L’obiettivo principale dell’insegnamento è fornire una introduzione a nanomateriali rilevanti per applicazioni in ambito biologico e medico e fornire le basi per la comprensione delle proprietà dei materiali nella scala dei nanometri sottolineando gli aspetti legati alla preparazione, purificazione, funzionalizzazione, caratterizzazione e tossicità. Conoscenza e capacità di comprensione: - acquisire i concetti di base delle nanotecnologie e delle nanobiotecnologie; - acquisire le metodologie di sintesi di alcuni nanomateriali - conoscere le metodologiee le tecniche di caratterizzazione di nanomateriali - conoscere le basi metodologiche per la funzionalizzazione e la modifica di nanomateriali - comprendere le possibili cause di tossicità di nanomateriali Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Gli studenti, anche tramite le attività di laboratorio, apprendono come preparare e modificare e utilizzare alcuni nanomateriali, scegliere il materiale più adatto per una specifica applicazione, selezionare le tecniche più adatte alla caratterizzazione dei nanosistemi. Autonomia di giudizio. L’autonomia di giudizio viene sviluppata durante le lezioni in aula e tramite la preparazione all’esame, che necessita della rielaborazione e assimilazione individuale del materiale presentato a lezione. Durante le lezioni vengono proposti e discussi esercizi di valutazione e di scelta della strategia più adatto per una specifica applicazione. Altri elementi utili a maturare l’autonomia di giudizio vengono acquisiti durante le esperienze di laboratorio in cui gli studenti devono valutare criticamente i risultati e valutare l’approccio sperimentale scelto. Abilità comunicative. Lo studente dovrà essere in grado di intervenire in una discussione sulle nanobiotecnologie esponendo in maniera fluente le nozioni imparate, esporre con proprietà di linguaggio pubblicazioni scientifiche e scrivere relazioni sugli argomenti dell'insegnamento. Capacità di apprendere. Lo studente dovrà essere in grado di trasferire le nozioni imparate nel campo applicativo e della ricerca relativa ai nanomateriali in ambito bio-medico.

Conoscenze di base di chimica generale e chimica organica.

Introduzione dell’insegnamento, presentazione del programma e modalità della verifica.
Introduzione ai nanomateriali.
Introduzione alle Nanobiotecnologie.
Principi di auto-assemblamento: importanza delle interazioni non-covalenti.
Monostrati autoassemblati su superfici piane: Esempi di dispositivi ed applicazioni.
Tecniche nanolitografiche, preparazione di dispositivi per lo studio di biomolecole.
Nanoparticelle ibride oraniche-inorganiche:preparazione, purificazione, caratterizzazione ed applicazioni. Nanoparticelle ibride di diversa forma.
Esempi di utilizzo in campo biologico e medico: Biosensori. Biocompatibilità e tossicità.
Forme allotropiche del carbonio: C60, nanotubi di carbonio: proprietà, purificazione, funzionalizzazione, applicazioni in campo biologico e medico.
Liposomi: metodi di preparazione, funzionalizzazione ed applicazioni.
Esperienze in laboratorio: sintesi di colloidi di oro, caratterizzazione con diverse tecniche e stabilizzazione.
I contenuti dell'insegnamento sono coerenti con gli obiettivi formativi così come riportati all'articolo 2 del Regolamento Didattico del Corso di Studi

Materiale didattico fornito dal docente su MOODLE2.
“Nanobiotechnology: Concepts, Applications and Perspectives”, Eds. Christof M. Niemeyer, Chad A. Mirkin, Wiley-VCH, 2005.
“Nanobiotechnology II. More Concepts and Applications”, Eds Chad A. Mirkin, Christof M. Niemeyer, Wiley-VCH, 2007.

Introduzione dell’insegnamento, presentazione del programma e modalità della verifica.
Introduzione ai nanomateriali, classificazione di materiali, sistemi, dispositivi nanostrutturati. Scale delle dimensioni coinvolte ed effetto sulle proprietà. Descrizione di alcune proprietà.
Introduzione alle Nanobiotecnologie, biologia nella scala dei nanometri, esempi di applicazioni, implicazioni sociali ed etiche.
Principi di auto-assemblamento: importanza delle interazioni non-covalenti; legami ad idrogeno, interazioni di van der Waals, interazioni idrofobiche, interazioni elettrostatiche, dipolo-dipolo.
Monostrati autoassemblati su superfici piane: preparazione, caratterizzazione, proprietà e modifiche delle proprietà della superficie. Metodi di caratterizzazione di SAM. Funzionalizzazione/ modifica: metodi covalenti, modifiche non-covalenti: interazioni elettrostatiche, interazioni idrofobiche, interazioni di affinità (avidina/biotina, esaistidina tag e lipidi con Ni(2+) NTA, oligonucleotidi complementari). Preparazione di sensori. Esempi di dispositivi ed applicazioni.
Tecniche nanolitografiche, preparazione di dispositivi per lo studio di biomolecole, DNA, Proteine.
Nanoparticelle metalliche: cenni di sintesi e proprietà. Monostrati autoassemblati in 3 dimensioni: funzionalizzazione della superficie metallica. Sistemi solubili in solventi organici e in solventi acquosi. Sintesi ibridi coniugati biomolecole-nanoparticelle. Metodologie per la loro caratterizzazione.
Nanoparticelle di diversa dimensione e forma: sintesi e modifica della superficie e loro caratteristiche.
Esempi di utilizzo in campo biologico e medico: riconoscimento di DNA e proteine, impiego per il trasporto e rilascio di farmaci, per la diagnosi e in nuove terapie. Biosensori. Biocompatibilità e tossicità.
Forme allotropiche del carbonio: C60.
Proprietà e funzionalizzazione. Applicazioni in campo biologico e medico.
Nanotubi di carbonio: tipi di nanotubi di carbonio e loro proprietà. Funzionalizzazione e modifica della superficie. Applicazioni nel settore delle biotecnologie.
Liposomi: caratteristiche, tipi di liposomi. Metodi di preparazione. Liposomi sensibili al pH e liposomi termosensibili. Uso di liposomi per la complessazione e il rilascio di farmaci.
Esperienze in laboratorio: sintesi di colloidi di oro, loro stabilizzazione con polimeri o biomolecole, determinazione del gold number; caratterideterminazione della dimensione e dispersione del core metallico con analisi TEM, determinazione del raggio idrodinamico con DLS e NTA.

lezioni frontali in aula. Esperienze di laboratorio svolte dai docenti sugli argomenti trattati a lezione.

Il materiale didattico e le diapositive usate a lezione sono presenti sul sito MOODLE2 dell’insegnamento.

La valutazione dello studente prevede attività di laboratorio, di una relazione scritta individuale sull'attività di laboratorio svolta, una presentazione orale di un lavoro di letteratura e un colloquio orale con domande su argomenti trattati a lezione. Lo studente dovrà dimostrare di conoscerela materia con proprietà di linguaggio, conoscere le tecniche di caratterizzazione, le modalità di preparazione e funzionalizzazione e valutare criticamente le applicazioni (in base ai risultati di apprendimento attesi definiti tramite i descrittori nell’area di apprendimento dell’insegnamento). Per superare l'esame (18/30) lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente degli argomenti riportati nel programma; rispondere correttamente ad almeno 2 quesiti, aver frequentato il laboratorio didattico ed aver consegnato la relazione individuale, ed aver presentato in modo chiaro il lavoro scientifico assegnato. Per conseguire il punteggio massimo (30/30 e lode), lo studente deve invece dimostrare di aver acquisito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso; rispondere correttamente a tutti i quesiti, presentare il lavoro assegnato in modo brillante; aver frequentato il laboratorio in modo attivo ed aver conseganto una relazione individuale eccellente. La valutazione è espressa con un voto nella scala in trentesimi. Eccellente (30 -30 e lode): ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, ottima capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare     brillantemente le conoscenze teoriche a casi concreti. -Molto buono (27 -29): buona conoscenza degli argomenti, notevole proprietà di linguaggio, buona capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare correttamente le conoscenze teoriche a casi concreti. -Buono (24-26): buona conoscenza dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio; lo/la studente/essa mostra una adeguata capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti. -Soddisfacente (21-23): lo/la studente/essa non mostra piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento, pur possedendone le conoscenze fondamentali; mostra comunque soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti. -Sufficiente (18-20): minima conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento e del linguaggio tecnico, limitata capacità di applicare in modo adeguato le conoscenze teoriche a casi concreti. -Insufficiente (<18): lo/la studente/essa non possiede una conoscenza accettabile dei contenuti dei diversi argomenti del programma.

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