46332 - NANOBIOTECNOLOGIE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha competenze generali sulle nanotecnologie e le loro applicazioni presenti e future nell'industria e nella ricerca. Conosce esempi sulle presenti o future applicazioni delle nanostrutture (biologiche e non) in diversi ambiti. Ha competenze su varie tecniche di caratterizzazione nanobiotecnologica di macromolecole biologiche (incluse tecniche di ultramicroscopia e di singole molecole) ed è a conoscenza di varie modalità per pianificare, ottenere e verificare l'auto-assemblaggio di nanostrutture ottenute con biomolecole. È in grado di scegliere tra varie tecniche di caratterizzazione nanotecnologica per ottenere informazioni sul sistema biologico di interesse. Lo studente possiede inoltre conoscenze riguardo alla struttura ed al comportamento degli acidi nucleici nella nanoscala. Inoltre, al termine del corso lo studente è in grado di eseguire la preparazione di alcuni tipi di nanoparticelle con metodi in soluzione e di caratterizzarli con varie tecniche sperimentali. È in grado di derivatizzare le nanoparticelle con molecole biologiche e sa come caratterizzarne la struttura e le proprietà.

Contenuti

Introduzione alle nanotecnologie: Organizzazione delle lezioni e modalità di reperimento dei materiali didattici a supporto dell'apprendimento. Test o chiacchierata per posizionamento della classe in accesso. Introduzione agli argomenti del corso: fenomeni nella nanoscala, struttura nella nanoscala, nanofabricazione e autoassemblaggio, strumenti di caratterizzazione della nanoscala. Esempi di applicazioni di nanomedicine (diagnostica, terapia, teranostica). Accenni del dibattito etico riguardo le nanotecnologie. (4-6 ore).

Autoassemblaggio e nanoparticelle e le tecniche di caratterizzazione delle nanoparticelle: Concetti di base. Principi chimico-fisici dell'assemblaggio molecolare. Esempi dalla chimica (organica e dei polimeri). Esempi e principi di autoassemblaggio delle molecole biologiche. Le nanoparticelle: principi generali, differenza tra le nanoparticelle e altre particelle, sintesi e caratterizzazione, esempi di applicazioni. Nano e agro-food. Il grafene: promesse e applicazioni. I nanoenzimi. Applicazioni industriali (4 ore).

Le tecniche di caratterizzazione nelle nanotecnologie:

Le tecniche ottiche (fluorescenza e risonanza plasmonica) per lo studio nella nanoscala. Applicazioni plasmoniche su nanostrutture. Esempi di impieghi in analitica e diagnostica. Tecniche di fluorescenza di singole molecole (6 ore).

Microscopia ottica ed elettronica nella nanoscala: Microscopia a fluorescenza. Microscopia confocale. Tecniche di microscopia avanzate (superrisoluzione, illuminazione selettiva). Tecniche di ricostruzione. Principi ed applicazioni delle microscopie elettroniche (6 ore).

Microscopie a sonda: Principi ed esempio di funzionamento di STM e AFM e tecniche correlate. Tecniche di nanomanipolazione e misura di forze: Tecniche basate sull'AFM. Magnetic tweezers. Optical Tweezers. I nanopori nello studio delle molecole biologiche e nel sequencing. (6 ore).

Gli acidi nucleici e le DNA nanotechnologies: Note sulla chimica e la struttura degli acidi nucleici. Analoghi non naturali degli acidi nucleici. Stabilità degli acidi nucleici. Tecniche di caratterizzazione della struttura degli acidi nucleici. Gli aptameri: preparazione e applicazioni (per lo studio dei sistemi biologici e la nanomedicine). Principi dell'autoassemblaggio di acidi nucleici. Nanostrutture di acidi nucleici senza controllo strutturale. Structural DNA nanotechnology. Esempi di caratterizzazione delle nanostrutture di DNA (8 ore).

Cenni di design sperimentale e di microfluidica: compatibilmente con i tempi delle lezioni verranno trattati cenni sui principi di design sperimentale ed esempi applicati alle (nano)biotecnologie. Compatibilmente con i tempi e con l'interesse degli studenti verranno presentati cenni di microfluidica e lab-on-chip (4 ore o meno).

 

Attività di laboratorio:

Impiego di software freeware per il design razionale di nanostrutture (2 ore - da decidere in funzione dell'interesse degli studenti e da svolgere in aula).

Preparazione di nanoparticelle metalliche, loro caratterizzazione (5 ore)

Derivatizzazione delle nanoparticelle con molecole biologiche e loro impiego come biosensori (5 ore). 

Impiego di nanoparticelle metalliche come nanozimi e impiego di autoassemblaggio di oligonucleotidi come biosensori (5 ore). Questa attività è in via di organizzazione congiunta con la docente del corso di Biocatalisi come attività sperimentale comparativa a ponte tra i due insegnamenti.

Testi/Bibliografia

Il corso utilizza articoli di letteratura scientifica sui quali si incentrerà la discussione in aula. Gli articoli saranno resi disponibili sul sito web dell’insegnamento.

Non sono forniti testi che affrontino in modo esaustivo l'approccio e gli argomenti previsti dal programma: saranno indicati alcuni testi che possono essere usati come supporto se desiderato e saranno forniti materiali di studio connessi a ciascuna unità didattica, congiuntamente alle diapositive illustrate a lezione.

Metodi didattici

Lezioni frontali e laboratorio. Saranno disponibili in modo sincrono o asincrono lezioni di ospiti di altre università. Discussione dei risultati del laboratorio e guida alla redazione di relazioni di laboratorio.

 

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento da parte di tutti gli studenti (compresi tutti gli studenti internazionali incoming, es. ERASMUS) dei moduli 1 e 2 in modalità e-learning [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio ("studiare"--"formazione obbligatoria su sicurezza e salute").

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Gli studenti dovranno consegnare (entro una data concordata) una relazione scritta delle attività di laboratorio redatta secondo le modalità concordate in classe.

L’esame finale consisterà in un test a risposta multipla di accesso all'esame a cui seguirà un colloquio orale di discussione della relazione di laboratorio (anche in relazione agli argomenti connessi affrontati durante le lezioni).

Le modalità di esame potranno subire variazioni in funzione della numerosità degli iscritti all'insegnamento.

guida alla valutazione:

18-25 per: generale comprensione e conoscenza dei temi trattati nelle lezioni frontali. Relazioni di laboratorio che dimostrano un impegno limitato e sufficiente comprensione dei temi e degli obiettivi dell'esercitazione

25-28 per: buona comprensione e conoscenza generale dei temi trattati nelle lezioni frontali. Relazioni di laboratorio che dimostrano un impegno medio, una buona comprensione dei temi e degli obiettivi dell'esercitazione ed uno sforzo nella discussione dei risultati in relazione alla letteratura proposta. Discussione orale generalmente consapevole di quanto svolto in laboratorio.

28-30 per: buona-ottima comprensione e conoscenza anche dettagliata dei temi trattati nelle lezioni frontali. Relazioni di laboratorio che dimostrano un buon impegno e una piena comprensione dei temi e degli obiettivi dell'esercitazione ed uno sforzo nella discussione dei risultati in relazione alla letteratura proposta, ai risultati dei colleghi ed eventualmente ad altre fonti. Discussione orale generalmente consapevole dei temi del laboratorio e dei collegamenti con il materiale presentato nelle lezioni frontali. Buone capacità critiche e di discussione dei materiali e del laboratorio.

lode per: ottima comprensione e consapevolezza anche dettagliata dei temi trattati nelle lezioni frontali. Relazioni di laboratorio che dimostrano un buon impegno e una piena comprensione dei temi e degli obiettivi dell'esercitazione ed uno sforzo nella discussione dei risultati in relazione alla letteratura proposta, ai risultati dei colleghi ed eventualmente ad altre fonti. Presentazione efficace dei dati sperimentali. Discussione orale pienamente consapevole dei temi del laboratorio e dei collegamento con il materiale presentato nelle lezioni frontali. Ottime capacità critiche e di discussione dei materiali e del laboratorio.

 

Strumenti a supporto della didattica

Sito web per il corso. Diapositive presentate a lezione ed articoli selezionati di letteratura scientifica. Link a contenuti online e software freeware. Test di autovalutazione dell'apprendimento. 

 

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Giampaolo Zuccheri