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PORTALE DELLA DIDATTICA

Bio-Micro&Nano Systems

01OBDOQ, 01OBDMV

A.A. 2018/19

Course Language

English

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Electronic Engineering - Torino
Master of science-level of the Bologna process in Biomedical Engineering - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 42
Esercitazioni in aula 9
Esercitazioni in laboratorio 9
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Demarchi Danilo Professore Associato ING-INF/01 42 0 0 0 9
Teaching assistant
Espandi

Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/01 6 B - Caratterizzanti Ingegneria elettronica
2018/19
Il Corso è erogato in lingua inglese. L'insegnamento di Bio-Micro&Nano Systems intende sviluppare la conoscenza dei cosiddetti Micro&Nano Electro Mechanical Systems (MEMS e NEMS) per quelle che sono le loro numerose applicazioni nei campi della Biologia, della Medicina e della Chimica BioMolecolare. Si rivedono e approfondiscono i processi di fabbricazione, dando enfasi agli aspetti più specifici quali la MicroFluidica, il Packaging e l'integrazione di BioMolecole in micro e nanostrutture prodotte nei diversi materiali, quali silicio, vetro, plastica e substrati polimerici. Si presentano le applicazioni industriali che spaziano dai biosensori e dalle loro diverse tecniche di trasduzione, fino ai sistemi per l'analisi di biomolecole, per poi passare allo studio di micro e nanostrutture più proprie della ricerca di base. Particolare enfasi è data agli aspetti pratici e di progetto, con lo studente che utilizza strumenti CAD per applicare le conoscenze acquisite e progettare un semplice micro/nano sistema. All’interno del corso sono organizzati seminari tenuti da esperti di applicazioni biomediche, provenienti sia dall’industria che da centri di ricerca internazionali.
The course is taught in English. The module Bio-Micro&Nano Systems aims to develop the knowledge of Micro&Nano Electro Mechanical Systems (MEMS and NEMS) for the various applications in the fields of Biology, Medicine and BioMolecular Chemistry. Fabrication processes are reviewed and studied with details, giving emphasis to more specific topics as MicroFluidics, Packaging and BioMolecule integration in micro and nanostructures produced with various materials, as silicon, glass, plastics and polymeric substrates. Industrial applications are presented from biosensors, and their transduction techniques, up to systems for biomolecular analysis, passing to the study of the micro and nanostructures more related to basic research. Particular emphasis is given to practical and design aspects, and the student use CAD tools for the application of acquired knowledge and the design of a simple micro/nano system. Inside the course, seminars held by experts of biomedical applications, both from industries and from international research centres, are organised.
Lo studente nell'insegnamento di Bio-Micro&Nano Systems ha la possibilità di applicare ed estendere le conoscenze delle micro e nano tecnologie, concentrando l'attenzione alle loro implicazioni nei campi della BioMedicina e delle applicazioni BioMolecolari in genere. Il lavoro durante l'insegnamento si sviluppa unendo gli aspetti teorici a quelli progettuali, pertanto uno degli obiettivi didattici principali consiste nel dare allo studente gli strumenti necessari al progetto di micro e nano sistemi per le bio-applicazioni.
The student in the module of Bio-Micro&Nano Systems has the possibility to apply and extend the knowledge of micro and nano technologies, focusing on their applications in BioMedicine and BioMolecular applications in general. The work during the module mixes theoretical aspects with design methodologies, in fact one of main training tasks consists in giving to the students the necessary tools for the design of micro and nano structures for bio-applications.
Conoscenza di base delle microtecnologie, della fisica dei materiali e della chimica, come acquisite nel generale corso di studi precedentemente seguito.
Basic knowledge of microtechnologies, of physics of materials and chemistry, as acquired in the general study track.
Dopo una introduzione ai micro e nano sistemi per la BioMedicina, il corso prosegue con una parte dedicata al richiamo ed approfondimento delle tecnologie per il progetto e la realizzazione di dispositivi microelettronici, quale punto di partenza tecnologico. Si passa poi all'approfondimento della loro evoluzione che ha portato alla nascita delle soluzioni per la produzione di micro e nano sistemi. Sono quindi sviluppati: - i concetti base delle tecniche e dei materiali per i micro e nano sistemi; - le problematiche realizzative legate alle applicazioni biologiche, quali in particolare la microfluidica; - una introduzione del flusso progettuale e degli strumenti CAD a disposizione sul mercato; - lo studio di alcuni esempi applicativi, con particolare attenzione ai biosensori; - lo sviluppo e lo studio di sistemi più complessi dedicati specificatamente al campo biomedicale. Una consistente parte del corso è poi dedicata all'apprendimento e all’uso di CAD professionali per la progettazione di Micro/Nano Sistemi quali Comsol e CoventorWare, con i quali sono realizzate le esercitazioni di laboratorio che hanno come obiettivo finale un semplice progetto di un Micro/Nano Sistema. Schema degli argomenti trattati: ** Introduzione al Corso e alle tecnologie (2 CFU) - Tecnologie Microelettroniche - Tecnologie dei Micro/Nano sistemi - Descrizione di tecnologie industriali per i MEMS ** Tecniche utili per la realizzazione di Bio-MEMS/NEMS (2 CFU) - Microfluidica - Concetti fondamentali di Elettrochimica per BioSensori - Packaging ** Progetto di Bio-MEMS/NEMS (2 CFU) - Biosensori - CAD per Microsistemi: teoria e laboratori - Esempi Applicativi e progetto autonomo di semplici Bio-MEMS/NEMS
After an introduction to micro and nano systems for BioMedicine, the course is focused on review and goes in details in the technologies for the design and the realization of microelectronic devices, as technological starting point. Then the focus moves to the technological evolution from which the solutions for the production of micro and nano systems were born. The main topics are: - basic concepts of techniques and materials for micro and nano systems; - the specific approaches for realizing biological applications, as for example microfluidics; - an introduction to the design flow and the CAD instruments disposable on the market; - the study of applications, with particolar focusing on biosensore; - study and development of more complex systems for biomedical applications. The CAD software Comsol is presented. The structure of the course is: ** Introduction to the Course and to the Technologies (2 CFU) - Microelectronics Technologies - Technologies of Micro/Nano systems - Industrial Technologies for MEMS ** Useful techniques for the realisation of Bio-MEMS/NEMS (2 CFU) - Microfluidics - Basic Concepts of Electrochemistry for Biosensors - Packaging ** Design of Bio-MEMS/NEMS (2 CFU) - Biosensors - CAD for Bio-MEMS - Example of designs of Bio-MEMS-NEMS and autonomous design of a simple Bio-MEMS/NEMS
L'insegnamento considera un lavoro su CAD per microsistemi, quali Comsol e CoventorWare, in modo tale da permettere il progetto e la simulazione di un semplice MEMS/NEMS, sviluppato a gruppi di lavoro. Le sessioni di laboratorio (almeno 12 ore) verranno associate a lavoro autonomo ulteriore grazie all'accesso ai laboratori del Politecnico presso i quali lo studente svilupperà un progetto che verrà presentato all'esame anche tramite relazione scritta. E' considerata una visita presso il Laboratorio Chilab/MiNES (Micro&Nano Electronic Systems) del Politecnico di Torino, dove sono presenti una camera pulita e le apparecchiature utili alla realizzazione, l’interfacciamento e la caratterizzazione di Micro/Nano Sistemi.
The course is organised with lectures and every years experts from all around the world are invited to give talks where their activities are presented, entering in details of some topics related to Micro&Nano Biomedical Systems.
Sul portale della didattica sono messi a disposizione: - Lucidi del Corso - Design Kit di alcune tecnologie industriali - Tutorial per i CAD Comsol e CoventorWare - Esempi applicativi e video relativi agli argomenti trattati Testi utili: - Stephen D.Senturia, MICROSYSTEM DESIGN, Kluwer Academic Publishers - S.M.Sze, SEMICONDUCTOR SENSORS, John Wiley & Sons - S.Carrara, BIO/CMOS INTERFACES AND CO-DESIGN, Springer Materiale di eLearning del progetto Europeo EduNano (http://edunano.eu) del quale verranno date le credenziali durante il corso.
On the 'Portale della Didattica' will be downloadable: - The course slides - Tutorials for Comsol CAD tool - For more information, application examples and videos related to course topics Useful books: - Stephen D.Senturia, MICROSYSTEM DESIGN, Kluwer Academic Publishers - S.M.Sze, SEMICONDUCTOR SENSORS, John Wiley & Sons - S.Carrara, BIO/CMOS INTERFACES AND CO-DESIGN, Springer
Modalità di esame: prova scritta; progetto di gruppo;
L'esame è sostenuto in forma orale, con la presentazione del lavoro di progetto svolto, unitamente all'approfondimento di alcuni aspetti e dispositivi legati alle micro e nano tecnologie per le bio-applicazioni, preparati a scelta dallo studente. Il voto è formulato giudicando le competenze acquisite, unitamente alla autonomia progettuale dimostrata dallo studente.
Exam: written test; group project;
The assessment is based on a mandatory written examination (up to 26 points), whee the technologies and biomedical systems presented during the course are assessed. An optional work can be done in group preparing a report (up to 4 points) on a detailed study of some devices and aspects related to micro and nano technologies for bio-applications, prepared and chose by the student. The marks are based on the acquired competences and on the autonomy demonstrated by the student.


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