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Bionanotecnologie

03KCBMV

A.A. 2019/20

Lingua dell'insegnamento

Italiano

Corsi di studio

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica - Torino

Organizzazione dell'insegnamento
Didattica Ore
Lezioni 49.5
Esercitazioni in aula 10.5
Tutoraggio 10
Docenti
Docente Qualifica Settore h.Lez h.Es h.Lab h.Tut Anni incarico
Ciardelli Gianluca - Corso 1 Professore Ordinario ING-IND/34 37.5 0 0 0 16
Ciardelli Gianluca - Corso 2 Professore Ordinario ING-IND/34 37.5 0 0 0 16
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/34 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2019/20
L’insegnamento, obbligatorio per tutti gli studenti, si colloca al primo anno della laurea magistrale con il fine di fornire allo studente gli elementi conoscitivi di base delle nanotecnologie e delle loro applicazioni nel campo della genomica e proteomica, nella medicina rigenerativa, nella terapia genica, nel rilascio di farmaci e nella diagnostica molecolare.
The course, which is mandatory for all students, is held in the first year of the Master Degree with the final aim of providing the student with basic knowledge of nanotechnology and its applications in the fields of genomics, proteomics, regenerative medicine, gene therapy, drug release and molecular diagnostics.
Al termine del corso lo studente avrà acquisito le basi conoscitive relative alle nanotecnologie ed alle loro applicazioni in svariati settori, quali la genomica e la proteomica, l’ingegneria tissutale e la medicina rigenerativa, la terapia genica, il rilascio di farmaci/biomolecole e la diagnostica molecolare. Nel dettaglio, lo studente avrà acquisito: 1) CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: - Conoscenza dei materiali di elezione nell’implementazione delle bionanotecnologie - Conoscenza generale delle nanotecnologie nelle aree di ricerca che hanno un maggiore impatto in campo biomedicale - Conoscenza e capacità di comprensione delle nanotecnologie a secco e ad umido, degli approcci top-down e bottom-up - Conoscenza delle applicazioni delle nanotecnologie nei sistemi di diagnostici in biomedicina - Conoscenza delle interazioni a livello molecolare tra cellule e tra la singola cellula e la matrice extracellulare - Capacità di comprensione dell’uso delle bionanotecnologie nell’ottimizzare e verificare le interazioni fra materiale/superficie/dispositivo e l’ambiente vivente. - Capacità di comprensione dei concetti base di micro e nanofabbricazione di interfacce biomimetiche 2) CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: - Capacità di progettazione di materiali e dispositivi alla nanoscala per applicazioni biomedicali - Capacità di progettazione di materiali e dispositivi biomimetici o bioispirati - Capacità di applicare i concetti acquisiti nella progettazione di soluzioni per la nanomedicina
At the end of the course, the student will have acquired the basic knowledge of nanotechnology and its applications in different fields, such as genomics and proteomics, tissue engineering and regenerative medicine, gene therapy, biomolecule/drug delivery and molecular diagnostics. In detail, the student will have acquired: 1) KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING - Knowledge of the materials of choice in nanotechnology - General knowledge of nanotechnology application in the research fields with a higher impact in the biomedical area - Knowledge and understanding of dry and wet nanotechnology, top-down and bottom up approaches - Knowledge of nanotechnology application in the design of diagnostic devices for biomedicine - Knowledge of interactions between cells and between cells and the extracellular matrix at the molecular level - Understanding of the application of bionanotechnology in the optimization and testing of the interactions between the material/surface/device and the surrounding living environment - Understanding of basic concepts of micro- and nanofabrication of biomimetic interfaces 2) CAPABILITY TO APPLY KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING - Skills in the design of materials and devices at the nanoscale for biomedical applications - Skills in the design of biomimetic or bioinspired materials and devices - Application of the acquired knowledge to engineer new therapeutic solution in nanomedicine
- Conoscenze di chimica generale, chimica organica, biochimica. - Conoscenze di base della scienza dei materiali inorganici, organici e polimerici - Capacità di utilizzare metodi di caratterizzazione dei materiali - Conoscenza dei metodi di determinazione delle proprietà massive e di superficie dei materiali - Conoscenze di base di biologia cellulare e di fisiologia.
- Knowledge of general chemistry, organic chemistry, biochemistry.. - Basic knowledge of inorganic and polymeric material science and technology - Ability in using methods for the characterization of materials - Knowledge of methods for the determination of bulk and surface properties of materials. - Basic knowledge of cell biology and physiology.
1. Nanotecnologie: definizioni, approcci top-down e bottom-up. Applicazione delle nanotecnologie in campo biomedicale 2. Sistemi biologici micro-elettromeccanici: Dispositivi (lab-on-chip, cell on a chip, microarrays), tecniche analitiche (PCR, LCR, rilevazione ottica, elettrica, southern blotting, western blotting), materiali (nanotubi di carbonio, nanofili di silicio). Esempi Applicativi 3. Micro e nanotecnologie per i biomateriali e l’ingegneria tissutale: meccanismi che regolano l’adesione cellulare, micro e nanofabbricazione per la realizzazione di supporti per la coltura cellulare e di interfacce biomimetiche 4. Metodi di funzionalizzazione alla nanoscala (monostrati autoassemblanti -SAM-, film di Langmuir-Blodgett -LB- e layer-by-layer) 5. Nanomedicina: cenni di biotecnologie, nanoparticelle terapeutiche, diagnostiche e teranostiche, terapia genica, stimolazione wireless, optogenetica. Esempi applicativi in nanomedicina 6. Definizione, sintesi, caratterizzazione e processamento alla nanoscala di materiali polimerici 7. Cenni di tecniche microscopiche (SEM, EDXA) e spettroscopiche (spettroscopia infrarossa, elettronica)
1. Nanotechnology: definitions, top-down and bottom-up approaches. Nanotechnology application in the biomedical field. 2. Biological Micro-electromechanic systems: Devices (Lab-on-Chip, Cell on a chip, Microarrays), analytical techniques (PCR, LCR, optical and electrical detection, southern blotting, western blotting), materials (Carbon Nanotubes, Silicium Nanowires) 3. Micro- and nanotechnology for biomaterials and tissue engineering: mechanisms that regulate cell adhesion, micro- and nano-fabrication in the design of supports for cell culturing and biomimetic interfaces. 4. Functionalization methods at the nanoscale (self assembling monolayers -SAM-, Langmuir-Blodgett -LB- and layer-by-layer) 5. Nanomedicine: basics of biotechnology, therapeutic, diagnostic and theranostic nanoparticles, gene therapy, wireless stimulation, optogenetics. Examples of application of nanotechnology in nanomedicine 6. Definition, synthesis, characterization and processing at the nanoscale of polymeric materials 7. Basics of microscopic (SEM, EDXA) and spectroscopic (infrared and electron spectroscopy)
L’insegnamento è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Durante le esercitazioni verranno approfonditi alcuni dei temi trattati durante le lezioni frontali con la presentazione di casi di studio con riferimento ad attività di ricerca di punta nel settore e di particolare interesse industriale (ad esempio, verrà progettato e caratterizzato partendo da dati realmente ottenuti da ricercatori e dottorandi del Politecnico di Torino un dispositivo per applicazioni nell’ingegneria tissutale o per il rilascio localizzato di farmaci). Le lezioni frontali costituiscono circa l’80% del corso, le esercitazioni in aula il restante 20%. Non sono previste esercitazioni in laboratorio.
The course is organized in a series of lectures (about 80% of the course) and practice exercises (about 20% of the course) that will be held in the classroom. During practice exercises an in-death analysis of some of the topics treated during the lectures will be performed through the presentation of different case studies, with a special reference to leading research activities in the biomedical area showing increasing interest from the industrial community (e.g. during the practice exercises a device for application in tissue engineering or in drug delivery will be designed and characterized starting from data obtained by researchers and PhD students working at POLITO). No laboratories are foreseen.
Lucidi delle lezioni e dispense fornite dai docenti e disponibili sul portale Testi di Riferimento - C. Di Bello "Biomateriali-Introduzione allo Studio", Patron - R.M. Silverstein; F. X. Webster; D. J. Kiemle "Spectrometric Identification of Organic Compounds", Wiley - J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L Stryer "Biochimica V", ed. Zanichelli Testi di approfondimento - M. L. Yarmush, M. Toner, R. Plonsey, J. D. Bronzino "Biotechnology for Biomedical Engineers", CRC Press - "Biomedicine Miniaturization 2005: Bionanotechnology, The Use of Nanotechnology for Biomedical Applications" Course Notes, Cd. ASME - "DNA Technology and Biotechnology", CD Neo/Sci. - C. S. S. R. Kumar, J. Hormes, C. Leuschner "Nanofabrication towards Biomedical Applications", Wiley-VCH - J. E. Ellingsen, S. P. Lyngstadaas "Bio-Implant Interface", CRC Press
Slides and tutorials provided by the teacher and available through the website. Books used for teaching - C. Di Bello “Biomateriali-Introduzione allo Studio” Patron - R.M. Silverstein; F. X. Webster; D. J. Kiemle “Spectrometric Identification of Organic Compounds” Wiley. - J. M. Berg, J. L. Tymoczko, L Stryer Biochimica V ed. Zanichelli Further material: - M. L. Yarmush, M. Toner, R. Plonsey, J. D. Bronzino “Biotechnology for Biomedical Engineers“ CRC Press; - “Biomedicine Miniaturization 2005”: Bionanotechnology: The Use of Nanotechnology for Biomedical Applications Course Notes” Cd. ASME - “DNA Technology and Biotechnology” CD Neo/Sci. - C. S. S. R. Kumar, J. Hormes, C. Leuschner “Nanofabrication towards Biomedical Applications” Wiley-VCH - J. E. Ellingsen, S. P. Lyngstadaas “Bio-Implant Interface” CRC Press
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
L’esame si compone di una prova scritta costituita da 9 domande relative alle lezioni frontali (in parte generali/aperte, in parte con risposte a scelta multipla, in parte con esercizi), il punteggio massimo totalizzabile è 27 (ad ogni domanda viene attribuito un punteggio e accanto ad ogni domanda è riportato il punteggio max. totalizzabile suddiviso equamente nelle sottodomande, se non diversamente indicato). Sono, inoltre, previste 2 domande relative alle esercitazioni in aula (per un punteggio totale pari a 6) . La somma dei punteggi ottenuti viene approssimata all’intero più vicino per la definizione della valutazione finale. Se il voto così determinato è maggiore di 30,5 allo studente viene assegnata la lode. L’esame intende verificare il grado di comprensione acquisito dallo studente relativamente a: - Adesione cellulare - Micro/Nano-fabbricazione - Nanoparticelle, nanoparticelle magnetiche - Nanoparticelle per Terapia, metodi e materiali - BioMems e BioNems - Funzionalizzazioni superficiali, nano strutture e strutture polimeriche nanometriche - Polimeri e reazioni di polimerizzazione - Stimolazione "wireless" - Laboratorio La durata dell’esame è di 90’. Non è permesso l’uso di materiale a supporto (appunti personali, libri) né in formato cartaceo né elettronico. È consentito il solo uso della calcolatrice scientifica per lo svolgimento di eventuali esercizi. Al termine dell’esame, viene caricata sul portale della didattica la soluzione dello scritto per consentire agli studenti di autovalutarsi. L’esame scritto con valutazione sufficiente non può essere rifiutato. Si può rinunciare alla correzione di un compito consegnato entro 24 h dalla pubblicazione della soluzione. NON è previsto alcun orale integrativo. Per coloro che riscontrassero evidenti discrepanze tra l'autovalutazione ed il voto conseguito, sarà possibile visionare il compito in una data che verrà comunicata sul portale.
Exam: Written test;
Assessment and grading criteria The final exam will consist of a written test containing 9 questions about lectures (some of them are general, some of them multiple choice, some are numerical exercises) for a total of 27 points (a specific number of points is allocated to each question; the max. number of points per question will be written near each question) and equitably split among the sub-questions, if not clearly stated. A further 2 questions about the practice exercises is foreseen (max. 6 points).. The sum of the obtained points will be approximated to the nearest integer to define the final mark. If the sum of the points is higher than 30.5, the final mark will be 30 cum laude. The exam aims to verify the acquired knowledge of: - Cellular adhesion - Micro / Nano-fabrication - Nanoparticles, magnetic nanoparticles - Nanoparticles for therapy, methods and materials - BioMems and BioNems - Surface functionalizations, nanostructures and nanoscale polymeric structures - Polymers and polymerization reactions - "Wireless" stimulation - Practice exercises The final exam time is 90'. The use of supporting material (personal notes, books) in paper or electronic format is not permitted. Only the use of the scientific calculator is accepted. At the end of the exam, the exam solution will be made available on POLITO website to allow student auto-evaluation. Exams with a mark higher than 18 will be validated. Students can ask not to evaluate their exams within the first 24h from solution publication. NO oral exams are foreseen. Students that find significant discrepancies between the expected evaluation and the obtained final mark will have the possibility to view their exam on a specific date that will be communicated on POLITO website.


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