L'insegnamento, obbligatorio per tutti gli studenti, si colloca al primo anno con il fine di fornire allo studente gli elementi conoscitivi di base delle nanotecnologie e delle sue applicazioni nel campo della genomica e proteomica, medicina rigenerativa, terapia genica, rilascio di farmaci, diagnostica molecolare.

Conoscenza generale delle nanotecnologie nelle aree di ricerca che hanno un maggiore impatto in campo biomedicale.
Conoscenza delle nanotecnologie a secco e ad umido, degli approcci top-down e bottom-up.
Conoscenza delle interazioni a livello molecolare fra cellule e fra cellula e matrice extracellulare.
Comprensione dell¿uso delle bionanotecnologie nell¿ottimizzare e verificare le interazione fra il materiale/ superficie/dispositivo e l¿ambiente vivente.
Comprensione dei concetti base di micro e nanofabbricazione ed applicazione all¿ingegneria tissutale
Conoscenza dei metodi spettroscopici e microscopici per la caratterizzazione funzionale dei materiali alla nanoscala.
Conoscenza delle potenzialità e dei rischi per la salute umana legata all¿utilizzo delle nanotecnologie.

Capacità di progettazione di materiali e dispositivi alla nanoscala per applicazioni biomediche.
Capacità di progettazione di materiali e dispositivi biomimetici o bioispirati.
Applicazione dei concetti acquisiti per progettare soluzioni per l¿ingegneria tissutale e la nanomedicina

Conoscenze di chimica generale, chimica organica, biochimica, reazioni di polimerizzazione.
Conoscenze di base della scienza dei materiali inorganici e polimerici.
Capacità di utilizzare metodi di caratterizzazione meccanica dei materiali
Conoscenza dei metodi di determinazione delle proprietà massive e di superficie dei materiali.
Conoscenze di base di biologia cellulare e di fisiologia.

1. Nanotecnologie: definizioni, approcci top-down e bottom-up. 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)
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.
3b. Metodi di funzionalizzazione alla nanoscala (monostrati autoassemblanti (SAM), film di langmuir blodgett (LB) e layer-by-layer
4. Tecniche analitiche alla nanoscala: IR Chemical Imaging, spettroscopia di massa, microscopia elettronica.
5. Nanomedicina: cenni di biotecnologie, nanoparticelle teraputiche, diagnostiche, teranostiche.
6. Esercitazioni di laboratorio: metodi di fabbricazione di nanobiomateriali, metodi di caratterizzazione dei nanobiomateriali e confronto con le proprietà dei tessuti biologici; analisi delle caratteristiche di scaffold tridimensionali ottenuti tramite tecniche alla nanoscala; sviluppo di nanosistemi per il rilascio di farmaci e analisi delle performance in vitro/in vivo.

Le esercitazioni saranno svolte in aula, approfondendo alcuni dei temi trattati con la presentazione di casi di studio con riferimento ad attività di ricerca di punta nel settore e di particolare interesse industriale, servendosi di seminari specifici. Particolare attenzione viene dedicata a temi sviluppati da gruppi di ricerca all’interno del Politecnico, avvalendosi della collaborazione di dottorandi compresenti alla lezione che presentino argomenti, pertinenti al corso, che svolgono nel loro lavoro di dottorato.
Sono inoltre previsti laboratori di approfondimento di alcune tematiche trattate durante il corso. In particolare, verranno approfonditi i meccanismi di progettazione e caratterizzazione di nanomateriali biomimetici, la fabbricazione di sistemi nanostrutturati per l’ingegneria dei tessuti e la produzione di sistemi per il rilascio mirato e controllato dei farmaci per la nanomedicina.

Lucidi delle lezioni e dispense fornite dal docente 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
Articoli Scientifici indicati dal docente