Obiettivi formativi
-Conoscenza e capacità di comprensione:
Conoscenza dei metodi analitici strumentali avanzati, con applicazioni a problematiche biologiche ed ambientali.
-Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
comprensione e previsione della relazione fra struttura e proprietà di sistemi complessi; capacità di comprendere una problematica legata alla professione, di valutazione critica e con proposta di soluzioni specifiche; Lo studente è in grado di valutare criticamente i parametri di qualità di tecniche analitiche alternative in funzione della natura del problema sperimentale; capacità di valutare le potenzialità ed e i limiti delle tecniche analitiche e di caratterizzazione più avanzate ,affrontando e risolvendo problemi complessi ad esse legati; capacità di reperire e vagliare fonti di informazione, banche dati, letteratura.
Definizione, principio di funzionamento ed applicazioni dei principali sensori chimici e delle tecniche di screening di varia tipologia. Classificazione dei sensori secondo meccanismo di trasduzione e tipologia del recettore. Applicazioni in campo ambientale, alimentare e farmaceutico. Conoscenza dei principi di termodinamica e cinetica dei processi elettrodici alla base del funzionamento dei sensori amperometrici. Biosensori e biorecettori: conoscenza dei meccansimi di interazioni di anticorpi ed enzimi, loro applicazioni nello sviluppo di sensori enzimatici ed immunosensori. Applicazioni in campo clinico e tossicologico. Illustrazione dei principi di funzionamento e delle applicazioni delle tecniche di screening basati sui saggi "ELISA" (Enzyme Linked Immunosorbent Assay). Conoscenza del principi funzionali ed applicativi dei test su strip monouso di tipo "Lateral Flow ELISA" applicati in campo clinico su fluidi fisiologici.
-Autonomia di giudizio:
Il laureato magistrale è in grado di valutare criticamente le proprie e capacità ed i propri risultati e di interpretare osservazioni dalla misurazione in laboratorio. E’ in grado di programmare ed organizzare l’attività sperimentale, anche in gruppo.
Ha capacità autonoma di giudizio nel valutare e quantificare i risultati sperimentali ed è in grado di valutare criticamente i parametri di qualità di tecniche analitiche alternative in funzione della natura del problema sperimentale, anche in funzione della complessità della matrice. È inoltre in grado di adattarsi ad ambiti di lavoro e tematiche diverse;
-Abilità comunicative:
Il laureato magistrale è capace di comunicare in forma scritta e verbale su problematiche chimico/scientifiche, anche con utilizzo di sistemi multimediali ed anche in lingua inglese.
E’ in grado di interagire con altre persone e lavorare in gruppo anche su progetti multidisciplinari, sebbene sia anche in grado di lavorare in piena autonomia sia da un punto di vista della programmazione temporale che degli obiettivi e dei metodi per raggiungerli.
Svolge attività di formazione e di addestramento sperimentale rivolte a studenti della laureaTriennale
-Capacità di apprendimento
Il laureato è in grado di recuperare agevolmente le informazioni dalla letteratura, banche dati ed internet e possiede capacità personali nel ragionamento logico e nell'approccio critico ai problemi nuovi; è capace di apprendere in modo autonomo, affrontando nuove tematiche scientifiche o problematiche professionali; è in grado di continuare a studiare autonomamente soluzioni a problemi complessi anche interdisciplinari, reperendo le informazioni utili per formulare risposte e sapendo difendere le proprie proposte in contesti specialistici e non.
Prerequisiti
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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, le metodologie impiegate per la loro caratterizzazione e, soprattutto, le applicazioni pratiche.
Il corso è articolato nei seguenti punti:
-Definizioni, caratterizzazione, parametri di qualità dei sensori.
-Meccanismi di trasduzione.
-Sensori potenziometrici
-Sensori ISFET e MOSFET
-Sensori amperometrici
-Polimeri conduttori e processi di modificazione della superficie elettrodica
-Biosensori
-Tecniche di Screening: (ELISA, LFIA, Array di Immunosensori)
Programma esteso
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 (40 ore) 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, per un totale di 15 ore
Modalità verifica apprendimento
Applicazione delle conoscenze acquisite: Capacità di valutare una problematica analitica da affrontare con approccio sensoristico, in termini di tipologia di sensore, di meccanismo di trasduzione, di recettore e di aspetti applicativi relativi all'analita ed alla matrice di interesse.
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.
La valutazione terrà conto sia della capacità di individuare le peculiarità caratteristiche della pubblicazione (fino a 8 punti) sia nella dimostrazione di saperla contestualizzare nell'ambito degli argomenti trattati nel corso e di discuterne criticamente limiti e spunti applicativi (fino a 10 punti)
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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