρασία, την πλούσια πηγή αντιοξειδωτικών ενώσεων, άλλα και την ομοιότητα του με άλλα λιγνοκυτταρινικά υλικά που χρησιμοποιούνται στην τεχνολογία πολυμερών. Η καινοτομία της παρούσας διδακτορικής διατριβής έγκειται στον συνδυασμό επίλυσης των δύο πιο σημαντικών προβλημάτων που παρουσιάστηκαν παραπάνω, ενισχύοντας την κυκλική οικονομία, με την μείωση απορριμμάτων πλαστικών συσκευασιών, καθώς και την αξιοποίηση παραπροϊόντων βιομηχανιών τροφίμων. Το σπερμόδερμα του καφέ, χρησιμοποιήθηκε ως πρόσθετο με ή χωρίς επεξεργασία, καθώς και ως πρώτη ύλη εκχύλισης για παραλαβή εκχυλισμάτων, σε διαφορετικές μήτρες για την ανάπτυξη μεμβρανών με την μέθοδο χύτευσης διαλύματος. Οι μήτρες που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη των μεμβρανών, ήταν το πολυ(γαλακτικό οξύ) (PLA), η χιτοζάνη και η ζελατίνη. Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε το αλεύρι σίτου, που αποτελεί συνδυασμό φυσικών πολυμερών, ως μέσο ανάπτυξης μήτρας, μαζί με γλυκόζη, για την δημιουργία βρώσιμων μεμβρανών.Το σπερμόδερμα του καφέ που χρησιμοποιήθηκε, πριν και μετά την τροποποίηση, χαρακτηρίστηκε ως προς την μορφολογία του με την βοήθεια Ηλεκτρονικού Μικροσκοπίου Σάρωσης (SEM), την δομή του με φασματοσκοπία FT-IR, την περιεκτικότητα του σε νερό, την κρυσταλλικότητα του με τη βοήθεια της περίθλασης ακτινών Χ (XRD), και με pyr-GC/MS. Οι μεμβράνες που αναπτύχθηκαν, μελετήθηκαν με την βοήθεια του SEM, φασματοσκοπίας FT-IR, Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC), και του pyr-GC/MS. Επίσης, εξετάστηκαν οι μηχανικές τους ιδιότητες, η αντιοξειδωτική τους ικανότητας, το χρώμα τους, η διαπερατότητα τους σε οξυγόνο και υγρασία, καθώς και οι φυσικοχημικές ιδιότητες τους (περιεκτικότητα σε νερό, βαθμός διόγκωσης και διαλυτότητα σε νερό). Οι μεμβράνες που αναπτύχθηκαν, παρουσίασαν σημαντικά υψηλή αντιοξειδωτική ικανότητα, που αποτελεί πλεονέκτημα σε μια συσκευασία τροφίμων, ενώ η τροποποίηση των σωματιδίων του σπερμοδέρματος του καφέ οδήγησε σε ενισχυμένες μηχανικές ιδιότητες των μεμβρανών αυτών. Η διαπερατότητα σε οξυγόνο και υγρασία, το χρώμα και οι φυσικοχημικές ιδιότητες παρουσίασαν μεταβολή με την προσθήκη σωματιδίων και εκχυλισμάτων, ενώ οι θερμικές ιδιότητες των πολυμερών δεν επηρεάστηκαν. Τέλος, με την βοήθεια pyr-GC/MS, διαπιστώθηκε η αλληλεπίδραση των συστατικών των μεμβρανών, λόγω διαφορετικών προϊόντων και προτάθηκε ένας διαφορετικός τρόπος ανακύκλωσης των μεμβρανών
Αποτελεσµατική ανίχνευση πλευρικής κίνησης στην ασφάλεια δικτύων υπολογιστών: αξιοποίηση καταγραφών Sysmon και μηχανικής μάθησης
No full textAttackers employ lateral movement (LM) to spread from an initial entry point, gain further network access, and ultimately exfiltrate valuable data. This process, particularly challenging on any computing platform, commonly involves pivoting through systems and escalating privileges. This PhD thesis offers a holistic methodology for detecting LM, leveraging a rich combination of comprehensive literature survey and extensive experimental results. Particularly, the detection is achieved through supervised and unsupervised machine learning (ML) techniques, applied effectively to both imbalanced and balanced data samples.This work makes a pivotal contribution to the field by not only leveraging but also creating the LMD dataset, which to our knowledge is the first to exclusively contain Sysmon logs detailing 15 diverse LM attack techniques captured from the MS Windows platform. The thesis presents a comprehensive overview of this specialized area and its associated methodologies, critically examining the potential of standard ML for detection. In detail, the research addresses five core questions pertaining to LM-detection. First, it investigates the appropriate methodology for conducting a comprehensive survey on LM identification, primarily from an Intrusion Detection System (IDS) perspective, to bridge a significant gap in existing literature. Second, it determines, based on expert analysis and relevant literature, the definitive criteria for establishing the most effective initial features for Sysmon's event monitoring tool, suitable for implementation as custom rules within its config.xml configuration file. Third, the thesis outlines how a functional configuration file can be systematically generated, utilizing these identified features, to maximize the identification of various LM attack variants. Fourth, it explores whether a proven methodology exists for the creation of ML-based LM-oriented IDSs, incorporating the evaluation of multiple supervised and unsupervised ML algorithms, including both shallow and Deep Neural Network (DNN) techniques. Finally, the research critically assesses the extent to which sample distribution within a benchmark dataset impacts the performance evaluation metrics of LM-oriented IDS models, irrespective of whether they employ shallow or DNN architectures. To answer these questions, we initially conducted a systematic survey of the topic. We then leveraged the MITRE ATT&CK knowledge base of adversary tactics and techniques, focusing initially on the execution of the nine most common LM methods. Experiments on a properly configured testbed revealed a significant number of interrelated networking features. We implemented these features as custom rules in Sysmon's config.xml file. Furthermore, we capitalized on the rich, LM-oriented corpus, LMD, which we created as the first of its kind specifically focusing on LM samples and enhanced with the execution of six more LM tactics. We elaborated on feature selection, data preprocessing, and feature importance processes for configuring both supervised (SML) and unsupervised (UML) ML models, employing both multiclass and binary classification schemes. Compared to relevant literature, and considering the highly unbalanced corpus and a multiclass classification problem, SML reported superior scores with F1-score and AUC metrics of 99.41% and 99.84%, respectively. The best UML performer also showed promising results, achieving around 94.7% AUC and 93% F1-score for the best shallow model, and 95.2% AUC and 93.8% F1-score for the best DNN model. To further improve these metrics, we devised and evaluated a two-stage ML model, which surpassed the previous best score by approximately 3.5%. Finally, we re-adopted a multiclass supervised approach to scrutinize the effects of oversampling, undersampling, and hybrid-sampling techniques across 13 ML algorithms (nine shallow and four DNN techniques) using the LMD corpus. Our key findings revealed that balanced versions of the dataset generally improved performance. Shallow models trained on resampled data achieved a marginal convergence of roughly +0.05% in AUC and F1-score compared to the imbalanced scenario. Notably, DNN models exhibited a more substantial performance gain of around 3.5% across most balancing techniques. Furthermore, analysis of false positive rate (FPR) and false negative rate (FNR) revealed crucial trade-offs. While some balanced datasets led to near-zero FNR with ensemble methods like Bagging, others, particularly with DNNs and techniques like ADASYN, showed a higher propensity for false alarms. These observations underscore the critical role of data balancing in optimizing LM-focused IDS performance and highlight the varying impact of different techniques on the FPR/FNR trade-off for shallow versus DNN models.Οι επιτιθέμενοι χρησιμοποιούν τεχνικές πλευρικής μετακίνησης (ή κίνησης) για να προχωρήσουν βαθύτερα στο δίκτυο από ένα αρχικό σημείο εισόδου, να αυξήσουν τα δικαιώματα πρόσβασης τους, και τελικά να υποκλέψουν ευαίσθητα δεδομένα. Αυτή η διαδικασία, ιδιαίτερα απαιτητική όσον αναφορά την ανιχνευσή της μέσω συστημάτων ανίχνευσης εισβολών, περιλαμβάνει συνήθως την ανακατεύθυνση μέσω δικτυακών συστημάτων και την κλιμάκωση προνομίων (privilege escalation). Η παρούσα διδακτορική διατριβή προσφέρει μια ολιστική μεθοδολογία για την ανίχνευση της πλευρικής μετακίνησης, αξιοποιώντας έναν πλούσιο συνδυασμό εκτενούς βιβλιογραφικής ανασκόπησης και πειραματικών αποτελεσμάτων. Συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, η ανίχνευση της πλευρικής μετακίνησης επιτυγχάνεται με χρήση τεχνικών εποπτευόμενης και μη εποπτευόμενης μηχανικής μάθησης που εφαρμόζονται αποτελεσματικά τόσο σε μη ισορροπημένα όσο και σε ισορροπημένα σύνολα δεδομένων (datasets). Η παρούσα διατριβή συνεισφέρει καθοριστικά στον συγκεκριμένο τομέα, όχι μόνο αξιοποιώντας αλλά και δημιουργώντας το σύνολο δεδομένων LMD, το οποίο, εξ όσων γνωρίζουμε, είναι το πρώτο στον συγκεκριμένο τομέα έρευνας που περιέχει αποκλειστικά αρχεία καταγραφής Sysmon που περιγράφουν λεπτομερώς 15 διαφορετικές τεχνικές επίθεσης πλευρικής κίνησης από την πλατφόρμα MS Windows. Συνολικά, η διατριβή παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη επισκόπηση αυτού του εξειδικευμένου τομέα και των σχετικών μεθοδολογιών του, αξιολογώντας λεπτομερώς και κριτικά τεχνικές μηχανικής μάθησης για την ανίχνευση της πλευρικής μετακίνησης. Αναλυτικότερα, η διατριβή απαντά σε πέντε βασικά ερωτήματα σχετικά με την ανίχνευση της πλευρικής μετακίνησης σε δίκτυα υπολογιστών. Πρώτον, διερευνά την κατάλληλη μεθοδολογία για τη διεξαγωγή μιας ολοκληρωμένης έρευνας σχετικά με την ταυτοποίηση της πλευρικής μετακίνησης, κυρίως από την οπτική γωνία ενός συστήματος ανίχνευσης εισβολών, με στόχο να γεφυρώσει ένα σημαντικό κενό στην υπάρχουσα βιβλιογραφία. Δεύτερον, καθορίζει, βασιζόμενη κυρίως στη σχετική βιβλιογραφία, τα βασικά κριτήρια για τον καθορισμό των καταλληλότερων αρχικών χαρακτηριστικών (features) για το εργαλείο παρακολούθησης συμβάντων του Sysmon, με σκοπό τη χρήση τους ως προσαρμοσμένους κανόνες στο αρχείο ρύθμισης (config.xml) του εργαλείου. Τρίτον, η διατριβή περιγράφει πώς ένα αρχείο ρύθμισης μπορεί να δημιουργηθεί συστηματικά, χρησιμοποιώντας τα επιλεγμένα χαρακτηριστικά, ώστε να μεγιστοποιηθεί η πιθανότητα ανίχνευσης διαφόρων παραλλαγών επίθεσης πλευρικής μετακίνησης. Τέταρτον, διερευνά εάν υπάρχει μια αποδεδειγμένη μεθοδολογία για τη δημιουργία συστημάτων ανίχνευσης εισβολών βασισμένων σε μηχανική μάθηση και προσανατολισμένων στην πλευρική μετακίνηση. Μεθοδολογικά, η διαδικασία αυτή περιλαμβάνει την αξιολόγηση πολλαπλών εποπτευόμενων και μη εποπτευόμενων αλγορίθμωνμηχανικής μάθησης, τόσο παραδοσιακών (shallow) όσο και βαθιάς μάθησης (DNN). Τέλος, η έρευνα αξιολογεί κριτικά το βαθμό στον οποίο η κατανομή των δειγμάτων (samples) σε ένα σύνολο δεδομένων αναφοράς (dataset) επηρεάζει τις μετρικές αξιολόγησης της απόδοσης των μοντέλων ανίχνευσης εισβολών προσανατολισμένων στην πλευρική μετακίνηση, ανεξάρτητα από το αν αυτές χρησιμοποιούν ρηχές ή βαθιά αρχιτεκτονική μάθησης. Για να απαντήσουμε στα παραπάνω πέντε ερωτήματα, αρχικά πραγματοποιήσαμε μια συστηματική επισκόπηση του θέματος. Στη συνέχεια, αξιοποιήσαμε τη γνωστή βάση γνώσης MITRE ATT&CK για τις τακτικές και τεχνικές αντιπάλων, εστιάζοντας αρχικά στην εκτέλεση των εννέα πιο κοινών μεθόδων πλευρικής μετακίνησης. Πειράματα σε ένα κατάλληλα διαμορφωμένο εργαστηριακό περιβάλλον (testbed) αποκάλυψαν έναν σημαντικό αριθμό αλληλένδετων χαρακτηριστικών δικτύωσης, τα οποία υλοποιήσαμε ως προσαρμοσμένους κανόνες Sysmon στο αρχείο ρυθμίσεων config.xml. Επιπλέον, δημιουργήσαμε και ακολούθως αξιοποιήσαμε πειραματικά το LMD, ένα πλούσιο, προσανατολισμένο στις μεθόδους πλευρικής μετακίνησης σύνολο δεδομένων αποτελούμενο στην ενισχυμένη με έξι επιπλέον τεχνικές πλευρικής μετακίνησης νεότερη έκδοσή του από πάνω από 1,75 εκατομμύρια εγγραφές. Αναλύσαμε λεπτομερώς τις διαδικασίες επιλογής χαρακτηριστικών, προεπεξεργασίας δεδομένων (feature preprocessing) και αξιολόγησης χαρακτηριστικών (feature importance) για τη διαμόρφωση τόσο εποπτευόμενων όσο και μη εποπτευόμενων μοντέλων μηχανικής μάθησης, χρησιμοποιώντας τόσο σχήματα ταξινόμησης πολλαπλών κλάσεων όσο και δυαδικής ταξινόμησης. Σε σύγκριση με τη σχετική βιβλιογραφία, και λαμβάνοντας υπόψη το εξαιρετικά μη ισορροπημένο (imbalanced) σύνολο δεδομένων LMD και το πρόβλημα ταξινόμησης πολλαπλών κλάσεων, τα εποπτευόμενα μοντέλα πέτυχαν καλύτερες βαθμολογίες με μετρικές F1-score και AUC, 99,41% και 99,84% αντίστοιχα. Ο καλύτερος ταξινομητής μη εποπτευόμενης μάθησης είχε επίσης υποσχόμενα αποτελέσματα, επιτυγχάνοντας περίπου 94,7% και 93% στις μετρικές AUC και F1-score αντίστοιχα για το καλύτερο παραδοσιακό μοντέλο, και 95,2% και 93,8% AUC και F1-score αντίστοιχα για το καλύτερο μοντέλο βαθιάς μάθησης. Για την περαιτέρω βελτίωση αυτών των προαναφερόμενων αποτελεσμάτων, αναπτύξαμε και αξιολογήσαμε ένα σύνθετο μοντέλο μηχανικής μάθησης δύο σταδίων, το οποίο ξεπέρασε την προηγούμενη καλύτερη απόδοση κατά περίπου 3,5%. Τέλος, επανεξετάσαμε μια πολυταξική εποπτευόμενη προσέγγιση για να προσεγγίσουμε συστηματικά τις επιπτώσεις των τεχνικών υπερδειγματοληψίας (oversampling), υποδειγματοληψίας (undersampling) και υβριδικής δειγματοληψίας (hybrid-sampling) σε 13 αλγορίθμους μηχανικής μάθησης (εννέα παραδοσιακούς και τέσσερις βαθιάς μάθησης) χρησιμοποιώντας το σύνολο δεδομένων LMD. Το κύριο εύρημα της εν λόγω διαδικασίας είναι ότι οι ισορροπημένες (balanced) εκδόσεις του συνόλου δεδομένων γενικά βελτίωσαν την απόδοση των μοντέλων ανίχνευσης εισβολών. Συγκεκριμένα, τα παραδοσιακά μοντέλα μηχανικής μάθησης που εκπαιδεύτηκαν σε δεδομένα στα οποία είχαν εφαρμοστεί συγκεκριμένες τεχνικές επανα-δειγματοληψίας επέδειξαν οριακή σύγκλιση περίπου +0,05% στις μετρικές AUC και F1-score σε σύγκριση με το μη ισορροπημένο σενάριο. Αξίζει να σημειωθεί ότι τα μοντέλα βαθιάς μάθησης είχαν καλύτερη απόδοση, περίπου 3,5%, στις περισσότερες τεχνικές επανα-δειγματοληψίας. Επιπλέον, η ανάλυση του ποσοστού ψευδώς θετικών και ψευδώς αρνητικών δειγμάτων (FPR/FNR) αποκάλυψε κρίσιμους συμβιβασμούς. Ενώ ορισμένα ισορροπημένα σύνολα δεδομένων οδήγησαν σε FNR κοντά στο μηδέν με μεθόδους συνόλων (ensemble) όπως το Bagging, άλλα, ιδιαίτερα οι ταξινομητές βαθιάς μάθησης σε συνδυασμό με τεχνικές επανα-δειγματοληψίας όπως το ADASYN, παρήγαγαν υψηλότερα ποσοστά ψευδών συναγερμών. Οι εν λόγω παρατηρήσεις υπογραμμίζουν τον κρίσιμο ρόλο της εξισορρόπησης (balancing)του συνόλου δεδομένων με στόχο τη βελτιστοποίηση της απόδοσης των συστημάτων ανίχνευσης εισβολών προσανατολισμένων στην πλευρική μετακίνηση, ενώ παράλληλα αναδεικνύουν τον ποικίλο αντίκτυπο διαφορετικών τεχνικών μηχανικής μάθησης και επανα-δειγματοληψίας στον συμβιβασμό μεταξύ των ποσοστών FPR/FNR