- Oggetto:
- Oggetto:
C.I. CHIMICA - Chimica Fisica
- Oggetto:
Physical Chemistry
- Oggetto:
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 - Oggetto:
Sommario insegnamento
- Oggetto:
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
biotecnologicoThe 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- Oggetto:
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 biotecnologicoKnowledge 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.- Oggetto:
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame scritto, che di norma prevede 5 domande aperte
Written examination, usually based on 5 open questions
- Oggetto:
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/biotecnologicoThis 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/biotechnologyTesti consigliati e bibliografia
- Oggetto:
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.- Oggetto: