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PORTALE DELLA DIDATTICA

Bionanotecnologie

03KCBMV

A.A. 2021/22

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 19,5 0 0 0 18
Ciardelli Gianluca - Corso 2 Professore Ordinario ING-IND/34 19,5 0 0 0 18
Ciardelli Gianluca - Corso 3 Professore Ordinario ING-IND/34 19,5 0 0 0 18
Collaboratori
Espandi

Didattica
SSD CFU Attivita' formative Ambiti disciplinari
ING-IND/34 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2021/22
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, nel rilascio di farmaci e nella diagnostica molecolare.
The course, which is mandatory for all students, is held during 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, 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, 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 diagnostica 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 e di caratterizzazione di materiali e dispositivi biomimetici o bioispirati - Capacità di applicare i concetti acquisiti nella progettazione di soluzioni per la nanomedicine
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, 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, organic 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, concetti di base dei fenomeni alla nanoscala, approcci top-down e bottom-up. Applicazione delle nanotecnologie in campo biomedicale. (3 ore) 2. Materiali Polimerici: Caratteristiche generali dei polimeri, Reazioni di polimerizzazione, Valutazione delle caratteristiche chimico-fisiche e superficiali dei polimeri, fotopolimeri. (12 ore) 4. Tecniche di micro e nanofabbricazione top down e bottom up. Electrospinning e Electrospraying di soluzioni polimeriche. . Nanomateriali a base di carbonio: nanotubi, grafene. (10.5 ore) 5. Meccanismi di adesione cellulare e superfici/Nanotecnologie per interfacce biomimetiche. (1.5 ore) 6. Sistemi biologici micro-elettromeccanici: Dispositivi (lab-on-chip, cell on a chip, microarrays), tecniche (PCR, LCR, rilevazione ottica, elettrica, meccanica, southern blotting, western blotting). Esempi Applicativi. (7.5 ore) 7. Nanomedicina: nanoparticelle inorganiche (quantum dots, nanoparticelle d’oro e nanoparticelle magnetiche) (6 ore) 8. Nanoparticelle polimeriche e nanoparticelle intelligenti. (6 ore) 9. Barriere biologiche e esempi applicativi (3 ore) 10. Esercitazioni su sintesi e caratterizzazione di biomateriali, tecniche di modifica superficiale, fabbricazione e caratterizzazione di particelle polimeriche per il rilascio di farmaci (10.5 ore)
1. Nanotechnology: definitions, basic concepts on nanoscale phenomena, top-down and bottom-up approaches. Nanotechnology application in the biomedical field. 2. Polymeric Materials: general properties, polymerization reactions, mechanical properties, photopolymers. Electrospinning and Electrospraying of polymer solutions. 3. Carbon-based nanomaterials: nanotubes, graphene. 4. Top down and bottom up micro- and nanofabrication. 5. Surface cell adhesion mechanisms/Biomimetic interfaces through nanotechnology 6. Biological Micro-electromechanic systems: Devices (Lab-on-Chip, Cell on a chip, Microarrays), techniques (PCR, LCR, optical, mechanical and electrical detection, southern blotting, western blotting). Practical examples. 7. Nanomedicine: quantum dots, gold and magnetic nanoparticles, polymer nanoparticles and smart nanoparticles. Practical examples in nanomedicine.
L’insegnamento è articolato in lezioni frontali ed esercitazioni che si tengono in aula o nella virtual classroom. 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, verranno progettati e caratterizzati partendo da dati realmente ottenuti da ricercatori e dottorandi del Politecnico di Torino nuovi biomateriali e dispositivi 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 or in the virtual classroom. During practice exercises an in-depth 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 drug delivery will be designed and characterized starting from data obtained by researchers and PhD students of POLITO). No laboratories are foreseen.
Lucidi delle lezioni e dispense fornite dai docenti e disponibili sul portale Ulteriore testo di approfondimento: “Fundamentals of Microfabrication and Nanotechnology” Volume I, II, III, Marc J. Madou, CRC Press Taylor and Francis Group.
Slides and tutorials provided by teachers and available through the website.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
L’esame intende verificare il grado di comprensione acquisito dallo studente relativamente a: - Principi delle Nanotecnologie - Adesione cellulare - Micro/Nano-fabbricazione - Nanomedicina - Nanoparticelle polimeriche - Nanoparticelle inorganiche - Nanoparticelle intelligenti - Barriere biologiche - Proprietà dei Nanomateriali a base di Carbonio - BioMems e BioNems e tecnologie correlate inclusi gli esempi applicativi - Modifiche superficiali alla nanoscala - Nanostrutture e strutture polimeriche nanometriche - Polimeri, reazioni di polimerizzazione e tecniche di caratterizzazione - Esercitazioni in aula/virtual classroom L'esame consta di domande a risposta chiusa, relative alle lezioni frontali e alle esercitazioni, per 27 punti complessivi e domande a risposta aperta per ulteriori 6 punti relativi alle lezioni frontali (massimo punteggio ottenibile 33 punti). Non sono previste penalizzazioni per risposte errate o mancanti. Al termine della prova sarà consentito trascrivere esclusivamente la tabella con le risposte fornite; successivamente verranno pubblicate sul portale nella pagina del corso le soluzioni delle domande a risposta chiusa (27 punti su 33 totali) affinché gli studenti possano autovalutarsi. In base al punteggio parziale totalizzato nelle domande a risposta chiusa (27 punti su 33 totali) lo studente avrà 24h di tempo per comunicare via mail (esclusivamente all’indirizzo fornito durante il corso) l’intenzione di procedere con la correzione del compito o di ritirarsi. L’esame scritto con valutazione sufficiente NON può essere rifiutato. NON è previsto alcun orale integrativo. Per coloro che riscontrassero evidenti discrepanze tra la valutazione attesa ed il voto effettivamente conseguito, sarà possibile visionare il compito in una data che verrà comunicata sul portale. La durata dell’esame è di 80 minuti. 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 e di un supporto cartaceo da utilizzare per eventuali calcoli. Tale supporto cartaceo deve essere un foglio bianco, il quale sarà controllato prima dell'inizio della prova.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
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.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
L’esame intende verificare il grado di comprensione acquisito dallo studente relativamente a: - Principi delle Nanotecnologie - Adesione cellulare - Micro/Nano-fabbricazione - Nanomedicina - Nanoparticelle polimeriche - Nanoparticelle inorganiche - Nanoparticelle intelligenti - Barriere biologiche - Proprietà dei Nanomateriali a base di Carbonio - BioMems e BioNems e tecnologie correlate inclusi gli esempi applicativi - Modifiche superficiali alla nanoscala - Nanostrutture e strutture polimeriche nanometriche - Polimeri, reazioni di polimerizzazione e tecniche di caratterizzazione - Esercitazioni in aula/virtual classroom L'esame consta di domande a risposta chiusa, relative alle lezioni frontali e alle esercitazioni, per 27 punti complessivi e domande a risposta aperta per ulteriori 6 punti relativi alle lezioni frontali (massimo punteggio ottenibile 33 punti). Non sono previste penalizzazioni per risposte errate o mancanti. Al termine del compito verrà comunicato il punteggio ottenuto per le domande a risposta chiusa (27 punti su 33 totali). In base al punteggio parziale totalizzato lo studente avrà 24h di tempo per comunicare l’intenzione di procedere con la correzione del compito o di ritirarsi. Il voto ottenuto dopo la correzione (somma valutazione domande chiuse e domande aperte) NON può essere rifiutato. Per coloro che riscontrassero evidenti discrepanze tra la valutazione attesa ed il voto effettivamente conseguito, sarà possibile visionare il compito da remoto. NON è previsto alcun orale integrativo. L’esame sarà erogato in una sola sessione con durata di 80 minuti e sarà monitorato dal sistema di intelligenza artificiale. Durante lo svolgimento dell’esame sarà consentito l’uso della calcolatrice del proprio computer (il sistema permette di abilitare quella del PC) e di un supporto cartaceo da utilizzare per eventuali calcoli. Tale supporto cartaceo deve essere un foglio bianco da esibire davanti alla videocamera prima dell'inizio della prova. Non è permesso l’uso di materiale a supporto (appunti personali, libri) né in formato cartaceo né elettronico.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform;
The exam is intended to verify the degree of comprehension of: principles of nanotechnologies, cell adhesion, micro/nano fabrication, nanomedicine, polymer nanoparticles, inorganic nanoparticles, smart nanoparticles, carbon-based nanomaterials, BioMems and BioNems and related technologies (including applicative examples), surface modifications at the nanoscale, polymer nanostructures, polymers and polymerization reactions, practical exercises. • The exam is divided into multiple-choice questions up to 27 points related to theoretical and practical classes, and open questions related to theoretical classes up to 6 points (maximum total score: 33 points). No penalties are applied for wrong or missing answers.• A partial score (max 27 points out of 33) will be communicated and based on the partial score, the student has 24 hours to express the intention of continuing with the evaluation process or withdrawing from the exam. The obtained mark (sum of the evaluation of multiple-choice and open questions) cannot be rejected. If the obtained mark differs greatly from the self-evaluation, the student may ask to view the exam remotely. • The exam is a single-session test (80 min duration) and will be monitored through an artificial-intelligence system. • The use of the computer calculator will be permitted by the system. The students may also use blank sheets of paper as support for calculations. Such blank sheets must be shown before the beginning of the exam.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo;
L’esame intende verificare il grado di comprensione acquisito dallo studente relativamente a: - Principi delle Nanotecnologie - Adesione cellulare - Micro/Nano-fabbricazione - Nanomedicina - Nanoparticelle polimeriche - Nanoparticelle inorganiche - Nanoparticelle intelligenti - Barriere biologiche - Proprietà dei Nanomateriali a base di Carbonio - BioMems e BioNems e tecnologie correlate inclusi gli esempi applicativi - Modifiche superficiali alla nanoscala - Nanostrutture e strutture polimeriche nanometriche - Polimeri, reazioni di polimerizzazione e tecniche di caratterizzazione - Esercitazioni in aula/virtual classroom L'esame consta di domande a risposta chiusa, relative alle lezioni frontali e alle esercitazioni, per 27 punti complessivi e domande a risposta aperta per ulteriori 6 punti relativi alle lezioni frontali (massimo punteggio ottenibile 33 punti). NON sono previste penalizzazioni per risposte errate o mancanti. Per COLORO CHE SVOLGONO L’ESAME DA REMOTO: verrà comunicato il punteggio ottenuto per le domande a risposta chiusa (27 punti su 33 totali) Per COLORO CHE SVOLGONO L’ESAME IN PRESENZA: Al termine della prova, sarà consentito trascrivere esclusivamente la tabella con le risposte fornite. Verranno successivamente pubblicate sul portale nella pagina del corso le soluzioni delle domande a risposta chiusa (27 punti su 33 totali) affinché gli studenti possano autovalutarsi. In base al punteggio parziale totalizzato nelle domande a risposta chiusa (27 punti su 33 totali) lo studente avrà 24h di tempo per comunicare l’intenzione di procedere con la correzione del compito o di ritirarsi. L’esame scritto con valutazione sufficiente non può essere rifiutato. NON è previsto alcun orale integrativo. Per coloro che riscontrassero evidenti discrepanze tra la valutazione attesa ed il voto effettivamente conseguito, sarà possibile visionare il compito in presenza o in remoto in una data che verrà comunicata sul portale. La durata dell’esame è di 80 minuti. 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 (calcolatrice scientifica per coloro che svolgono l’esame in presenza, calcolatrice abilitata tramite Respondus per coloro che svolgono l’esame da remoto) e di un supporto cartaceo da utilizzare per eventuali calcoli. Tale supporto cartaceo deve essere un foglio bianco, il quale sarà controllato prima dell'inizio della prova per coloro che svolgono l’esame in presenza o dovrà essere esibito davanti alla videocamera prima dell'inizio della prova per coloro che svolgono l’esame da remoto.
Exam: Written test; Computer-based written test using the PoliTo platform;
The exam is intended to verify the degree of comprehension of: principles of nanotechnologies, cell adhesion, micro/nano fabrication, nanomedicine, polymer nanoparticles, inorganic nanoparticles, smart nanoparticles, carbon-based nanomaterials, BioMems and BioNems and related technologies (including applicative examples), surface modifications at the nanoscale, polymer nanostructures, polymers and polymerization reactions, practical exercises. The exam is divided into multiple-choice questions up to 27 points related to theoretical and practical classes, and open questions related to theoretical classes up to 6 points (maximum total score: 33 points) and the score assigned to each question will be indicated. A partial score (max 27 points out of 33) will be communicated and, basing on the partial score, the student has 24 hours to express the intention of continuing with the evaluation process or withdrawing from the exam. The obtained mark (sum of the evaluation of multiple-choice and open questions) cannot be rejected. No additional oral exam will be allowed. If the obtained mark differs greatly from the self-evaluation, the student may ask to view the exam (the date will be communicated via the student portal). • The total duration of the exam is 80 min. • The use of supporting documents/literature/books etc. is NOT allowed. • Students may use their own scientific calculator. The students may also use blank sheets of paper as support for calculations. Such blank sheets must be shown before the beginning of the exam.
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