Physical Chemistry

Oggetto:

Physical Chemistry

Oggetto:

Chimica Fisica

Oggetto:

Academic year 2020/2021

Course ID

BIO0133

Teacher

Modular course

Chemistry (BIO0133)

Degree course

[0101M21] Molecular Biotechnology

Year

2nd year

Type

Distinctive

Credits/Recognition

Course disciplinary sector (SSD)

CHIM/02 - chimica fisica

Delivery

Formal authority

Language

English

Attendance

Obligatory

Type of examination

Oral

Prerequisites

Prerequisites
Prerequisiti

- basic knowledge in Physical-Chemistry (structure of matter; intermolecular interactions; thermodynamic of molecular systems; main molecular spectroscopic methods)
- basic knowledge in Physiscs (nautire of electromagnetic radiation, electric dipoles; coulomb interactions; elastic and inelastic interactions)
- basic knowledge in biochemistry

- conoscenze di chimica-fisica di base (struttura della materia; interazioni intermolecolari; termodinamica dei sistemi molecolari; principali metodi di spettroscopia molecolare)
- conoscenze di fisica di base, in particolare in riferimento a: natura della radiazione elettromagnetica; dipolo elettrici; interazioni coulombiane, interazioni elastiche ed anelastiche
- conoscenze di biochimica strutturale di base

Oggetto:

The objectives proosed to the studentd as targets of this course are aimed to the achievements of good capabilities dealing with:
- establishment of relationships between the features of amphiphlic molecules/self-assembled amphiphilic molecules and their functional behaviours relevant for their use in nanobiotechnology
- establishment of relationships between features of inorganic nanoparticles and their functional behaviours relevant for their use in nanobiotechnology
- selection and aplication of proper experimental methods for the study of nanobiotecnological systems

Il corso di propone di formare gli studenti allo sviluppo delle seguenti capacità:
- istituire correlazioni tra proprietà di molecole anfifiliche e loro aggregatie rispettivi comportamenti funzionali di interesse in campo nanobiotecnologico
- istituire correlazioni tra proprietà di nanoparticelle inorganiche e loro comportamenti funzionali di interesse in campo nanobiotecnologico
- individuare le metodologie sperimentali più adatte allo studio di nanosistemi e del loro comportamento in relazione agli utilizzi in campo biotecnologico

Oggetto:

Results of learning outcomes

Results of learning outcomes
Risultati dell'apprendimento attesi

Knowledge of and expertise in:
- main methods for the preparation of nanomaterials of interest in the
field of biotechnology
- fundamental aspects of physical and physical-chemical features of nanomaterials at the basis of their possible exploitation in nanobiotechnology
- fundamental aspects of the combined use of nanoparticles and biomacromolecules
- experimental methods for the characterization of nanobiotechnologycal systems, and selection of the most proper ones in dependence on specific features of the systems
- electron microscopy, and capability to design the proper observation methods for the investigation of samples of biological/biotechnological interest.

Acquisizione di:
- Conoscenza dei principali metodi di preparazione di nanomateriali per applicazioni nel campo biotecnologico
- Padronanza degli aspetti fondamentali delle proprietà fisiche e chimicofisiche
che caratterizzano nanomateriali per applicazioni
nanobiotecnologiche.
- Padronanza degli aspetti fondamentali che caratterizzano l’abbinamento/interazione di biomolecole a nanomateriali per scopi tecnologici
- Conoscenza dei principali metodi di caratterizzazione di sistemi nanobiotecnologici, e capacità di scegliere i piu’ adatti a seconda del tipo di sistema
- Conoscenza dei metodi di microscopia elettronica e capacità di individuare le modalità di osservazione più adatte a sistemi di interesse biotecnologico

Oggetto:

Course delivery

Traditional

Oggetto:

Learning assessment methods

Learning assessment methods
Modalità di verifica dell'apprendimento

Written examination, usually based on 5 open questions

Esame scritto, che di norma prevede 5 domande aperte

Program

Syllabus
Programma

This course is devoted to the knowledge and understanding of physical-chemical features of naomaterials at the basis of their functional behaviours which can be exploited for biotechnological applications.
The topics will then deal with:
"soft" nanomaterials
- self-assembling of amphiphilic molecules resulting in the formation of micelles
- relationships between compositional and structural features of amphiphilic molecules and structure and functional behaviour of micelles
- methods for the characterization of micelles-based nanomaterials
- cases-study related to actual or potential application of self-assembled soft materials in biotechnology (e.g, drug delivery, gene therapy)

"hard" nanomaterials
- oxide nanoparticles (typically made of silica), hybridized with fluorophores, intented for applications in "in vitro" and "in vivo" optical imaging: preparation, characterization, surface functionalization for targeting, possible uses
- metal nanoparticles(typically made of gold): origin and dependences of peculiar optical behaviours (plasmon resonance, effect on the emission features of nearby fluorophores), possible uses in cellular and molecular biology
TImaging of nanoparticles: electron microscopy
Scanning electron microscopy: principles; signals to be exploited for the formation of images; type of information present in the images depending on teh signal collected; sample preparation; uses in biology/biotechnology
Transmission electron microscopy: principles; origin and importance of the high resolution, sample preparation; uses in biology/biotechnology
Chemical analysis by energy dispersion spectroscopy of X-rays emitted by samples impinged by a beam of accelerated electrons: principles; uses in biology/biotechnology

Questo insegnamento è dedicato alla conoscenza e comprensione di caratteristiche chimico-fisiche di nanomateriali che sono alla base di comportamenti funzionali degli stessi di interesse per applicazioni in campo biotecnologico.
Gli argomenti trattati riguardano quindi:
nanomateriali "soft"
- fenomeni di self-assembling di molecole anfifiliche a formare sistemi micellari
- interrelazioni tra caratteristiche di molecole anfifiliche e struttura e funzionalità di aggregati micellari
- metodi di caratterizzazione di sistemi micellari
- esempi di applicazioni esistenti (drug delivery da micelle di copolimeri a blocchi)e di indirizzi di ricerca e sviluppo relativi ad utilizzi biotecnologici di sistemi micellari (vettori per terapia genica)
nanomateriali "hard"
- nanoparticelle ossidiche, tipicamente silicee, ibridizzate con fluorofori per imaging ottico in vitro ed in vivo: caratteristiche, preparazione, metodi di caratterizzazione, funzionalizzazione di superficie per targeting
- nanoparticelle metalliche (tipicamente di Au), natura e dipendenze del comportamento ottico (risonanza plasmonica; effetti nei confronti di fluorofori), utilizzo di tale comportamento per applicazioni biomolecolari
Tecniche di imaging di nanoparticelle: microscopia elettronica
Microscopia elettronica a scansione: principi, caratteristiche, segnali utilizzabili per la formazioni di immagini e relativo contenuto informativo; preparazione dei campioni. Esempi di utilizzo in ambito biologico/biotecnologico
Microscopia elettronica in trasmissione: principi, caratteristiche; origine ed importanza della possibilità di ottenere elevate risoluzioni; preparazione dei campioni. Esempi di utilizzo in ambito biologico/biotecnologico
Analisi chimica tramite spettrometria a dispersione di energia di raggi X caratteristici emessi dai campioni durante le osservazioni di microscopia elettronica. Esempi di utilizzo in ambito biologico/biotecnologico

Master Program in Molecular Biotechnology