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Nanobiotecnologie - DM 270

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Nanobiotechnology

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Anno accademico 2019/2020

Codice attività didattica
MFN1228
Docenti
Prof. Gianmario Martra (Titolare del corso)
Prof. Sheila Sadeghi (Titolare del corso)
Dott. Lorenzo Mino
Corso di studio
LM in Biotecnologie Industriali
Anno
2° anno
Tipologia
Affine o integrativo
Crediti/Valenza
7
SSD attività didattica
BIO/10 - biochimica
Erogazione
Tradizionale
Lingua
Inglese
Frequenza
Facoltativa
Tipologia esame
Scritto ed orale
Prerequisiti
Conoscenze di base di biochimica e di chimica-fisica
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Sommario del corso

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Obiettivi formativi

 

L’insegnamento concorre alla realizzazione degli obiettivi formativi del Corso di Laurea in Biotecnologie Industriali permettendo agli studenti di integrare le conoscenze già acquisite in ambito molecolare con competenze relative a contesti di sviluppo più recente dell'ambito biotecnologico, con riferimenti specifici alle interazione delle molecole con la superficie per la costruzione di biosensori e microarrays di DNA/proteine.

Gli obiettivi specifici sono:

- Padronanza degli aspetti fondamentali delle proprietà fisiche e chimico-fisiche che caratterizzano nanomateriali per apllicazioni nanobiotecnologiche.

- Padronanza degli aspetti fondamentali che caratterizzano l’abbinamento di biomolecole a nanomateriali per
scopi tecnologici

- Capacità di redigere una relazione scientifica di presentazione e discussione di dati sperimentali

The course contributes to the objectives of the Master degree program in Industrial Biotechnology by enabling students to integrate already acquired knowledge of macromolecules on molecular level with skills related to the latest biotechnology advances, with specific references to molecular interaction with surfaces for the construction of biosensors and DNA/protein microarrays.

The specific objectives are:

- Understanding of the fundamental physio-chemical properties that characterize nanomaterials for applications in nanobiotech.
- Understanding of the fundamental aspects that characterize the coupling of biomolecules to nanomaterials for technological purposes such as biosensing.

- Ability to draft a scientific presentation and discussion of experimental data

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Risultati dell'apprendimento attesi

 

Gli studenti dovranno acquisire le seguenti capacità (dettaglio secondo i descrittori di Dublino)

A: CONOSCENZA e CAPACITA’ di comprensione

 - Conoscenza dei principali metodi di preparazione di nanomateriali per applicazioni nel campo biotecnologico

- Conoscenza dei principali metodi sperimentali si studio di sistemi nanobiotecnologici, e capacità di
scegliere i piu’ adatti a seconda del tipo di sistema

 

B: CAPACITA’  APPLICATIVE

  • dimostrare di sapere risolvere esercizi e  problemi
  • saper impostare esperimenti in funzione di un loro impego operativo per i processi industriali

C: AUTONOMIA DI GIUDIZIO

  • saper analizzare la letteratura recente e leggere criticamente i risultati

D: ABILITA' NELLA COMUNICAZIONE

  • presentare alla prova orale gli argomenti del corso

 

Students must acquire competences, detailed following the Dublin Descriptors below:

A: KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • knowledge and ability to discuss the topics presented in the course
  • - Knowledge of the main methods of preparation of nanomaterials for applications in biotechnology

    - Knowledge of the main experimental methods for study of  nanobiotechnology systems, and capacity to choose the most suitable depending on the type of system

B: APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING

  • resolving problems and exercises applying the correct models
  • setting experiments in particular for applicative use in industrial processes

C: INDIPENDENCE IN JUDGEMENT

  • critically analysing the recent literature

D: COMUNICATION SKILLS

  • abilty to present a paper of the most recent literature  and discussing the corse topics (oral exam)

 

 

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Programma

Modulo A (BIO/10, 3.5 CFU, Sheila Sadeghi).

Le lezioni di questo modulo verranno svolre in inglese (docente di madrelingua)

Associazione di biomolecole a nanomateriali/materiali nanostrutturati. Dopo una introduzione alle possibilità
offerte dall’associazione tra biologia/sistemi biologici e nanotechologia, verranno trattate l’ingegnerizzazione
di acidi nucleinci per la formazione di array di DNA e l’ingegnerizzazione di proteine per la formazione di
array proteici. Una seconda parte riguarderà le tecniche elettrochimiche alla base del funzionamento di
micro- e nanobiosensori, con la trattazione del caso dei sensori per il glucosio. Infine, verranno trattate le
modalità di realizzazione e le proprietà di sistemi nanobiotecnologici in relazione a “drug and gene targeting”,
impiego di aptameri e nanotubi di carbonio. Su tale base gli studenti dovranno procedere all’analisi critica di
alcuni lavori tratti dalla letteratura scientifica e relazionare al riguardo.
Le esperienze di laboratorio saranno dedicate alla realizzazione di sistemi basati sull’immobilizzazione di
proteine redox su superfici di carbone e di oro, che saranno caratterrizzati per via elettrochimica.

 

Modulo B (CHIM/02, 3.5 CFU, Gianmario Martra)
Preparazione e caratterizzazione di nanomateriali e materiali nanostrutturati per applicazioni
biotecnologiche. In una prima parte verranno trattati i principali metodi di preparazione di classi di
nanomateriali (molecolari e inorganici) e le relazioni tra la struttura/dimensione e proprietà (ad es. ottiche, magnetiche, di superficie) di interesse per applicazioni nanobiotecnologiche. La parte successiva sara’ dedicata ai principi fisici ed agli aspetti
tecnologici di base delle piu’ comuni tecniche di imaging di nanomateriali/materiali nanostrutturati
( microscopia a forza atomica, microscopia elettronica).

Le nanobiotecnologie sono un ambito prettamente interdisciplinare, per cui il corso e’ strutturato in due
moduli, uno dedicato ad aspetti fisici e chimico-fisici, e l’altro ad aspetti biochimici. Entrambi i moduli
prevedono esercitazioni in laboratorio.

The lectures of this module of the course will be delivered in English (mother tongue Prof.).

Association of biomolecules to nanomaterials / nanostructured surfaces.

After a brief introduction on the possibilities offered by the association between biology and biological systems with biotechnology at the nano level, different biological macromolecules will be studied.

Examples will be given on mainly DNA, proteins and enzymes where successful immobilization of these macromolecules has led to the production of DNA and protein arrays. The success story of the glucose biosensor for measuring insulin levels of diabetics will be highlighted.

During the course of the lectures different techniques currently used in biotechnological applications of biological macromolecules will be covered. These detection techniques will include electrochemical, optical (visible, fluorescence) and SPR.

Immobilisation techniques on different surfaces including carbon, gold, carbon nanotubes, graphene and gold nanoparticles will be covered with specific examples. 

Module B (CHIM/02 3 CFU, Gianmario Martra)

Preparation and characterization of nanomaterials and nanostructured materials for applications in biotechnology.

In the first part we will cover the main methods of preparation of classes of nanomaterials (molecular and inorganic) and the relationship between the structure / size and properties (e.g. optical, magnetic, surface) of interest for nanobiotech applications.

The second part will be dedicated to physical principles and aspects technological base of main imaging techniques of nanomaterials / nanostructured materials (atomic force microscopy, electron microscopy.

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Modalità di insegnamento

Le nanobiotecnologie sono un ambito prettamente interdisciplinare, per cui il corso e’ strutturato    in due moduli, uno dedicato ad aspetti fisici e chimico-fisici, e l’altro ad aspetti biochimici. Entrambi i moduli prevedono esercitazioni in laboratorio.

Modulo A:

  • Lezioni frontali: 24 ore
  • Pratica di laboratorio: 16 ore

 Modulo B:

  • Lezioni frontali:16 ore
  • Pratica di laboratorio: 16 ore

Nanobiotechnology is very interdisciplinary, the course is structured in two modules, one dedicated to physical and physical-chemical, and the other to biochemical aspects. Both modules are accompanied by wet-lab exercises.

Module A:

  • Lectures: 24 hr
  • Laboratory practicals: 16 hr

 Modulo B:

  • Lectures: 16 hr
  • Laboratory practicals: 16 hr
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Modalità di verifica dell'apprendimento

Il voto finale è del 50% Modulo A e 50% Modulo B

Modulo A: Il voto finale consiste di due parti:

1. Un esame scritto con due domande (90%)
2. Una relazione scritta sul esercitazioni di laboratorio compresi i dati ottenuti e la sua analisi (10%)

Modulo B: L’esame si svolge in forma orale. Nel corso del colloquio avrà luogo anche la discussione della relazione sulle esperienze di laboratorio, consegnata con almeno 10 giorni di anticipo  al docente

The final mark consists of the sum of Module A and Module B each weighing 50%.

Module A: The final mark consists of two parts:

1. A written exam with two essay type questions (90%)

2. A written report on the laboratory practical including data obtained and its analysis (10%)

 

Module B: The exam is oral. During the exam there will also be discussion regarding the laboratory report which needs to be handed in in advance to the Prof. 

 

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Testi consigliati e bibliografia

- I.A. Israelechvili, Intermolecular and surface  forces, Wiley&Sons, Chichester-UK, 1999, seconda edizione

- William & Carter, Transmission electron Microscopy, Interscientia, San Diego, 2002, seconda edizione

- articoli scientifici su riviste specializzate, resi disponibili come materiale didattico

- I.A. Israelechvili, Intermolecular and surface  forces, Wiley&Sons, Chichester-UK, 1999, second edition

- William & Carter, Transmission electron Microscopy, Interscientia, San Diego, 2002, second edition

- Scientific articles published in specialised journals (also indicated as references within the lectures).

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Note

Primo semestre Il corso prevede due unità didattiche: Biomolecole e nanomateriali (3.5 CFU, BIO/10, in lingua inglese) e Preparazione e caratterizzazione di nanomateriali (3.5 CFU, CHIM/02)

The course will be in the first semester of the second year and will consist in two modules:

- Biomolecules and nanomaterials (4 CFU, BIO/10, lectures in English)

- Preparation and characterisation of nanomaterials (3 CFU, CHIM/02)

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Moduli didattici

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Altre informazioni

http://biotecnologieindustriali.campusnet.unito.it/do/documenti.pl/ShowFile?_id=3141;field=file;key=fkmVJUAU9PHZw
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    Ultimo aggiornamento: 02/07/2019 14:21
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