Obiettivi formativi
Fornire agli studenti una conoscenza esaustiva sui sensori chimici e tecniche di screening di varia tipologia, sul loro principio teorico di funzionamento e sulle loro applicazioni.
Contenuti dell'insegnamento
I contenuti del corso riguardano una rassegna dei principali sensori chimici e dei loro meccanismi di trasduzione del segnale. Vengono affrontati e approfonditi anche aspetti inerenti i materiali impiegati come substrati per lo sviluppo dei sensori, i princìpi teorici su cui si basa il loro funzionamento, e le metodologie impiegate per la loro caratterizzazione.
Il corso è articolato nei seguenti punti:
-Definizioni, caratterizzazione, parametri di qualità dei sensori.
-Meccanismi di trasduzione.
-Sensori potenziometrici: Richiami di termodinamica dei potenziali elettrochimici di interfase; elettrodi ionoselettivi a membrana solida e liquida; recettori ionici e ionofori; procedure di taratura; funzioni di calibrazione e parametri di qualità. Esempi pratici: elettrodo a vetro per la misura del pH; analizzatori automatici di elettroliti e gas disciolti nel sangue; sonda “Lambda” per il controllo della combustione nei motori e per la gestione del funzionamento dei convertitori catalitici.
-Sensori ISFET e MOSFET: Richiami sulle proprietà dei semiconduttori; giunzioni “n-p”; diodi e fotodiodi; principio di funzionamento dei transistor ad effetto di campo (FET); combinazione con membrane ionoselettive (ISFET) e con film di ossidi misti di metalli (MOSFET).
-Sensori amperometrici: Richiami di termodinamica e cinetica elettrodica; regimi di trasporto di massa e trasferimento elettronico; reversibilità di un responso; equazione di Butler-Volmer e sua rappresentazione grafica; strumentazione; elettrodi modificati con materiali attivi compositi e nanocompositi; polimeri conduttori e processi di modificazione della superficie elettrodica; miniaturizzazione di elettrodi e strumentazione, elettrodi “screen printed”; applicazioni in campo ambientale, alimentare, clinico.
-Biosensori: Proprietà dei biorecettori come anticorpi, enzimi, ed apteni coniugati; principio di funzionamento degli immunosensori di tipo competitivo e non competitivo; immobilizzazione dei biorecettori su nanomateriali per la produzione di substrati nanobiocompositi; mediatori redox, applicazioni in campo clinico, ambientale ed alimentare.
-Tecniche di Screening: Principi generali; differenza tra metodi di analisi e metodi di screening; saggi immunochimici ed immunoenzimatici, principio di funzionamento dei kit “ELISA” (Enzyme Linked Immunosorbent Assay) saggi ELISA su strip monouso di tipo “Lateral flow”; applicazioni in campo clinico; esempi; analisi ematiche per la ricerca di anticorpi e biomarkers correlati a patologie, test di gravidanza, ovulazione etc.
Bibliografia
Peter Grunder – “Chemical Sensors: an introduction for scientists and engineers” Ed. Springer
Il materiale didattico sarà integrato da dispense fornite dal docente.
Metodi didattici
Lezioni frontali e sessioni di simulazione e calcolo. Sono previste visite nei laboratori di ricerca del docente, al fine di illustrare i dispositivi oggetto del corso ed il loro funzionamento.
Modalità verifica apprendimento
I candidati all’esame sceglieranno e presenteranno i contenuti di una pubblicazione scientifica (su riviste a diffusione internazionale) attinente agli argomenti trattati nel corso. Seguirà un colloquio finalizzato a valutare le conoscenze complessive degli studenti.
