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, bioprinting 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).

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 con spunti per lavoro indipendente. Saranno disponibili in modo sincrono o asincrono lezioni di ospiti di altre università. Discussione dei progetti e guida alla loro redazione e agli strumenti utili.

Saranno forniti anche software (freeware) che permettano agli studenti approfondimenti o dimostrazioni da svolgere in autonomia.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L’esame finale consisterà in un quiz a risposta multipla di accesso all'esame a cui seguirà un colloquio orale di discussione del progetto presentato.

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. Progetto valutato come sufficiente con buona capacità di discussione o come buono con sufficiente capacità di discussione  

25-28 per: buona comprensione e conoscenza generale dei temi trattati nelle lezioni frontali. Progetto valutato come buono o ottimo con buona capacità di discussione.

28-30 per: buona-ottima comprensione e conoscenza anche dettagliata dei temi trattati nelle lezioni frontali. Progetto valutato come ottimo con ottima capacità di discussione. Buone capacità critiche e di discussione dei materiali.

lode per: ottima comprensione e conoscenza anche dettagliata dei temi trattati nelle lezioni frontali. Progetto valutato come ottimo con ottima capacità di discussione. Capacità critiche ottime che domostrino una ottima maturità in relazione al percorso di studi. 

 

Strumenti a supporto della didattica

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