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C.I. CHIMICA - Chimica Fisica

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Physical Chemistry

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Anno accademico 2014/2015

Codice dell'attività didattica
INT0689 - INT0677
Docente
Prof. Gianmario Martra (Titolare del corso)
Corso di studi
laurea spec. in biotecnologie molecolari ed Indirizzo Imaging
Anno
2° anno
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
5
SSD dell'attività didattica
CHIM/02 - chimica fisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Obbligatoria
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
- conoscenze di chimica-fisica di base (struttura della materia; interazioni intermolecolari; termodinamica dei sistemi molecolari; principali metodi di spettroscopia molecolare)
- conoscenze di fisica di base, in particolare in riferimento a: natura della radiazione elettromagnetica; dipolo elettrici; interazioni coulombiane, interazioni elastiche ed anelastiche
- conoscenze di biochimica strutturale di base

- basic knowledge in Physical-Chemistry (structure of matter; intermolecular interactions; thermodynamic of molecular systems; main molecular spectroscopic methods)
- basic knowledge in Physiscs (nautire of electromagnetic radiation, electric dipoles; coulomb interactions; elastic and inelastic interactions)
- basic knowledge in biochemistry

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Sommario insegnamento

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Obiettivi formativi

Il corso di propone di formare gli studenti allo sviluppo delle seguenti
capacità:
- istituire correlazioni tra proprietà di molecole anfifiliche e loro aggregati
e rispettivi comportamenti funzionali di interesse in campo
nanobiotecnologico
- istituire correlazioni tra proprietà di nanoparticelle inorganiche e loro
comportamenti funzionali di interesse in campo nanobiotecnologico
- individuare le metodologie sperimentali più adatte allo studio di
nanosistemi e del loro comportamento in relazione agli utilizzi in campo
biotecnologico

The objectives proosed to the studentd as targets of this course are aimed to the
achievements of good capabilities dealing with:
- establishment of relationships between the features of amphiphlic
molecules/self-assembled amphiphilic molecules and their functional
behaviours relevant for their use in nanobiotechnology
- establishment of relationships between features of inorganic
nanoparticles and their functional behaviours relevant for their use in
nanobiotechnology
- selection and aplication of proper experimental methods for the study of
nanobiotecnological systems

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Risultati dell'apprendimento attesi

Acquisizione di:
- Conoscenza dei principali metodi di preparazione di nanomateriali per applicazioni nel campo biotecnologico
- Padronanza degli aspetti fondamentali delle proprietà fisiche e chimicofisiche
che caratterizzano nanomateriali per applicazioni
nanobiotecnologiche.
- Padronanza degli aspetti fondamentali che caratterizzano l’abbinamento/interazione di biomolecole a nanomateriali per scopi tecnologici
- Conoscenza dei principali metodi di caratterizzazione di sistemi nanobiotecnologici, e capacità di scegliere i piu’ adatti a seconda del tipo di sistema
- Conoscenza dei metodi di microscopia elettronica e capacità di individuare le modalità di osservazione più adatte a sistemi di interesse biotecnologico

Knowledge of and expertise in:
- main methods for the preparation of nanomaterials of interest in the
field of biotechnology
- fundamental aspects of physical and physical-chemical features of nanomaterials at the basis of their possible exploitation in nanobiotechnology
- fundamental aspects of the combined use of nanoparticles and biomacromolecules
- experimental methods for the characterization of nanobiotechnologycal systems, and selection of the most proper ones in dependence on specific features of the systems
- electron microscopy, and capability to design the proper observation methods for the investigation of samples of  biological/biotechnological interest.

 

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Modalità di verifica dell'apprendimento

Esame scritto, che di norma prevede 5 domande aperte

Written examination, usually based on 5 open questions

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Programma

Questo insegnamento è dedicato alla conoscenza e comprensione di caratteristiche chimico-fisiche di nanomateriali che sono alla base di comportamenti funzionali degli stessi di interesse per applicazioni in campo biotecnologico.
Gli argomenti trattati riguardano quindi:
nanomateriali "soft"
- fenomeni di self-assembling di molecole anfifiliche a formare sistemi micellari
- interrelazioni  tra caratteristiche di molecole anfifiliche e struttura e funzionalità di aggregati micellari
- metodi di caratterizzazione di sistemi micellari
- esempi di applicazioni esistenti (drug delivery da micelle di copolimeri a blocchi)e di indirizzi di ricerca e sviluppo relativi ad utilizzi biotecnologici di sistemi micellari (vettori per terapia genica)
nanomateriali "hard"
- nanoparticelle ossidiche, tipicamente silicee, ibridizzate con fluorofori per imaging ottico in vitro ed in vivo: caratteristiche, preparazione, metodi di caratterizzazione, funzionalizzazione di superficie per targeting
- nanoparticelle metalliche (tipicamente di Au), natura e dipendenze del comportamento ottico (risonanza plasmonica; effetti nei confronti di fluorofori), utilizzo di tale comportamento per applicazioni biomolecolari
Tecniche di imaging di nanoparticelle: microscopia elettronica
Microscopia elettronica a scansione: principi, caratteristiche, segnali utilizzabili per la formazioni di immagini e relativo contenuto informativo; preparazione dei campioni. Esempi di utilizzo in ambito biologico/biotecnologico
Microscopia elettronica in trasmissione: principi, caratteristiche; origine ed importanza della possibilità di ottenere elevate risoluzioni; preparazione dei campioni. Esempi di utilizzo in ambito biologico/biotecnologico
Analisi chimica tramite spettrometria a dispersione di energia di raggi X caratteristici emessi dai campioni durante le osservazioni di microscopia elettronica. Esempi di utilizzo in ambito biologico/biotecnologico

This course is devoted to the knowledge and understanding of physical-chemical features of naomaterials at the basis of their functional behaviours which can be exploited for biotechnological applications.
The topics will then deal with:
"soft" nanomaterials
- self-assembling of amphiphilic molecules resulting in the formation of micelles
- relationships between compositional and structural features of amphiphilic molecules and structure and functional behaviour of micelles
- methods for the characterization of micelles-based nanomaterials
- cases-study related to actual or potential application of self-assembled soft materials in biotechnology (e.g, drug delivery, gene therapy)

"hard" nanomaterials
- oxide nanoparticles (typically made of silica), hybridized with fluorophores, intented for applications in "in vitro" and "in vivo" optical imaging: preparation, characterization, surface functionalization for targeting, possible uses
- metal nanoparticles(typically made of gold): origin and dependences of peculiar optical behaviours (plasmon resonance, effect on the emission features of nearby fluorophores), possible uses in cellular and molecular biology
TImaging of nanoparticles: electron microscopy
Scanning electron microscopy: principles; signals to be exploited for the formation of images; type of information present in the images depending on teh signal collected; sample preparation; uses in biology/biotechnology
Transmission electron microscopy: principles; origin and importance of the high resolution, sample preparation;  uses in biology/biotechnology
Chemical analysis by energy dispersion spectroscopy of X-rays emitted by samples impinged by a beam of accelerated electrons: principles; uses in biology/biotechnology

 

Testi consigliati e bibliografia

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Disponibile sul sito:
- materiale didattico predisposto dal docente
- articoli scientifici relativi ad aspetti applicativi
Testi di riferimento consigliati, disponibili presso il docente:
- J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academi Press,
London, second edition, 1992
- D.B. Williams, C.B. Carter, Transmission Electron Microscopy: a textbook
for Materials Science, Springer, 2009;
J. Goldstein, Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis,
Springer, 2003.

Available at the web site
- files with the lessons
- scientific papers dealing with possible applications
Reference textbooks, alla availbale for the teacher:
- J. Israelachvili, Intermolecular and Surface Forces, Academi Press,
London, second edition, 1992
- D.B. Williams, C.B. Carter, Transmission Electron Microscopy: a textbook
for Materials Science, Springer, 2009;
J. Goldstein, Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis,
Springer, 2003.



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Ultimo aggiornamento: 17/04/2015 08:33
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