biotecnologie molecolari e industriali

Conoscenze di base sul sistema immunitario e sui principali approcci immunologici nel settore biotecnologico. In particolare, conoscenze sulle classiche e moderne strategie di produzione di anticorpi policlonali e monoclonali; sulle applicazioni diagnostiche e terapeutiche degli anticorpi in campo oncologico, reumatologico e cardiologico; sulle fondamentali tecniche immunochimiche e di immunofluorescenza, incluso il citofluorimetro; sulle principali applicazioni in ricerca delle tecnologie di Immunoprecipitazione per l’analisi di proteine, RNA, e cromatina.

Biotecnologie che utilizzano strumenti immunologici in ambito di studio, diagnosi e terapia della patologia umana, con una selezione degli strumenti immunologici, cellulari e molecolari, più avanzati.

Biologia cellulare e trasduzione della segnalazione. Cellule del sistema immunitario innato e specifico. Meccanismi di base della reattività immunitaria.

Lezioni frontali, discussioni in aula, visualizzazione e commento di immagini e procedure di laboratorio. Visualizzazione di filmati. Lavori in gruppo. Inverted classes. Peer to peer teaching

-Immunologia di base: immunità innata ed acquisita. Antigeni e riconoscimento antigenico da parte dei linfociti B e T. La risposta anticorpale. Reazioni di ipersensibilità di I-IV tipo le allergie e i saggi diagnostici. - Struttura e funzione degli anticorpi (Ab) o immunoglobuline (Ig). - Immunoprecipitazione di proteine: Principi e usi. - Saggi e metodi immunologici basati sulla reazione antigene-anticorpo: precipitazione (in soluzione ed in gel di agarosio) e agglutinazione. Alcune applicazioni in campo biomedico diagnostico: tipizzazione sanguigna, tipizzazione batterica, test di gravidanza, test di Coombs. Nefelometria, Turbidimetria - Anticorpi policlonali: produzione di un antisiero e sue applicazioni. - Anticorpi monoclonali (mAb): produzione di mAb murini, chimerici, umanizzati, umani (mediante la tecnologia del phage display, animali transgenici ed altre tecnologie). - Applicazioni degli mAb in campo biomedico diagnostico e terapeutico. - Meccanismi dell'attività degli anticorpi terapeutici - Anticorpi bispecifici , BITEs e Frammenti variabili a catena singola (scFv) - Recettori antigenici chimerici (CARs) - Anticorpi impiegati in terapia antiinfiammatoria e nelle patologie immunitarie - Anticorpi impiegati in terapia ipocolesterolemizzante - Risposta immunitaria ai tumori e immunoterapia dei tumori. - Trasduzione del segnale dei fattori di crescita e principali tipi di recettori. - Anticorpi attivi sulla segnalazione proliferativa e angiogenetica - Anticorpi utili alla attivazione dell’ immunità antitumorale (sistema CTLA-4, PD-1 PDL, altri) - Immunoterapie cellulari e CAR-Ts - Combinazioni immunoterapeutiche. - Struttura della cromatina e regolazione epigenetica dell’espressione genica - Immunoprecipitazione della Cromatina (ChIP) - ChIP Sequencing e ChIP on chip - Immunoprecipitazione di RNA (RIP) - RIP-Sequencing - Tecniche di immunofluorescenza diretta e indiretta per l'identificazione di antigeni di superficie ed intracellulari. - Citometria a flusso. Le sue applicazioni nell'analisi del fenotipo leucocitario normale e patologico. Cenni di separazione (sorting) cellulare. - Saggi Radio-Immunologici (RIA, radio immuno-assay) e di Adsorbimento Immuno-Enzimatico ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay), per l'identificazione ed il dosaggio di antigeni ed anticorpi. Alcune applicazioni in campo biomedico diagnostico - Trapianti ed il rigetto dei trapianti: la tipizzazione tissutale e i saggi di compatibilità donatore-ricevente. - Risposta immunitaria alle infezioni e strategie per lo sviluppo di vaccini.

Discussione in aula. Presentazione di specifici argomenti e approfondimenti e Ricerche bibliografiche, come costituenti di esame orale. L'esame tende a verificare le conoscenze nel campo dell'Immunologia molecolare, la capacità di comunicare le conoscenze, la capacità di espandere le conoscenze con la ricerca bibliografica, la capacità di applicare le conoscenze a un caso concreto rappresentato da una problematica di ricerca e la capacità di creare collegamenti tra argomenti differenti e la capacità di lavorare in team. L'esame comprende la costruzione autonoma di un elaborato originale e l'esposizione del suo contenuto in un tempo specificato di 20 minuti.

Janeway's Immunobiology Garland Science Abbas, Lichtman, Pillai: Cellular and Molecular Immunology

L'obiettivo principale del corso è quello di fornire agli studenti le conoscenze di base per comprendere i fondamenti teorici ed alcuni metodi sperimentali della biofisica molecolare, anche in vista della loro applicazione nel campo della crioconservazione. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno: - i costituenti della materia biologica e le loro interazioni. Aggregazione ed autoassemblaggio. Le biomacromolecole. Viscoelasticità e bioreologia. Transizioni di fase e transizione vetrosa. - i principi e le potenzialità di alcuni metodi sperimentali della biofisica molecolare, quali la protein crystallography, la spettroscopia di fotocorrelazione e la spettroscopia Brillouin, le tecniche di imaging spettroscopico, le microscopie STM ed AFM Le principali abilità che il corso si propone di trasmettere sono: - saper usare le leggi fisiche fondamentali per interpretare alcuni aspetti di base della struttura, dinamica e funzione delle molecole biologiche - saper analizzare alcuni esperimenti spettroscopici tipici della biofisica molecolare, conoscendone potenzialità e limiti.

Costituenti della materia biologica e loro interazioni. Aggregazioni ed autoassemblaggio. Le biomacromolecole. Viscoelasticità e bioreologia. Transizione vetrosa e processi coinvolti nei protocolli di crioconservazione. Elementi di ottica ondulatoria e di meccanica quantistica per la comprensione dei metodi sperimentali della biofisica molecolare, quali la protein crystallography, la spettroscopia di fotocorrelazione e la spettroscopia Brillouin, le tecniche di imaging spettroscopico, le microscopie STM ed AFM.

Al fine di comprendere i contenuti del corso è opportuno aver acquisito conoscenze di base di Chimica, Fisica e Biologia Molecolare.

Sono previste lezioni frontali su tutti gli argomenti trattati nel corso ed esperimenti di laboratorio riguardanti le spettroscopie di fotocorrelazione, Brillouin, Raman e di imaging spettroscopico.

Elementi di fisica della materia soffice biologica. Costituenti della materia biologica e loro interazioni. Aggregazioni ed autoassemblaggio. Le biomacromolecole. Viscoelasticità e bioreologia. Transizione vetrosa e processi coinvolti nei protocolli di crioconservazione. Elementi di ottica ondulatoria. Onde elettromagnetiche. Interferenza, e diffrazione. Relazione di Bragg. Metodi sperimentali: Protein crystallography. Spettroscopia di fotocorrelazione e spettroscopia Brillouin. Elementi di meccanica quantistica Soluzione della Equazione di Schrödinger in alcuni casi notevoli: barriera di potenziale, buca di potenziale, oscillatore armonico. Metodi sperimentali: STM e AFM per applicazioni biologiche. Spettroscopie vibrazionali e loro applicazioni biofisiche.

L'esame consiste in una prova orale, una discussione della durata di circa 45 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza sui contenuti tecnici e metodologici del corso (i costituenti della materia biologica e le loro interazioni. Aggregazione ed autoassemblaggio. Le biomacromolecole. Viscoelasticità e bioreologia. Transizione vetrosa.Principi e le potenzialità di alcuni metodi sperimentali della biofisica molecolare, quali la protein crystallography, la spettroscopia di fotocorrelazione e la spettroscopia Brillouin, le tecniche di imaging spettroscopico, le microscopie STM ed AFM). La prova orale consentirà, inoltre, di verificare le capacità di comunicazione dell'allievo con proprietà di linguaggio ed organizzazione autonoma dell'esposizione. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Dispense del docente, articoli e capitoli di libri di testo ivi indicati.

Conoscenza e comprensione della struttura e delle proprietà biologiche dei microrganismi nelle situazioni ambientali. Capacità di applicare conoscenza e comprensione di modelli matematici, fisici, statistici e informatici per l'analisi e l'elaborazione dell'informazione e dei dati sperimentali relativamente a sistemi e processi biologici; Capacità di applicare conoscenza e comprensione delle principali tecniche di indagine microbiologica.

Inquadramento tassonomico dei microrganismi (procarioti ed eucarioti) di interesse ambientale. Cenni di genetica dei microrganismi nelle condizioni ambientali Metodologie coltura dipendenti e coltura indipendenti per definire i microbiota e i microbiomi di interesse ambientale. Funzioni dei microrganismi nell’ambiente, cicli bio-geochimici. Smaltimento e riutilizzo di plastiche fossili e bioplastiche. Applicazioni ambientali: monitoraggio, marker ambientali, bioremediation, compostaggio, produzione di energia da biomasse. Approccio One Health alla microbiologia ambientale; servizi ecosistemici, impatto economico dei microrganismi ambientali Principi di certificazione ambientale.

Lezioni frontali, esercitazioni numeriche Il Corso comprende lo sviluppo di un progetto di analisi ambientale coltura dipendente e coltura indipendente di una matrice ambientale. Visite in aziende del settore

Cenni di storia della microbiologia ambientale e sua importanza nella sostenibilità globale. Inquadramento tassonomico e filogenetico di batteri, archea e funghi con enfasi in quelli di maggior interesse ambientale. Cenni di genetica dei microrganismi nelle condizioni ambientali, concetti relativi alla selezionabilità delle mutazioni, alla genetica della crescita in condizioni di limitazione nutrizionale. Richiami delle categorie nutrizionali microbiche per la classificazione funzionale generica. Sistemi colturali di analisi microbiologica, concetto di isolamento, ricerca e conta, arricchimento e selezione. Identificazione e tipizzazione Sistemi coltura indipendenti, NGS, pipeline bioinformatiche. I microrganismi del ciclo del carbonio, dell’azoto, cenni ai microrganismi del ciclo dello zolfo. Monitoraggio ambientale, marcatori microbici per evidenziare lo stato di salute degli ambienti. Tecnologie di Bioremediation in situ ed ex-situ. Selezione dei microrganismi per la bioaugmentation. Produzione di energia (Metano e idrogeno), compostaggio. Approccio One Health alla microbiologia ambientale Principi di certificazione ambientale.

Esame orale. Griglia di valutazione per l’orale. Attinenza della risposta alla domanda, articolazione e completezza della risposta, proprietà di linguaggio, capacità di collegamento con argomenti del corso e dei corsi precedenti. Informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Microbiologia ambientale ed elementi di ecologia microbica- Barbieri et. Al. Casa Editrice Ambrosiana Materiali forniti dal docente nella piattaforma Unistudium-Unipg Contattare il docente per ulteriori informazioni in quanto il testo può essere soggetto a cambiamenti

Definizione della libertà della ricerca e dei suoi limiti Conoscenza dei principi etici e delle regole giuridiche della ricerca scientifica nell'ambito del Diritto dell'Unione Europea

Il corso si propone di approfondire gli aspetti della transizione economica in chiave innovativa. Le imprese di oggi devono infatti saper guidare il cambiamento dalla gestione tradizionale a quella innovativa o per così dire 4.0 per mantenersi competitive sul mercato. I temi cardine di questo corso sono quindi identificabili nello studio delle caratteristiche della Quarta Rivoluzione Industriale, del divario tecno-aziendale, delle nuove conoscenze da gestire ed ancora dei sistemi contabili connessi all'impresa 4.0.

Libertà academica Limiti alla libertà della ricerca Principi etici Regolamentazione della ricerca biomedica ed in altri settori

• La Quarta Rivoluzione Industriale - Gli attori del cambiamento in atto - Le conoscenze a disposizione e la loro gestione - Le leve per l'innovazione aziendale - I modelli contabili e di rendicontazione

Non applicabile

nessuno

Lezioni frontali, esame delle fonti e studio dei casi

• Didattica frontale - Esercitazioni - Letture di specializzazione - Analisi di casi aziendali
• Aspetti giuridici della libertà accademica - Limiti alla libertà accademica - Regolamentazione giuridica della scienza - L'azione dell'Unione Europea in materia di scienza e tecnologia - Questione etiche nella partecipazione ai progetti finanziati dalla UE - I principi etici fondamentali nell'ambito del diritto UE - La regolamentazione europea nella ricerca biomedica ed in altri campi della scienza

1. PRODROMI DELL'EVOLUZIONE IN CHIAVE 4.0. Aspetto chiave: - il rapporto fra lo sviluppo economico e l’innovazione 2. CONTESTO AMBIENTALE Aspetti chiave: - le tecnologie della Quarta Rivoluzione Industriale - le variabili ambientali 3. ATTORI DEL CAMBIAMENTO Aspetti chiave: - Il ruolo dello Stato-innovatore - Il ruolo delle imprese - Il sistema di correlazione micro-macro nei processi di innovazione (il techno-corporate gap e il gap tecnologico) - La corporate governance (funzionamento del sistema di controllo e logica di impresa) 4. CONOSCENZA E TECNOLOGIA Aspetti chiave: - Il know-how differenziale - L’attività di ricerca - L’innovazione 5. LEVE PER L’INNOVAZIONE Aspetti chiave: - Le risorse - Le strategie - La creazione di valore condiviso 6. RAPPRESENTAZIONE CONTABILE NEI BILANCI DELLE INNOVAZIONI Aspetti chiave: - Modelli contabili e di rendicontazione - Gli intangibili

Esame orale

esame scritto o orale

Da concordare con il docente

Rangone A. (2026) Teoria Generale dell'Impresa. KDP

L’obiettivo principale del corso è fornire agli studenti le conoscenze fondamentali sulla progettazione, sulle proprietà e sulle applicazioni dei biomateriali, con particolare attenzione al concetto di biocompatibilità e alle interazioni tra materiali e ambiente biologico. Il corso intende inoltre fornire gli strumenti per comprendere le relazioni tra composizione, struttura, proprietà e comportamento dei biomateriali, e per valutare il ruolo delle superfici, delle strategie di modifica superficiale e delle tecnologie avanzate basate su materiali biocompatibili. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno: il concetto di biomateriale e di biocompatibilità; i principali tipi di legame nei materiali e gli elementi di base della struttura dei solidi; le proprietà fondamentali dei materiali, incluse proprietà meccaniche, termiche, chimico-fisiche, elettriche e superficiali; le relazioni tra composizione, struttura, proprietà e applicazioni dei biomateriali; le principali classi di biomateriali: polimerici, metallici, ceramici e compositi; le tecnologie consolidate basate sull’impiego delle diverse classi di biomateriali; le interazioni tra materiali e ambiente biologico, con particolare riferimento al ruolo delle superfici e ai fenomeni all’interfaccia; i principali metodi di modifica superficiale dei biomateriali; esempi di tecnologie avanzate basate su biomateriali, inclusi dispositivi biointegrati e sensori; cenni alla normativa di riferimento. Le principali abilità sviluppate saranno: saper collegare composizione, struttura, proprietà e applicazioni dei biomateriali; saper elaborare criteri di scelta per la selezione di materiali biocompatibili in funzione dell’applicazione; saper riconoscere il ruolo delle superfici e delle interazioni all’interfaccia nel comportamento dei biomateriali in ambiente biologico; saper individuare strategie di modifica superficiale per modulare la risposta dei biomateriali; saper discutere esempi di tecnologie basate su biomateriali e dispositivi biointegrati, valutandone potenzialità e limiti applicativi.

L’obiettivo principale del corso è fornire agli studenti le conoscenze fondamentali sui processi sostenibili di trasformazione delle biomasse e delle biomasse di scarto, con particolare attenzione al loro ruolo nella transizione energetica, nella bioeconomia e nella produzione di bioenergia, chemicals e materiali bio-based. Il corso intende inoltre fornire gli strumenti per comprendere le relazioni tra composizione della biomassa, tecnologie di pretrattamento, processi di conversione e strategie di valorizzazione in ottica di bioraffineria. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno: il concetto di biomassa e biomassa di scarto come risorsa rinnovabile; la composizione delle principali biomasse vegetali e lignocellulosiche; i principi della chimica verde e della chimica sostenibile applicati alla valorizzazione delle biomasse; le principali tecnologie di pretrattamento della biomassa; i principali processi di conversione biochimici, chimici e termochimici; il concetto di bioraffineria e di integrazione tra diversi processi di valorizzazione; le principali molecole piattaforma derivate dalla biomassa e il loro impiego nella produzione di biocarburanti, prodotti chimici e materiali bio-based; esempi di applicazioni industriali e casi studio nel settore della bioeconomia. Le principali abilità sviluppate saranno: riconoscere le diverse tipologie di biomassa e valutarne il potenziale impiego in processi di valorizzazione; collegare la composizione della biomassa alle strategie di pretrattamento e conversione più appropriate; confrontare diversi processi di trasformazione della biomassa in termini di sostenibilità, efficienza e possibili applicazioni; applicare i principi della chimica sostenibile all’analisi di processi di conversione della biomassa; discutere esempi di bioraffineria e applicazioni industriali, individuandone potenzialità e limiti.

Il corso introduce i fondamenti della progettazione dei biomateriali, con particolare attenzione al concetto di biocompatibilità e alla relazione tra struttura, proprietà e applicazioni. Saranno trattate le principali classi di biomateriali (polimerici, metallici, ceramici e compositi) e alcune tecnologie consolidate basate sul loro impiego. Il corso approfondirà inoltre l’interazione tra materiali e ambiente biologico, il ruolo delle superfici e dei fenomeni all’interfaccia, nonché le principali strategie di modifica superficiale. Saranno infine discussi esempi di tecnologie avanzate basate su biomateriali, inclusi dispositivi biointegrati come la e-skin, e saranno forniti cenni alla normativa di riferimento.

Il corso introduce il ruolo delle biomasse e delle biomasse di scarto nella transizione energetica e nella bioeconomia, con attenzione ai principi della chimica verde e sostenibile. Saranno trattate composizione, pretrattamento e principali processi di conversione della biomassa per la produzione di bioenergia, molecole piattaforma, prodotti chimici e materiali bio-based. Saranno inoltre discussi il concetto di bioraffineria, le applicazioni industriali e casi studio di valorizzazione sostenibile dei residui agro-industriali.

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Lezioni frontali dedicate agli argomenti del corso. Sono inoltre previste attività in modalità flipped classroom, basate sulla lettura e discussione guidata in aula di articoli scientifici selezionati e casi studio applicativi.

Lezioni frontali dedicate agli argomenti del corso. Sono inoltre previste attività in modalità flipped classroom, basate sulla lettura e discussione guidata in aula di articoli scientifici selezionati e casi studio applicativi relativi alla valorizzazione sostenibile delle biomasse.

Definizione di biomateriale e concetto di biocompatibilità. Richiamo ai principali tipi di legame nei materiali. Struttura dei solidi: materiali cristallini e amorfi, difetti nei solidi. Proprietà fondamentali dei materiali: proprietà meccaniche, elettriche, superficiali; relazione tra composizione, struttura, proprietà e applicazioni. Principali classi di biomateriali: polimerici, metallici, ceramici e compositi. Tecnologie consolidate basate sulle diverse classi di biomateriali. Interazione tra materiali e ambiente biologico: ruolo delle superfici e fenomeni all’interfaccia. Principali metodi di modifica delle superfici dei biomateriali. Tecnologie avanzate basate su biomateriali. E-skin come caso studio di dispositivo biointegrato. Cenni alla normativa di riferimento.

Biomasse e biomasse di scarto come risorse rinnovabili nella transizione energetica e nella bioeconomia. Composizione delle principali biomasse vegetali e lignocellulosiche. Principi di chimica verde e chimica sostenibile applicati alla trasformazione delle biomasse. Tecnologie di pretrattamento della biomassa e dei residui agro-industriali. Processi biochimici, chimici e termochimici per la conversione della biomassa. Strategie di valorizzazione della biomassa per la produzione di bioenergia, biocarburanti, chemicals e materiali bio-based. Concetto di bioraffineria e integrazione tra diversi processi di conversione e valorizzazione. Principali molecole piattaforma derivate dalla biomassa e loro trasformazione in bioprodotti. Confronto tra diverse strategie di valorizzazione in termini di efficienza, sostenibilità, consumo energetico e generazione di scarti. Casi studio di ricerca e sviluppo e applicazioni industriali per la valorizzazione sostenibile di biomasse e residui agro-industriali.

La valutazione consiste in una prova orale, della durata indicativa di circa 30 minuti, volta ad accertare la conoscenza dei contenuti del corso e la capacità di collegare struttura, proprietà, biocompatibilità, applicazioni e interazioni dei biomateriali con l’ambiente biologico.

La valutazione consiste in una prova orale, della durata indicativa di circa 30 minuti, volta ad accertare la conoscenza dei contenuti del corso e la capacità di collegare composizione della biomassa, tecnologie di pretrattamento, processi di conversione, strategie di bioraffineria e aspetti di sostenibilità.

Materiale didattico disponibile sulla piattaforma UniStudium: https://www.unistudium.unipg.it/unistudium/login/index.php Testo di riferimento consigliato: L. Stanciu, S. Diaz-Amaya, Introductory Biomaterials: An Overview of Key Concepts, 1st ed., Academic Press, 2021. Il testo è accessibile attraverso le risorse elettroniche di Ateneo, previo accesso con credenziali istituzionali, tramite ProQuest: https://www.proquest.com/

Il materiale didattico sarà reso disponibile sulla piattaforma UniStudium. Si consiglia inoltre la consultazione di testi e risorse bibliografiche disponibili attraverso le risorse elettroniche di Ateneo, previo accesso con credenziali istituzionali, tramite la piattaforma ProQuest: https://www.proquest.com/.

Fornire allo studente le conoscenze basiche sui materiali polimerici, sul loro comportamento, fisico chimico e meccanico, e sulla loro lavorazione

Il Corso prenderà in esame i principali aspetti delle caratteristiche, delle proprietà e delle tecnologie dei materiali polimerici. Partendo dalle definizioni e dalle caratteristiche chimico fisiche dei materiali polimerici, verranno studiati i processi di sintesi dei polimeri, le loro proprietà. Infine verranno studiati i principali processi per la produzione di manufatti polimeric

Chimica di base matematica fisica

lezioni frontali

Definizioni, struttura, classificazione: polimeri termoplastici, polimeri termoindurenti, omo e co-polimeri, peso molecolare e distribuzione dei pesi molecolari. Polimeri comuni, tecnopolimeri, biopolimeri, e blends. Polimerizzazione a stadi: Introduzione, meccanismo di reazione. Teoria di Carothers, teoria di Flory (distribuzione più probabile), cinetica, policondensazione polifunzionale: teoria di Carothers e teoria di Flory sulla gelificazione. Polimerizzazione a catena: Meccanismo di reazione, cinetica, energia di attivazione, grado di polimerizzazione medio, auto-accelerazione, trasferimento di catena, effetti della temperatura, inibizione e ritardo. Copolimerizzazione: Classificazione dei copolimeri. Equazione di composizione di un copolimero. Miscela azeotropica. Determinazione della quantità di monomero non reagito. Struttura:. Cristalli polimerici. Determinazione della struttura cristallina. Polimeri semicristallini, sferuliti, grado di cristallinità, spessore del cristallo e orientazione, Termodinamica della cristallizzazione e meccanismo molecolare, teoria di Hoffman. Legge di Avrami. Fusione, fattori che influenzano la temperatura di fusione Polimeri amorfi. Teoria del volume libero e transizione vetrosa, Eq. Gordon-Taylor copolimeri. Dipendenza della Tg dalla struttura chimica. Elastomeri Proprietà meccaniche:. “Yield “dei polimeri, fenomenologia, necking, Criteri di snervamento con dipendenza dalla pressione. Dipendenza da velocità e temperatura Viscoelasticità: Definizioni. Variazione di stress e strain nel tempo. Modello di Maxwell; Modello di Voigt (o Kelvin); Standard Linear Solid. Principio di sovrapposizione di Boltzman, Test meccanico-dinamici. Pendolo di torsione. Dipendenza del comportamento viscoelastico dalla frequenza. Transizioni e strutture polimeriche. Elasticità delle Gomme Considerazioni Termodinamiche energia libera Reologia e Reometria: comportamento reologico dei polimeri misurazione della viscosità dei fusi polimerici, sovrapposizione tempo temperatura, Eq, WLF Analisi Termica: Calorimetria termogravimetria, dilatometria Analisi Dinamico meccanica Solubilità dei polimeri: criteri di solubilità dei materiali polimerici, parametro di solubilità, teoria di flory Huggings. Lavorazione: Processi di produzione dei materiali polimerici, Estrusione e co-estrusione concetti base e funzionamento. Filatura e Filmatura apparecchiature ed esempi di modellazione di processo. Stampaggio ad iniezione principi di funzionamento e principali problematiche. Lavorazione dei Polimeri Termoindurenti

Esame Orale

Fondamenti di struttura, proprietà e tecnologia dei polimeri a cura di Enrico Pedemonte http://nuovacultura.it/catalogo/fondamenti-struttura-proprieta-tecnologia-dei-polimeri/ R. J. Young and P.A. Lowel: Indroduction to Polymers. Chapman ed. F. Rodriguez: “Principles of Polymer Systems” Mc Graw Hill

L'obiettivo principale dell'insegnamento è quello di fornire agli studenti una buona conoscenza delle caratteristiche strutturali e funzionali delle proteine, delle loro modalità di produzione, purificazione e ottimizzazione, nonché delle loro potenziali applicazioni nei vari settori biotecnologici. Le conoscenze acquisite dovranno consentire allo studente di comprendere le diverse modalità di azione e valutare in modo critico i parametri che possono influenzarne l’attività al fine di saper prevedere le possibili applicazioni nei diversi settori biotecnologici, con particolare riguardo al settore industriale. Le esercitazioni pratiche dovranno fornire allo studente gli strumenti necessari per applicare le conoscenze teoriche acquisite al fine di risolvere problemi e progettare esperimenti.

I livelli strutturali delle proteine e il ripiegamento delle proteine. La funzione catalitica delle proteine: cinetica, meccanismi, inibizione, regolazione. La produzione di proteine ricombinanti in procarioti, eucarioti semplici (lieviti) e mammiferi. La produzione e l’ottimizzazione di proteine ricombinanti nel settore medico e industriale.

Lo studente deve possedere una discreta conoscenza di elementi di base di chimica generale ed inorganica, di chimica organica e aver frequentato almeno insegnamento di biochimica nella laurea di primo livello

Il corso è organizzato come segue: - lezioni frontali in aula inerenti agli argomenti previsti dal programma. Le lezioni saranno svolte con l'ausilio di proiezioni di diapositive e filmati; - seminario finale di ciascuno studente con l’esposizione di un caso di studio della produzione di una proteina; - esercitazioni pratiche in laboratorio. Gli studenti saranno divisi in gruppi di 3-4 ragazzi per gruppo ed effettueranno personalmente le analisi previste dal programma del corso. La parte pratica sarà preceduta da una introduzione in aula.

Parte 1. Dalla sequenza alla struttura e alla funzione delle proteine. Gli aminoacidi: classificazione e legame peptidico, gli angoli di rotazione phi e psi. I legami deboli. La famiglia delle strutture ad elica (alfa-elica, collagene, la poliprolina), il foglietto beta, il ripiegamento beta. L’isomerizzazione cis-trans della prolina. Il paradosso di Levinthal e il folding funnel. Il concetto di dominio e motivo. L'interazione tra interfacce e la struttura quaternaria. Le informazioni funzionali e strutturali della struttura primaria. Il modeling per omologia e Alphafold. Le modifiche post-traduzionali reversibili e irreversibili. Le proteine di membrana: integrali, periferiche e anfipatiche. La sintesi delle proteine di membrana: il sistema SRP e il ruolo del RE. La glicosilazione in N e in O. Parte 2. La funzione catalitica delle proteine. Reazioni catalizzate e non catalizzate. Energia di attivazione, stato di transizione, energia di legame. La cinetica di Michaelis e Menten. Il significato di Vmax e Km: l'esempio degli isoenzimi. Enzimi che non rispettano la cinetica di Michaelis e Menten: le reazioni bimolecolari ordinate, random, a ping-pong. Il concetto di Kcat. La dipendenza della velocità di reazione da temperatura e dal pH. Saggi enzimatici. La classificazione degli enzimi. I meccanismi catalitici: catalisi acido-base, covalente, da ioni metallici. L'esempio della chimotripsina. Gli inibitori irreversibili: reagenti gruppo specifici, analoghi del substrato e dello stato di transizione, inibitori suicidi. Gli inibitori reversibili: competitivi, incompetitivi, misti e loro riconoscimento dal grafico di Lineweaver-Burk. La costante di inibizione, IC50 e EC50. I meccanismi reversibili di regolazione dell'attività enzimatica. Parte 3. La produzione di proteine ricombinanti La produzione di proteine mediante tecnologia del DNA ricombinante: la scelta dell'ospite. Vantaggi e svantaggi della produzione di proteine in batteri. I vettori plasmidici e la cassetta di espressione. Le proteine di fusione: vantaggi e svantaggi. Le strategie di ottimizzazione In E.coli. I lieviti: vettori plasmidi, replicativi e integranti. I vettori di espressione plasmidici in cellule di mammifero e l'ingresso del DNA nella cellula: il concetto di non viral gene delivery. Viral gene delivery: retrovirus e le linee packaging. I vettori lentivirali di prima, seconda e terza generazione. I vettori adenovirali di prima, seconda e terza generazione (gutless). Le strategie di ottimizzazione: rational design, evoluzione guidata, design ex-novo. Mutagenesi sito-specifica e casuale. Parte 4. La produzione di proteine ricombinanti nel settore medico e industriale. L'ottimizzazione dell'insulina e del vaccino per l'epatite B. Proteine utilizzate in ambito industriale: amilasi, pectinasi, cellulasi, laccasi e lipasi. Parte 5. Attività seminariale individuale riguardante la produzione e/o l’ottimizzazione di una proteina di interesse nel settore biomedico o industriale Parte 6. Attività pratiche in laboratorio consistenti nella purificazione di un enzima

L’esame prevede una prova seminariale della durata di 15 minuti che consiste nella esposizione di un caso di studio della produzione di una proteina e di una prova orale che consiste in una discussione relativa agli argomenti trattati durante il corso. La durata dell’esame può variare a seconda dell’andamento della prova stessa, con una durata media di circa 20 minuti totali. La prova orale ha lo scopo di valutare il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunti dallo studente in merito agli argomenti trattati. Inoltre, tale colloquio consentirà di verificare la capacità dell’allievo di comunicare con proprietà di linguaggio e chiarezza di esposizione quanto appreso

Petsko-Ringe Struttura e funzione delle proteine, Zanichelli Materiale di lezione reso disponibile dal docente

Questo insegnamento è il primo dell'intero corso d laureai completamente incentrato sullo studio di sistemi nanostrutturati. L'obiettivo principale dell'insegnamento è trasmettere allo studente le seguenti conoscenze: - definizione di sistema nanostrutturato e importanza della dipendenza delle sue proprietà dalle dimensioni. Differenze con sistemi bulk. - principi termodinamici e cinetici correlati ai processi di sintesi chimica di sistemi nanostrutturati. - risvolti applicativi dei sistemi nanostrutturati L'insegnamento permetterà allo studente di acquisire le seguenti abilità: - individuazione e ottimizzazione dei parametri sperimentali per la sintesi di nanoparticelle metalliche e di semiconduttori. - individuazione delle potenzialità applicative di sistemi nanostrutturati in base alle loro proprietà chimico-fisiche - individuazione dei parametri da ottimizzare per aumentare prestazioni di una nanostrutt

Dopo una breve introduzione ai sistemi nanostrutturati e alle modalità di classificazione si passerà ad illustrare la dipendenza delle loro proprietà chimiche e fisiche dalle dimensioni e ad evidenziare le differenze rispetto ai sistemi bulk. Verranno brevemente presentati esempi di sistem nanostrutturati naturali. La parte centrale del corso riguarda i metodi di preparazione di sistemi nanostrutturati sintetici, in partic nanoparticelle e nanorods, attraverso metodi chimici, la caratterizzazione e loro applicazioni in diversi

Per una piena e agile comprensione dei contenuti del corso è importante avere delle buone basi di chimica generale e chimica (termodinamica, cinetica e nozioni di spettroscopia UV-Visibile).

Il corso è organizzato nel seguente modo: - lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti affrontati durante il corso mediante presentazioni PowerPoint, - ATTIVITà LABORATORIALE. preparazione di una presentaz powerpoint su un argomento concordato con il docente. Esperienze di laboratorio dimostrative presso i laboratori del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie in via Elce di Sotto

Programma esteso PROGR_EST Sì Breve introduzione ai materia nanostrutturati. - Definizione e classificazione in base alle dimensioni e in base alla loro origine. - Dipendenza delle proprietà chimiche e fisiche dei sistemi nanostrutturati dalle dimensioni. Confinamento quantico. Nanoparticelle: - Sintesi di nanoparticelle colloidali mediante metodi chimici. Approccio termodinamico: fattori termodinamici e cinetici che controllano i processi di nucleazione e crescita in soluzioni omogenee. Teoria classica della nucleazione. - Stabilizzazione di nanoparticelle colloidali: stabilizzazione sterica e elettrostatica (teoria DLVO). - Sintesi di nanoparticelle metalliche: riduzione di sali met deposizione elettrochimica. Risonanza plasmonica di superficie. - Sintesi di nanoparticelle di semiconduttori non ossidi: pirolisi di Testi in inglese Language of instruction Italian Contents After a brief introduction to nano-structured materials and t classification, the dependence of chemical and physical properties on dimensionality will be addressed highlighting differences respect to bulk systems. Examples of nanostructured natural systems will be the presented. The main part of the course will concern the preparation methods of nanostructured synthetic systems through chemical methods with special reference to nanoparticles and nanorods followed by their precursori organometallici e non organometallici. Quantum dots: sintesi e proprietà. - Sintesi di nanoparticelle di semiconduttori ossidi: processo sol-gel. - Approccio cinetico: sintesi in micelle, aerosol, pirolisi terminazione della crescita, template sinthesis. Sistemi mono-dimensionali (nanotubi di carbonio: classificazio geometria, proprietà fisiche e chimiche, possibili applicazio Caratterizzazione chimica e fisica di sistemi nanost (spettroscopia UV-Visibile in assorbimento e in emissione, cenni d microscopia elettronica a scansione (SEM) e a trasmissione (TEM microscopia a forza atomica (AFM)). Applicazioni di sistemi nanostrutturati in ambito biomedico, ambientale e energetico. A brief introduction to nano-structured materials, definition and classification. Dependence of chemical and physical properties on dimensionality. Quantum confinement. Nanoparticles: - Synthesis of colloidal nanoparticles through chemical methods. - Thermodynamic approach: thermodynamic and kinetic factors related to nucleation and growth processes in homogeneous solutions. Classic theory of nucleation. - Stabilization of colloidal nanoparticles: steric and electros stabilization (DLVO theory). - Synthesis of metallic nanoparticles: reduction of metallic s electrochemical deposition. Surface Plasmon Resonance. - Synthesis of nonoxide semiconductor nanoparticles: pyrolysis organometallic and non organometallic precursor(s). Quantum dots: synthesis and properties. Passivation. Core-shell systems: epitaxia growth. - Synthesis of semiconductor oxide nanoparticles: sol-gel process. Structural characterization, chemistry and physics of nanostructured systems (Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM), UV- spectroscopy) Applications of nanostructured systems in biomedicine, energy and environment.

L'esame prevede due prove: 1) discussione orale della durata necessaria ad accertare il livello di conoscenza perseguito dallo studente sugli argomenti affrontati durante le lezioni frontali e sulle tecniche analitiche utilizzate durante esperienze di laboratorio. Verrà verificata inoltre la capacità de studente ad esporre i contenuti teorici con un linguaggio scientifico appropriato e il senso critico acquisito nell'affrontare problematiche di carattere applicativo inerenti i sistemi nanostrutturati in ambito medico, biologico, energetico e ambientale. 2) redazione di una presentazione powerpoint su un argome concordato con il docente. L'elaborato consentirà di verificare comprensione da parte dello studente delle problematiche affrontate a lezione e dei principi teorici ad esse correlati e in ultimo la capacità di organizzare i contenuti in forma scritta con un lessico appropriato. La valutazione finale terrà conto sia della prova orale che presentazione. Gli studenti e le studentesse con disabilità e/o con DSA sono invitati/e a visitare la pagina dedicata agli strumenti e alle misure previste e a concordare preventivamente quanto necessario con il/la docen (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

1. Materiale didattico fornito dal docente. 2. NANOSTRUCTURES AND NANOMATERIALS - Synthesis, Properties, and Applications (2nd Edition) © World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd. 3. Nanoscience and nanotechnologies: opportunities and uncertainties (The Royal Society & The Royal Academy of Engineering, 2

Il modulo di “Controllo di Sistemi Biologici Complessi” rappresenta l’unico insegnamento di Termodinamica di non-equilibrio e di dinamica non-lineare per gli studenti della Laurea Magistrale in Biotecnologie Molecolari ed Industriali. L’obiettivo principale di questo modulo è quello di fornire agli studenti le basi concettuali e metodologiche per affrontare l’indagine e la gestione di Sistemi Complessi ed in particolare delle forme viventi. Le principali conoscenze che devono esser acquisite da parte dello studente sono: • criteri evolutivi dei sistemi bio-chimico-fisici fuori dall’equilibrio in senso termodinamico; • auto-organizzazione nel tempo e nello spazio; • determinismo caotico e strutture frattaliche; • Complessità Naturale e Computazionale. Le conoscenze acquisite consentiranno allo studente di: • comprendere le proprietà chimico-fisiche degli esseri viventi; • possedere i paradigmi e le tecniche computazionali necessari per studiare il comportamento degli esseri viventi a livello molecolare ed ecologico; • apprezzare i limiti conoscitivi quando si trattano processi deterministici caotici; • caratterizzare le strutture frattaliche negli esseri viventi.

Fornire agli studenti una visione integrata delle tecniche per la determinazione di strutture molecolari.

Proprietà dei Sistemi Complessi e Complessità Epistemologica. Gli esseri viventi come esempi di Sistemi Complessi. Principi e metodi di indagine di Sistemi Complessi.

Tecniche spettroscopiche per la determinazione di strutture molecolari di interesse biologico.

Conoscenza della Termodinamica di equilibrio.

Nessuno

L’insegnamento dei concetti proposti in questo modulo consisterà in 42 ore di lezioni frontali in cui il docente testerà costantemente l’apprendimento da parte degli studenti per mezzo di domande. La spiegazione di alcuni argomenti verrà assistita dalla proiezione di video e da simulazioni che potranno esser eseguite da ogni studente per mezzo di software che sono disponibili in rete.

lezioni frontali ed esercitazioni di laboratorio

Gli argomenti del corso sono i seguenti: 1) Introduzione alla Complessità Naturale. Proprietà dei Sistemi Complessi e degli esseri viventi. 2) Rivisitazione approfondita del II Principio della Termodinamica. 3) Termodinamica di non-equilibrio. Flussi e Forze. Regimi lineare e non-lineare. Produzione di entropia e criteri di evoluzione per sistemi fuori dall'equilibrio. 4) Analisi lineare di stabilità degli stati stazionari: stati stabili, instabili ed oscillanti. 5) Relazioni ecologiche, reazioni chimiche e biochimiche oscillanti, onde chimiche. Strutture di Turing. Precipitazioni periodiche. 6) Approfondimenti sulle dinamiche in regime non-lineare: Biforcazioni e Determinismo Caotico. 7) Strutture frattaliche. 8) Complessità Naturale ed Epistemologica. Sfide della Complessità Naturale ed Epistemologica.

1. Tecniche di spettroscopia ottica lineare: dall'esperimento ai principi generali 2. Tecniche di assorbimento UV-Vis 3. Emissione di fluorescenza e fosforescenza 4. Attività ottica e spettroscopia di dicroismo circolare. 5. La spettroscopia di assorbimento IR. 6. La spettroscopia Raman. La spettroscopia Raman di Risonanza.

L’apprendimento degli argomenti del corso è testato attraverso una prova orale con domande inerenti i contenuti svolti nella parte frontale del corso. Le domande riguarderanno i principi della Termodinamica di non-equilibrio e della dinamica non-lineare. Gli studenti e le studentesse dovranno dimostrare di aver acquisito le metodologie ed i principi indispensabili per affrontare l’indagine dei Sistemi Complessi. La prova orale durerà tra i 30 e 40 minuti. Gli studenti e le studentesse con disabilità e/o con DSA sono invitati/e a visitare la pagina dedicata agli strumenti e alle misure previste e a concordare preventivamente quanto necessario con il docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

esame orale

P. L. Gentili, “Untangling Complex Systems: A Grand Challenge for Science”, CRC Press, 2018, ISBN 9781466509429.

Dispense

Il corso si propone di fornire agli studenti le conoscenze teoriche e applicative necessarie per comprendere, analizzare e gestire impianti energetici e biotecnologici, con particolare attenzione all'integrazione delle fonti rinnovabili nei processi di laboratorio, ricerca e produzione industriale. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: analizzare il ruolo delle fonti energetiche rinnovabili nella transizione energetica e nei processi biotecnologici; comprendere principi di funzionamento, componenti e configurazioni di impianti solari termici e fotovoltaici, anche con sistemi di accumulo; impostare valutazioni preliminari di producibilità e dimensionamento di impianti fotovoltaici; riconoscere potenzialità e limiti di sistemi energetici in relazione ai fabbisogni energetici di laboratori e impianti biotecnologici; comprendere i processi biotecnologici per la produzione di biocarburanti, biometano, bioidrogeno e biomateriali; interpretare i principali parametri di caratterizzazione delle biomasse e valutarne il potenziale energetico; comprendere il funzionamento di dispositivi e prove di laboratorio per pretrattamento, bio-metanazione, bio-idrogenazione e caratterizzazione ambientale; valutare sostenibilità tecnico-economica e impatti ambientali degli impianti, incluse le emissioni odorigene; applicare best practices attraverso casi di studio, attività progettuali e visite tecniche. Il corso integra lezioni teoriche, esercitazioni, attività progettuali e laboratorio per sviluppare competenze operative utili in ambiti professionali e di ricerca.

Il corso fornisce una panoramica teorica e applicativa delle tecnologie energetiche e degli impianti a servizio delle biotecnologie, con attenzione alla transizione energetica, alla sostenibilità dei processi e all'integrazione tra fonti rinnovabili e sistemi biotecnologici. L’approccio didattico integra lezioni teoriche con analisi di casi di studio, best practices e attività di laboratorio. I temi trattati includono: il contesto energetico nazionale e internazionale e il ruolo delle fonti energetiche rinnovabili; l'impiego dell'energia solare a servizio di laboratori, processi e impianti biotecnologici; gli impianti solari termici e fotovoltaici, inclusi criteri di scelta, componenti, accumuli e strumenti di dimensionamento; altre tecnologie FER di interesse applicativo, tra cui geotermico, pompe di calore e sistemi ibridi; le bioenergie e i processi biotecnologici per la produzione di bioetanolo, biodiesel, biogas, biometano e bioidrogeno e biocarburanti avanzati; la caratterizzazione, il pretrattamento e la valorizzazione di biomasse residuali locali; l'analisi e la mitigazione degli impatti ambientali degli impianti biotecnologici, con particolare attenzione alle emissioni odorigene. Le attività di laboratorio supportano l'apprendimento applicativo mediante prove sperimentali su biomasse e processi di conversione, uso di strumenti per la caratterizzazione, attività progettuali su impianti solari a servizio delle biotecnologie e analisi di casi reali.

Al fine di comprendere la maggior parte degli argomenti dell'insegnamento è necessario possedere nozioni di base di fisica, chimica, bilanci di materia ed energia e delle principali tecniche di laboratorio.

Il corso è organizzato in: 1. lezioni in aula sugli argomenti del corso, supportate da computer, videoproiettore, dati tecnici e casi applicativi; 2. esercitazioni e attività progettuali, con particolare riferimento al dimensionamento preliminare e alla stima della producibilità di impianti solari a servizio delle biotecnologie; 3. attività di laboratorio nei Laboratori del CIRIAF/CRB presso il Polo di Ingegneria, dedicate alla caratterizzazione delle biomasse, ai pretrattamenti, ai processi di conversione e alla misura degli impatti ambientali: le attività svolte saranno discusse nel Quaderno di Laboratorio redatto dagli studenti con il supporto dei docenti. 4. seminari specialistici e analisi di casi di studio su impianti FER, bioenergie e impianti biotecnologici; 5. visite guidate (facoltative) presso impianti biotecnologici e impianti di produzione energetica da fonti rinnovabili, durante le quali gli allievi potranno visionare direttamente gli impianti illustrati a lezione, con particolare riferimento a soluzioni all’avanguardia.

Il programma del corso si articola nelle Unità Formative (che comprendo sia attività in aula che attività di laboratorio) descritte di seguito. U.F.1 - Energia, biotecnologie e sviluppo sostenibile: contesto energetico nazionale e internazionale; transizione energetica; fonti energetiche rinnovabili; ruolo delle bioenergie e delle tecnologie FER nei processi biotecnologici. U.F.2 - Energia solare a servizio delle biotecnologie: radiazione solare; impianti solari termici e fotovoltaici; componenti principali; moduli, inverter, sistemi di accumulo e configurazioni di impianto; criteri di integrazione con laboratori, fermentatori, utenze termiche ed elettriche di impianti biotecnologici; strumenti di stima della producibilità e casi di dimensionamento preliminare. Laboratorio Laboratorio di Impianti solari a servizio delle biotecnologie U.F.3 - Altre FER e sistemi integrati: generalità su eolico, geotermico, pompe di calore e sistemi ibridi; criteri di scelta in funzione dei profili di domanda termica ed elettrica; integrazione con accumuli e reti locali. U.F.4 - Materie prime per impianti biotecnologici: biomasse residuali e sottoprodotti; tipologie, classificazione, proprietà chimico-fisiche, umidità, ceneri, solidi volatili, potere calorifico e frazioni lignocellulosiche. Panoramica dei principali metodi e tecniche di laboratorio per la caratterizzazione presso il Laboratorio del CIRIAF-CRB, Polo di Ingegneria U.F.5 - Processi e tecnologie per la produzione di bioetanolo: idrolisi, fermentazione e distillazione; bioetanolo di seconda generazione; pretrattamenti fisici, chimici e a basso impatto ambientale, inclusi processi organosolv e approcci di green chemistry. Pretrattamenti in laboratorio con solventi organici di biomasse presso i laboratori del CIRIAF. U.F.6 - Processi e tecnologie per la produzione di biodiesel e biocarburanti avanzati: transesterificazione, impiego di glicerina, biodiesel di seconda e terza generazione, processi Fischer-Tropsch e filiere integrate. U.F.7 - Biogas, biometano e bioidrogeno: digestione anaerobica; configurazioni impiantistiche; upgrading del biogas a biometano mediante sistemi a membrana, osmotici e criogenici; usi del biometano; vettore idrogeno e processi biologici per la produzione di bioidrogeno. Processi e tecnologie per la produzione di bioidrogeno e prove di laboratorio per il potenziale di idrogenazione di biomasse. U.F.8 - Impatti ambientali e sostenibilità degli impianti: emissioni odorigene, tecniche di misura, olfattometria dinamica, norme tecniche, campionamento, strategie di mitigazione e casi di studio. Misura dell'impatto odorigeno attraverso olfattometria dinamica (UNI EN 13725:2022) presso il Laboratorio di Olfattometria, Polo di Ingegneria

L'esame prevede una prova orale della durata indicativa di circa 30 minuti. La prova è finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e comprensione dei contenuti teorici e metodologici del corso, la capacità di applicare le competenze acquisite all'analisi di impianti energetici e biotecnologici, l'autonomia di giudizio nella scelta di soluzioni tecniche e la capacità di collegare tecnologie FER, processi biotecnologici e sostenibilità ambientale. Durante la prova potranno essere discussi anche casi di studio, attività di laboratorio, esercitazioni progettuali su impianti solari e soluzioni tecniche per la mitigazione degli impatti ambientali. La prova consente inoltre di verificare la proprietà di linguaggio tecnico, l'organizzazione dell'esposizione e la capacità di sostenere una discussione critica sui temi proposti dalla commissione.

Dispense didattiche e materiale in formato elettronico (pdf) forniti dal docente. Materiali di supporto per l'uso di strumenti di stima e progettazione degli impianti solari, inclusi database e applicativi per la valutazione della producibilità fotovoltaica.

-comprendere il meccanismo funzionale alla base degli adattamenti negli esseri viventi che hanno permesso all'uomo di sviluppare materiali e soluzioni tecnologiche innovative -fornire esempi di strumenti utilizzati per la caratterizzazione dei materiali

Il corso fornisce una panoramica sugli adattamenti negli esseri viventi che hanno permesso all'uomo di sviluppare materiali e soluzioni tecnologiche, ingegneristiche e di design innovative ed eco-compatibili.

Conoscenze di base di biologia

Lezioni frontali ed esercitazioni in laboratorio

Il significato e l'importanza della biomimetica, storia della biomimetica, insetti e superfici funzionali in ottica (superfici riflettenti e antiriflesso), adesione, idrofobicità, grooming, riduzione attrito, biosensori, movimento animale e robotica, sostegno e costruzioni

esame orale della durata di 30 minuti consistente in un colloquio con lo studente con domande inerenti gli argomenti trattati a lezione

Titolo: Biomimesi Sottotitolo: Quando la natura ispira la scienza ISBN-13: 978-8868956431 Autore: Mat Fournier Traduttore: Erica Magnaghi Editore: Edizioni LSWR

L’obbiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti i principi teorici utili per individuare e analizzare le fonti di variabilità del dato di laboratorio e le problematiche che stanno alla base delle metodiche maggiormente utilizzate in biochimica Clinica e Biologia molecolare Clinica. Il programma prevede la presentazione di alcune tra le principali metodiche di indagine di laboratorio, la loro applicazione nella diagnostica di patologie. Le principali conoscenze acquisite saranno:- Conoscenze relative ai principi e tecniche di raccolta, processazione e conservazione dei campioni biologici.- Conoscenze relative alle grandezze e unità di misura in biochimica clinica, fonti di variabilità preanalitica, valori di riferimento e variabilità biologica.- Concetti di base sull'attendibilità analitica: precisione, accuratezza, sensibilità , specificità.-Concetti di base sulla gestione della qualità, valore predittivi e livelli decisionali.-Conoscenze di base relative ai principi delle metodologie maggiormente utilizzate in biochimica clinica :tecniche centrifugative, Spettrofotometria UV-Visibile e Spettrofluorimetria.-Conoscenze di Base relative all’ enzimologia clinica: dosaggio enzimatico , marcatori di tessuto e di organo. -Conoscenza dei principi alla base delle seguenti tecniche utilizzate in biochimica clinica:Elettroforesi acidi Nucleici e Proteine, Western-Blotting, test ELISA, Test RIA e Microscopia a fluorescenza.-Conoscenza dei principi alla base delle seguenti tecniche utilizzate in Biologia Molecolare Clinica:PCR end-point, Real-Time PCR, dHPLC, Sequenziamento del DNA mediante metodo Sanger, NGS (Next Generation Sequencing).-Informazioni generali sull’utilizzo in diagnostica e in ricerca di alcuni tra i più comuni database (NCBI, Enseble Genome Browser database, Globin Gene Server).

-Nozioni necessarie per comprendere il processo di produzione del dato di laboratorio e per la sua interpretazione critica.- Concetti di base sull'attendibilità analitica: precisione, accuratezza, sensibilità , specificità, gestione della qualità.-Concetti di base sulla gestione della qualità, valore predittivi e livelli decisionali.- Grandezze e unità di misura in biochimica clinica, fonti di variabilità preanalitica, valori di riferimento e variabilità biologica.- Principi e tecniche di raccolta, processazione e conservazione dei campioni biologici.- Descrizione dei principi alla base di alcune tra le tecniche più frequentemente utilizzate in biochimica clinica :tecniche centrifugative, Spettrofotometria UV-Visibile e Spettrofluorimetria.- Point-of-Care testing, Chimica allo stato secco.- Enzimologia clinica.- Paramentri biochimici: marcatori di funzione e di lesione di tessuto o di organo con particolare riferimento ai marcatori di danno miocardico e ai marcatori di funzionalità epatica. Descrizione dei principi alla base delle tecniche maggiormente utilizzate in biochimica clinica: Elettroforesi acidi Nucleici e Proteine, Western-Blotting, test ELISA, Test RIA e Microscopia a fluorescenza .- Richiamo ai concetti fondamentali di Biologia Molecolare (genoma, gene, e regolazione genica, traduzione, mutazioni, polimorfismi) e utilizzo di database specifici (es. NCBI, Enseble Genome Browser, Globin Gene Server).-Integrazione tra metodiche di Biochimica Clinica e di Biologia molecolare Clinica: Studio delle Emoglobinopatie- Descrizione dei principi alla base delle tecniche maggiormente utilizzate in Biologia Molecolare Clinica :PCR end-point, Real-Time PCR, dHPLC, Sequenziamento del DNA mediante metodo Sanger.-Principi che sono alla base del NGS (Next Generation Sequencing).

Il corso richiede conoscenze di base di Biochimica, Biologia Cellulare e Genetica.

Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso.

-Nozioni necessarie per comprendere il processo di produzione del dato di laboratorio e per la sua interpretazione critica.- Concetti di base sull'attendibilità analitica: precisione, accuratezza, sensibilità , specificità, gestione della qualità.-Concetti di base sulla gestione della qualità, valore predittivi e livelli decisionali.- Grandezze e unità di misura in biochimica clinica, fonti di variabilità preanalitica, valori di riferimento e variabilità biologica.- Principi e tecniche di raccolta, processazione e conservazione dei campioni biologici.- Descrizione dei principi alla base di alcune tra le tecniche più frequentemente utilizzate in biochimica clinica :tecniche centrifugative, Spettrofotometria UV-Visibile e Spettrofluorimetria.- Point-of-Care testing, Chimica allo stato secco.- Enzimologia clinica.- Paramentri biochimici: marcatori di funzione e di lesione di tessuto o di organo con particolare riferimento ai marcatori di danno miocardico e ai marcatori di funzionalità epatica. Descrizione dei principi alla base delle tecniche maggiormente utilizzate in biochimica clinica: Elettroforesi acidi Nucleici e Proteine, Western-Blotting, test ELISA, Test RIA e Microscopia a fluorescenza .- Richiamo ai concetti fondamentali di Biologia Molecolare (genoma, gene, e regolazione genica, traduzione, mutazioni, polimorfismi) e utilizzo di database specifici (es. NCBI, Enseble Genome Browser, Globin Gene Server).-Integrazione tra metodiche di Biochimica Clinica e di Biologia molecolare Clinica: Studio delle Emoglobinopatie- Descrizione dei principi alla base delle tecniche maggiormente utilizzate in Biologia Molecolare Clinica :PCR end-point, Real-Time PCR, dHPLC, Sequenziamento del DNA mediante metodo Sanger.-Principi che sono alla base del NGS (Next Generation Sequencing).

Esame Orale. Il voto farà media con il modulo di BIOTECNOLOGIE TRASLAZIONALI MOLECOLARI

Materiale Fornito dal Docente Testi di riferimento: Comunicati dal docente all'inizio del corso

Lo scopo del corso è quello di introdurre gli studenti al valore e al potenziale della biologia computazionale, delle analisi quantitative e qualitative dei dati biologici, e fornire loro i concetti e le metodologie bioinformatiche necessarie per le analisi dei dati anche Big Data, la predizione di strutture tridimensionali delle proteine, interazioni proteina-proteina, proteina-RNA.

Biologia computazionale per: (i) lo studio quantitativo e qualitativo dei dati (ii) lo studio di correlazione fra sequenza e struttura/funzione delle proteine (iii) applicazioni della bioinformatica alle biotecnologie molecolari e industriali.

Conoscenze di Biochimica, Biologia Molecolare, Chimica generale, Biologia Cellulare.

Lezioni frontali in aula di bioinformatica, con proiezioni di diapositive e lezioni interattive con computer per ogni studente. Verteranno su metodologie di base per: l’analisi dei dati, approcci di machine learning e studi di biologia strutturale di DNA e proteine.

Bioinformatica: caratteristiche generali. Dati e Database: archiviazione e principali sistemi di interrogazione. Principi di programmazione: Python. Come usare R per un'efficace analisi dei dati. Data science e Data Mining: panoramica sui dati, sulle domande e strumenti con cui lavora un data scientist. Database processing e data cleaning. Analisi esplorativa dei dati. Approcci di Machine Learning e principali algoritmi (KNN, Alberi decisionali, Random Forest, Reti neurali). Applicazioni della bioinformatica alle biotecnologie molecolari e industriali: Analisi di sequenze genomiche e sequenze amminoacidiche. Ricerca di pattern all’interno di una sequenza (nucleotidica, proteica). Proteine e loro evoluzione. Ricerche di similarità in banche dati. Predizione della struttura tridimensionale di una proteina- AlfaFold. Tecniche computazionali e di visualizzazione per la bioinformatica strutturale.

Esame scritto. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Fondamenti di bioinformatica. Manuela Helmer, Citterich,Fabrizio Ferrè, Giulio Pavesi. Zanichelli Bioinformatica. Stefano Pascarella, Alessandro Paiardini. Zanichelli MATERIALE DIDATTICO FORNITO DAL DOCENTE Materiale elettronico da banche dati (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/; https://www.uniprot.org/blast/; https://scholar.google.com/)

Renderli capaci di collegare struttura e funzione delle molecole con i meccanismi biologici complessi e le loro applicazioni traslazionali (meccanismi epigenetici; gene editing; terapia genica; ingegneria tissutale; nanottecncolgie). Fornire loro le conoscenze di base sugli strumenti sperimentali che rendono possibile i moderni avanzamenti della ricerca scientifica.

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti conoscenze avanzate sulle proprietà fisico-chimiche dei bionanomateriali e sui meccanismi che regolano la loro interazione con sistemi biologici. Particolare attenzione sarà dedicata ai fenomeni di autoassemblaggio e nanoaggregazione, alle proprietà fotofisiche emergenti dei materiali aggregati e alle loro applicazioni nel bioimaging, nelle terapie fotoindotte e nella teranostica. Il corso consentirà agli studenti di acquisire competenze teoriche e pratiche nella progettazione, caratterizzazione e applicazione di nanosistemi funzionali per applicazioni biomediche e biotecnologiche, con particolare riferimento ai materiali organici fotoattivi e ai nanomateriali biomimetici.

Biotecnologie innovative per: (i) lo studio dei meccanismi molecolari di base dei processi biologici fondamentali la cui alterazione genera disfunzione o patologia (ii) lo sviluppo di sistemi traslazionali per produrre strumenti di supporto per diagnosi e strategie terapeutiche di patologie e per applicazioni industriali (dalla ricerca di base a quella applicata).

Nanoaggregazione e self-assembly: formazione di nanoaggregati, processi di autoassemblaggio e stabilità colloidale. Nano-bio interfaces: protein corona, interazioni con membrane biologiche e meccanismi di internalizzazione cellulare. Stati eccitati nei materiali aggregati: proprietà fotofisiche emergenti associate all'aggregazione molecolare, tra cui Aggregation-Induced Emission (AIE), Förster Resonance Energy Transfer (FRET), Two-Photon Absorption (TPA) e Singlet Fission. Applicazioni biologiche: bioimaging, terapia fotodinamica (PDT), terapia fototermica (PTT) e approcci teranostici. Interazione con sistemi biologici: targeting passivo e delivery di nanosistemi funzionalizzati, tra cui nanoparticelle responsive agli stimoli. Nanomateriali biologici naturali: vescicole extracellulari (Extracellular Vesicles, EVs) e nanosistemi biomimetici. Tecniche di caratterizzazione: Dynamic Light Scattering (DLS), misura del potenziale zeta (¿-potential), Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) e Tunable Resistive Pulse Sensing (TRPS).

Conoscenze di Biochimica, Biologia Molecolare, Chimica generale, Biologia Cellulare.

Sono richieste conoscenze di base di chimica generale, chimica fisica, biochimica e biologia cellulare. Sono inoltre utili nozioni fondamentali di spettroscopia e fotofisica molecolare.

Lezioni frontali in aula con proiezioni di diapositive e filmati. Alcune lezioni saranno dedicate all'approfondimento di tematiche innovative anche proposte dagli studenti, con il coinvolgimento degli studenti stessi. Lezioni pratiche (3CFU) saranno tenute in laboratorio verteranno su metodologie di base come trasfezione di acidi nucleici su cellule ospiti e analisi tramite immunofluorescenza delle proteine ricombinati prodotte con la tecnica precedente. Allestimento di sistemi bioibridi con cellule staminali e biomateriali e valutazione degli effetti biologici.

L'insegnamento è articolato in lezioni frontali e attività di laboratorio. Le lezioni frontali saranno svolte mediante presentazioni multimediali e discussione di casi studio e articoli scientifici. Le attività di laboratorio si svolgeranno presso i laboratori di Fotofisica e Fotochimica del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie (Via Elce di Sotto, Perugia) e comprenderanno esercitazioni pratiche sulla preparazione e caratterizzazione di nanoaggregati organici, sull'utilizzo di tecniche di caratterizzazione colloidale (DLS e ¿-potential), nonché sull'acquisizione e interpretazione di dati spettroscopici relativi a nanosistemi fotoattivi.

Meccanismi molecolari di base come substrato per lo sviluppo di biotecnologie applicate con riferimento particolare alle applicazioni nell’industria. Epigenetica e Epitrascrittomica; Regolazione dell'espressione genica. MicroRNA; long non-coding-RNA ; CE-RNA. Meccanismo molecolare della Riprogrammazione Genica. Cellule staminali e applicazioni biomediche. Generazione di cellule staminali pluripotente indotte. Terapia genica. Sistema molecolare CRISPR. Ingegneria tissutale: applicazioni di cellule staminali e Biomateriali polimerici e nanocompositi per la generazione di tessuti artificiali. Biotecnologie di base come trasfezione di acidi nucleici su cellule ospiti e analisi tramite immunofluorescenza delle proteine ricombinati prodotte con la tecnica precedente. Allestimento di sistemi bioibridi con cellule staminali e biomateriali e valutazione degli effetti biologici.

Il corso fornisce una panoramica dei principi fondamentali che regolano le interazioni tra bionanomateriali e sistemi biologici, con particolare attenzione ai nanomateriali organici funzionali e alle loro proprietà fotofisiche emergenti. Nanoaggregazione e self-assembly. Formazione di nanoaggregati mediante processi di autoassemblaggio. Proprietà emergenti della materia alla scala nanometrica. Stabilità colloidale, aggregazione e disaggregazione. Stabilizzazione elettrostatica e sterica dei nanosistemi. Tecniche di preparazione di nanoparticelle organiche. Nano-bio interfaces. Interazione tra nanomateriali e fluidi biologici. Protein corona e biomolecular corona. Interazione con membrane biologiche. Principali meccanismi di internalizzazione cellulare e traffico intracellulare. Effetti delle proprietà superficiali sul comportamento biologico dei nanosistemi. Stati eccitati nei materiali aggregati. Richiami di fotofisica molecolare e processi fotoindotti. Proprietà emergenti associate all'aggregazione molecolare. Aggregation-Induced Emission (AIE) e Aggregation-Caused Quenching (ACQ). Trasferimento di energia per risonanza di Förster (FRET). Assorbimento bifotonico (Two-Photon Absorption, TPA). Singlet fission intermolecolare e processi correlati. Relazioni tra organizzazione supramolecolare e dinamica degli stati eccitati. Applicazioni biologiche dei bionanomateriali fotoattivi. Nanosistemi fluorescenti per bioimaging. Sonde ottiche e strategie di imaging in sistemi biologici. Terapia fotodinamica (PDT) e terapia fototermica (PTT). Sistemi teranostici per diagnosi e terapia integrate. Produzione di specie reattive dell'ossigeno e conversione fotone-calore. Interazione con sistemi biologici e targeting. Principi di drug delivery mediato da nanoparticelle. Targeting passivo e targeting attivo. Strategie di funzionalizzazione superficiale. Distribuzione biologica dei nanosistemi e superamento delle barriere biologiche. Nanoparticelle stimuli-responsive, in particolare nanoparticelle sensibili al pH. Nanomateriali biologici naturali. Vescicole extracellulari (Extracellular Vesicles, EVs): classificazione, biogenesi e ruolo nella comunicazione intercellulare. EVs come nanocarrier biologici. Sistemi biomimetici e nanosistemi ibridi. Tecniche di caratterizzazione. Dynamic Light Scattering (DLS), potenziale zeta (¿-potential), Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) e Tunable Resistive Pulse Sensing (TRPS). Tecniche spettroscopiche per la caratterizzazione di nanosistemi fotoattivi. Attività di laboratorio. Le attività pratiche saranno svolte presso i laboratori di Fotofisica e Fotochimica del Dipartimento di Chimica, Biologia e Biotecnologie (Via Elce di Sotto, Perugia). Le esercitazioni comprenderanno la preparazione e caratterizzazione di nanoaggregati organici, misure di dimensione e stabilità colloidale mediante DLS e ¿-potential, acquisizione e interpretazione di spettri di assorbimento ed emissione, studio di fenomeni di Aggregation-Induced Emission (AIE), nonché elaborazione e discussione di dati sperimentali relativi a nanosistemi per bioimaging e applicazioni teranostiche.

Esame orale. Il voto dell’esame sarà dato dalla media del voto dei due moduli. Le domande di esame verteranno su tutto il programma. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con

L'apprendimento sarà verificato mediante una prova orale finalizzata ad accertare la comprensione dei principi teorici trattati durante il corso, la capacità di collegare i diversi argomenti affrontati e la conoscenza delle attività sperimentali svolte durante il laboratorio. Durante la prova verranno valutate la padronanza del linguaggio scientifico, la capacità di ragionamento critico e l'abilità nell'interpretazione di dati e risultati sperimentali.

MATERIALE DIDATTICO FORNITO DAL DOCENTE Materiale elettronico da banche dati (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/; https://www.uniprot.org/blast/; https://scholar.google.com/)

Materiale didattico fornito dal docente. Per approfondire gli argomenti trattati durante le lezioni, articoli scientifici e review selezionati saranno messi a disposizione durante il corso.