Metodologie per prodotto e processo

Introdurre gli studenti all’utilizzo di tecniche di caratterizzazione di ampio utilizzo nell’ambito professionale di sbocco del corso di laurea. L’insegnamento si propone di dare i fondamenti teorici delle tecniche di microscopia ottica e microscopia elettronica. Inoltre, si daranno dei cenni delle basi fisiche della descrizione dei solidi, al fine di comprendere il principio di funzionamento delle tecniche di diffrazione a raggi X o spettroscopia vibrazionale

Nel corso verranno presentate varie tecniche di analisi adatte alla caratterizzazione di biomateriali e nanomateriali, con particolare attenzione alle tecniche di microscopia

Per seguire le lezioni con profitto, è opportuno aver acquisito le conoscenze fornite dagli insegnamenti di Elementi di Matematica e Fisica e Elementi di Chimica

Il corso consiste in lezioni frontali svolte in aula su tutti gli argomenti del programma. Le lezioni saranno alternate ad attività pratiche portate avanti nel corso di Laboratorio collegato

Campi e onde elettromagnetiche. Cenni sulla polarizzazione della materia. Indice di rifrazione. Assorbimento. Elementi di ottica geometrica. Rifrazione e Riflessione. Leggi di Snell. Angolo limite. Lenti e specchi. Sistemi ottici: occhio, microscopio. Elementi di ottica fisica: Onde Coerenti. Esperimento di Young. Interferenza e diffrazione. Cenni di analisi spettrale Elementi di struttura della materia. Atomi- Molecole. Solidi cristallini e solidi amorfi. Reticolo cristallino e diffrazione di raggi X. Legge di Bragg. Vibrazioni dei cristalli. Modi normali di vibrazione. Spettroscopia vibrazionale

La verifica del grado di apprendimento viene condotta mediante una prova orale, che consiste in una discussione della durata di circa 30 minuti. La prova sarà finalizzata ad accertare il livello di conoscenza raggiunto e la capacità comunicativa con linguaggio tecnico-scientifico adeguato alle tematiche trattate. Si affronteranno sia argomenti di carattere teorico-fondamentale che di natura sperimentale riguardanti i vari metodi di analisi indicati nel programma. La valutazione finale verrà stabilita dalla Commissione in trentesimi.

Fondamenti di Fisica – James S. Walker -Pearson A Practical Guide to Optical Microscopy by John Girkin PUBLISHER Taylor & Francis Group – Disponibile nelle risorse elettroniche universitari (https://ebookcentral.proquest.com/lib/unipgit/reader.action?docID=5789245) Dispense del docente

L’insegnamento rappresenta il primo insegnamento delle norme ISO e della Marcatura CE ed esamina la normativa dal punto di vista dei processi e dei prodotti. L'obiettivo principale dell’insegnamento consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare la progettazione, secondo i requisiti di un sistema di gestione per la qualità di un’organizzazione. Tutti i requisiti sono, infatti, di carattere generale e previsti per essere applicabili a tutte le organizzazioni, indipendentemente da tipo o dimensione, o dai prodotti forniti e servizi erogati. Le principali conoscenze acquisite saranno: • che cos’è una norma tecnica; • le norme di qualità; • elementi di base di un sistema di gestione; • conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi di gestione quando un’organizzazione: a) ha l’esigenza di dimostrare la propria capacità di fornire con regolarità prodotti o servizi che soddisfano i requisiti del cliente e i requisiti cogenti applicabili; b) mira ad accrescere la soddisfazione del cliente tramite l’applicazione efficace del sistema, compresi i processi per migliorare il sistema stesso e assicurare la conformità ai requisiti del cliente e ai requisiti cogenti applicabili. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: • la mappatura dei processi; • l’identificazione degli indicatori di processo; • la valutazione delle prestazioni dei processi; • la capacità di pianificazione; • la valutazione delle prestazioni e miglioramento; • il miglioramento continuo.

Le principali norme ISO, oltre alla Marcatura CE, per acquisire una conoscenza delle principali norme di riferimento per definire i requisiti per progettare, implementare e mantenere nel tempo un sistema di qualità

Approfondire i principi di gestione della qualità quali l'approccio per processi e il miglioramento continuo attraverso un monitoraggio sistematico degli stessi. Sviluppare la capacità di analisi del contesto dove si colloca cioè l’organizzazione, la capacità di comprendere la natura del rischio per determinarne il livello di rischio. Valutazione del Rischio, delle cause e delle conseguenze del rischio, determinandone la probabilità di accadimento e l'impatto, al fine di definire le priorità di intervento /mitigazione, l'attenzione al cliente e il coinvolgimento del top management.

Test a risposta quadrupla

UNI EN ISO 9000:2015: Sistemi di gestione per la qualità - Fondamenti e vocabolario; UNI EN ISO 9001:2015: Sistemi di gestione per la qualità – Requisiti; UNI EN ISO 9004:2018: Gestire un’organizzazione per il successo durevole - L’approccio della gestione per la qualità; Marcatura CE.

Fornire allo studente le informazioni basilari dei principali argomenti della fisica classica con particolare riferimento al ‘senso fisico’. Gli studenti dovranno acquisire la capacità di ragionamento logico e della analisi critica di ciò che affronteranno nei corsi successivi. Dovranno essere in grado di porsi le domande corrette per poter affrontare situazioni non previste e per evitare di incorrere in errori grossolani dal punto di vista logico-pratico. Capacità di risoluzione di esercizi e problemi di fisica di base. Più nel dettaglio, e facendo riferimento ai Descrittori di Dublino per gli obiettivi didattici (D1 conoscenza e capacità di comprensione; D2 capacità di applicare conoscenza e comprensione; D3 autonomia di giudizio; D4 abilità comunicative; D5 capacità di apprendimento), lo studente acquisirà le nozioni basilari di fisica classica (D1) per poter essere in grado di interpretare correttamente i principi teorici su cui si basano alcune apparecchiature di analisi, strumenti diagnostici e fenomeni biologici (D2). Durante il corso le capacità di analisi e risoluzione di problemi verranno sviluppate sia proponendo esercizi numerici che consentono di applicare le nozioni teoriche acquisite che attraverso la discussione collaborativa di alcuni fenomeni fisiologici da un punto di vista fisico (D3 e D4). Le capacità acquisite (sia come conoscenze che come approccio metodologico) saranno fondamentali nello studio autonomo di discipline affini e più in generale nell’aggiornamento professionale permanente (D5).

Gli obiettivi principali dell’insegnamento consistono nel fornire agli studenti - le basi per una preparazione metodologica che consenta di affrontare lo studio di numerose applicazioni presenti in tutte le materie del percorso di studi chimico-biotecnologici che richiedono l'utilizzo di strumenti matematici e statistici di base - le conoscenze che permettono la comprensione di metodi matematici, statistici e bioinformatici per l'analisi quantitativa e l'interpretazione di sistemi e di processi biologici. - la capacità di applicare la conoscenza e la 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 chimici e fisici per l’industria di produzione e trasformazione di farmaci, manufatti, materiali e biomateriali, sostanze chimiche, sicurezza ed impatto ambientale dei processi;

Fornire allo studente le informazioni basilari dei principali argomenti della fisica classica con particolare riferimento al ‘senso fisico’. Gli studenti dovranno acquisire la capacità di ragionamento logico e della analisi critica di ciò che affronteranno nei corsi successivi. Dovranno essere in grado di porsi le domande corrette per poter affrontare situazioni non previste e per evitare di incorrere in errori grossolani dal punto di vista logico-pratico. Capacità di risoluzione di esercizi e problemi di fisica di base. Più nel dettaglio, e facendo riferimento ai Descrittori di Dublino per gli obiettivi didattici (D1 conoscenza e capacità di comprensione; D2 capacità di applicare conoscenza e comprensione; D3 autonomia di giudizio; D4 abilità comunicative; D5 capacità di apprendimento), lo studente acquisirà le nozioni basilari di fisica classica (D1) per poter essere in grado di interpretare correttamente i principi teorici su cui si basano alcune apparecchiature di analisi, strumenti diagnostici e fenomeni biologici (D2). Durante il corso le capacità di analisi e risoluzione di problemi verranno sviluppate sia proponendo esercizi numerici che consentono di applicare le nozioni teoriche acquisite che attraverso la discussione collaborativa di alcuni fenomeni fisiologici da un punto di vista fisico (D3 e D4). Le capacità acquisite (sia come conoscenze che come approccio metodologico) saranno fondamentali nello studio autonomo di discipline affini e più in generale nell’aggiornamento professionale permanente (D5).

Gli obiettivi principali del laboratorio consistono nel fornire agli studenti ¿- le basi per affrontare lo studio grafico di diverse applicazioni presenti in tutte le materie del percorso di studi biotecnologici che richiedono l'utilizzo modelli matematici lineari matematici ¿- le conoscenze che permettono la comprensione di semplici modelli matematici, statistici e bioinformatici per l'analisi quantitativa e l'interpretazione e la previsione di sistemi e di processi biologici.¿- la capacità di applicare la conoscenza e la 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.

Introduzione al metodo sperimentale. Elementi di meccanica: cinematica e dinamica del punto materiale. Elementi di elettrostatica.

Disequazioni di primo e secondo grado. Funzioni e principali proprietà. Limiti e continuità. Derivate : crescenza, decrescenza, concavità, convessità. Massimi e minimi e flessi. Grafico di una funzione. cenni sugli integrali indefiniti, definiti e generalizzati nel caso in cui il dominio di integrazione è illimitato. Elementi di statistica descrittiva e inferenziale. Regressione lineare.

Introduzione al metodo sperimentale. Introduzione all'analisi degli errori nella misura di grandezze fisiche. Semplici esperimenti di fisica di base che fanno riferimento agli argomenti trattati nel modulo ELEMENTI DI FISICA

Modellizzazione lineare: processo di costruzione della retta di regressione.

Nozioni di base di algebra e geometria, manipolazione delle espressioni numeriche e letterali, soluzione di equazioni di I e II grado, nozioni di trigonometria.

Per ben comprendere il corso si richiede una minima familiarità con la manipolazione di semplici espressioni algebriche (prodotti notevoli..), col linguaggio della teoria degli insiemi (unione, intersezione, complementare ...), con la risoluzione di equazioni algebriche di primo e secondo grado e con la manipolazione di polinomi. Durante le prime lezioni s i effettuerà comunque un breve ripasso sia degli argomenti sopra citati.

Nozioni di base di algebra e geometria, manipolazione delle espressioni numeriche e letterali, soluzione di equazioni di I e II grado, nozioni di trigonometria.

Conoscenze di base di funzioni elementari dei programmi word e excel.

Lezioni frontali in aula con l’ausilio di proiezione di diapositive e filmati.

Lezioni ed esercitazioni frontali che si svolgono in aula mediante l'utilizzo del tablet per la parte di Analisi Matematica mentre la parte di Statistica verrà svolta tramite presentazione PowerPoint. Il corso è di 21 ore suddivise in 9 ore di teoria con diversi esempi e controesempi e 12 ore rivolte allo svolgimento di esercizi. ¿¿Nell'orario di ricevimento gli studenti potranno essere seguiti in modo personalizzato.

Lezioni frontali. Esperimenti in laboratorio.

Il corso consiste in 12 ore di laboratorio al computer utilizzando i programmi: Word, Excel and Geogebra.

Presentazione del corso. Grandezze fisiche e Sistema Internazionale di Unità di Misura. Moto in una dimensione. Vettore posizione, velocità ed accelerazione. Cinematica unidimensionale. Moto in due e tre dimensioni. Forze e leggi di Newton. Lavoro, potenza ed energia cinetica. Forze conservative ed energia potenziale. Conservazione dell’energia meccanica. La quantità di moto. Impulso e quantità di moto. Conservazione della quantità di moto. Urti fra due corpi. Statica e Dinamica dei Fluidi, densità e pressione, legge di Stevino, legge di Pascal, principio di Archimede, equazione di continuità, equazione di Bernulli. Moto Armonico e Onde, moto armonico ed energia, pendolo semplice, oscillazioni smorzate, forzate e risonanza, onde elastiche e propagazione delle onde, funzione d'onda armonica. Cariche elettriche: forze e campi. Il potenziale elettrico e l’energia potenziale elettrica. La corrente elettrica e i circuiti in corrente continua.

Equazioni e disequazioni di secondo grado. Funzioni e loro proprietà. Le funzioni dei modelli: funzioni esponenziali, logaritmiche, di tipo potenza. Limiti e continuità. Derivate e monotonia: crescenza, decrescenza, convessità' e concavità. Massimi e minimi. Disegno del grafico di una funzione. Integrali: integrale indefinito, tecniche di integrazione (per sostituzione, integrale di funzioni razionali), integrale definito, teorema fondamentale del calcolo integrale. Integrali generalizzati, caso in cui il dominio di integrazione è illimitato.¿¿ Statistica Descrittiva: popolazioni, attributi qualitativi e quantitativi. Frequenze assoluta e relativa. Moda , mediana e media. Varianza e deviazione standard. Distribuzioni bivariate. Covarianza. Retta di regressione. Variabili standardizzate.¿¿ Cenni di Statistica inferenziale. Distribuzione di Gauss.

Il metodo scientifico. La misura in fisica. Il Sistema Internazionale (SI) delle unità di misura. Multipli e sottomultipli. Analisi dimensionale. La misurazione. Metodi di misura: misure dirette e misure indirette. La misura e l’inevitabilità degli errori. Come rappresentare gli errori: notazione; cifre significative; errore relativo. Precisione e accuratezza. Tipi di errore sperimentale: errori di risoluzione strumentale, errori casuali, errori sistematici. Stima degli errori di risoluzione strumentale. Stima degli errori nelle misure ripetibili. Analisi statistica degli errori casuali: valore medio come migliore stima del "valore vero" di una grandezza misurata; deviazione standard dalla media come migliore stima dell’incertezza della singola misura (con livello di confidenza del 68%); deviazione standard della media (o errore standard) come migliore stima dell’incertezza del valor medio (con livello di confidenza del 68%). Distribuzione Gaussiana intorno al valor medio di misure ripetute nel caso di errori casuali ed indipendenti. Come utilizzare gli errori: valutare la consistenza o la discrepanza di un valore misurato di una grandezza fisica con un valore accettato o con il risultato di altre misure; stimare l’incertezza nelle misure indirette. La propagazione degli errori: somme e differenze; prodotti e quozienti; prodotto per una quantità nota; elevamento a potenza. Stima del limite superiore per l'errore propagato. Migliore stima dell'errore propagato nel caso di misure affette da errori indipendenti e casuali. Semplici esperimenti di fisica di base con particolare riferimento agli armomenti trattati nel modulo ELEMENTI DI FISICA

Come costruire un modello. Raccolta dei dati. Costruzione della retta di regressione. Coefficiente di Pearson. Rappresentazione grafica dei dati e della retta di regressione. Previsione.

La modalità di verifica consiste in una prova scritta e orale. La prova orale consiste nella discussione dello scritto, con richiesta di approfondimento della relativa teoria con l’obiettivo di accertare il grado di conoscenza e padronanza dei concetti fondamentali e nell'applicazione degli stessi in problemi di Fisica.

L'esame finale prevede una prova scritta della durata di circa 2 ore, svolta tramite la piattaforma LibreEol, contenente di norma esercizi sia risposta chiusa che a risposta aperta sia sulla parte Analisi Matematica che di Statistica Matematica. Se possibile, il docente organizza prove scritte di esonero. La prova orale è facoltativa, si svolge solo su richiesta dello studente e comunque può essere sostenuta solo nel caso in cui la votazione riportata allo scritto sia maggiore o uguale a 18. La prova scritta è finalizzata a verificare la capacità di applicare correttamente le conoscenze teoriche e ad accertare l'autonomia dello studente nello svolgimento di semplici esercizi basati su modelli precedentemente svolti a lezione.¿¿ Durante la prova scritta per la parte di Analisi Matematica NON è possibile utilizzare il libro di testo e gli appunti, ma solo il formulario (in versione cartacea) scaricabile da UNISTUDIUM. Per la parte di Statistica Matematica è consentito l'utilizzo di calcolatrice, tavole statistiche e slides delle lezioni. Non è possibile utilizzare la calcolatrice del cellulare.¿¿Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

La modalità di verifica consiste nella relazione delle attività di laboratorio e in una discussione orale con l’obiettivo di accertare il grado di conoscenza e padronanza dei concetti trattati.

Esposizione orale del progetto elaborato durante le ore di laboratorio svolte tramite l'utilizzo di computer.

Walker, Fondamenti di Fisica (Casa Editrice Pearson)

M. Bramanti, F. Confortola, S. Salsa: Matematica per le scienze. Con fondamenti di probabilità e statistica, Ed. Zanichelli, Bologna, 2024

Walker, Fondamenti di Fisica (Casa Editrice Pearson)

M. Bramanti, F. Confortola, S. Salsa: Matematica per le scienze. Con fondamenti di probabilità e statistica, Ed. Zanichelli, Bologna, 2024

Lo studente deve conoscere la normativa sulla sicurezza sul lavoro, i diversi soggetti coinvolti e le loro responsabilità.

Lo studente deve conoscere i principali rischi sul luogo di lavoro ed i dispositivi per ridurli.

Evoluzione della sicurezza sul lavoro. Il D. Lgs. 81/2008. I soggetti coinvolti nella sicurezza.

I rischi per la salute e sicurezza nel luogo di lavoro. I cartelli e i pittogrammi. i DPI (Dispositivi di Protezione Individuale).

Non sono previsti esami propedeutici

Non sono previsti esami propedeutici

Il metodo didattico utilizzato consisterà in lezioni frontali in aula, in cui saranno illustrati gli argomenti trattati. Saranno distribuite delle dispense dal docente per facilitare l'apprendimento.

Il metodo didattico utilizzato consisterà in lezioni frontali in aula, in cui saranno illustrati gli argomenti trattati. Saranno distribuite delle dispense dal docente per facilitare l'apprendimento.

Evoluzione della sicurezza sul lavoro dalla fine del'800 ad oggi. Il D.Lgs 81/2008 e successive modifiche ed integrazioni. Il documento di valutazione dei rischi. I diversi soggetti coinvolti: il datore di lavoro, il responsabile del servizio di prevenzione e protezione, il medico competente, gli addetti alle emergenze, il rappresentante dei lavoratori, il lavoratore. Gli organi di vigilanza e controllo. Le sanzioni.

I principali rischi per la salute e la sicurezza. Rischi da agenti fisici: rumore, vibrazioni, microclima. Rischi da agenti chimici e cancerogeni. Rischi da agenti biologici. Rischi da malattie muscolo-scheletriche. Rischi stress da lavoro correlato. Le malattie professionali. I cartelli ed i pittogrammi. I principali DPI.

La verifica dell'apprendimento sarà svolta con un colloquio orale, finalizzato a stabilire il livello di conoscenza della materia ed il raggiungimento degli obiettivi formativi

La verifica dell'apprendimento sarà svolta con un colloquio orale, finalizzato a stabilire il livello di conoscenza della materia ed il raggiungimento degli obiettivi formativi

Dispense distribuite dal docente

Dispense distribuite dal docente

Al termine del corso lo studente dovrà conoscere: strutture e proprietà delle principali macromolecole biologiche (glucidi, lipidi, proteine, DNA); le loro modalità di interazione, le principali vie metaboliche e di produzione di energia della cellula.

Le esperienze di laboratorio riguardanti le metodologie di estrazione delle principali classi di molecole biologiche permetteranno l’acquisizione da parte degli studenti degli approcci e delle pratiche base da seguire in un laboratorio di biochimica.

Struttura e funzione degli acidi nucleici. Struttura e funzione delle proteine. Mioglobina ed emoglobina. Enzimi: catalisi e cinetica. Carboidrati: struttura e funzione. Lipidi strutturali e di riserva. Membrane biologiche: struttura e funzione. Introduzione al metabolismo. Metabolismo terminale: Ciclo degli acidi tricarbossilici. Catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa. Metabolismo dei carboidrati

Esperienze pratiche riguardanti la preparazione di soluzioni e l’estrazione di macromolecole (proteine, lipidi, acidi nucleici) da matrici biologiche.

Al fine di comprendere le tematiche affrontate nel corso lo studente deve avere buone conoscenze di base di Chimica generale ed Inorganica e di Chimica Organica. Per quanto riguarda la parte biologica è indispensabile che gli studenti sappiano padroneggiare quelle semplici conoscenze di base che vengono impartite nelle Scuole Secondarie di I e II Grado. Gli ulteriori approfondimenti saranno trattati dal docente durante lo svolgimento del corso.

The laboratory activities on methods for extracting the main classes of biological molecules will enable students to acquire the fundamental approaches and practices commonly used in a biochemistry laboratory.

Il corso sarà svolto mediante lezioni frontali in aula inerenti agli argomenti previsti dal programma. Le lezioni saranno svolte con l'ausilio di proiezioni di diapositive

To better understand the laboratory activities related to the topics covered in the program, the student must have a basic knowledge of biology.

Aminoacidi, peptidi e proteine. Struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine ; Enzimi: meccanismo catalitico; cinetica enzimatica; meccanismi di inibizione e regolazione dell’attività enzimatica. Carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi, polisaccaridi, glicoconiugati Nucleotidi ed acidi nucleici: nozioni di base sulla struttura e sulle funzioni Lipidi: Struttura e funzione delle principali classi di lipidi strutturali e di riserva. Membrane biologiche: componenti, struttura, meccanismi di trasporto. Principi di bioenergetica e metabolismo: glicolisi e fermentazioni; ciclo dell’acido citrico, catabolismo degli acidi grassi; principi di bioenergetica e reazioni redox biologiche, catena di trasporto degli elettroni e fosforilazione ossidativa.

Il programma del corso comprende esercitazioni pratiche riguardanti la preparazione di soluzioni tampone di interesse biochimico, con l’acquisizione di competenze riguardanti calcoli stechiometrici, diluzioni e percentuali; ii) l’utilizzo di sistemi tampone di interesse biologico e la misurazione del pH; la preparazione di estratti cellulari e tissutale; allestimento di rette di taratura per la quantificazione delle macromolecole attraverso lo spettrofotometro. mediante

Prova scritta chr servirà ad accertare il livello di conoscenza e capacità di comprensione degli argomenti trattati durante il corso ed avrà la durata massima di due ore, durante le quali lo studente dovrà rispondere a quaranta domande a risposta multipla.

Per il conseguimento dei crediti previsti per questo insegnamento è necessario un test scritto. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

1. Introduzione alla Biochimica di Lehninger di David L. Nelson, Michael, M. Cox. Ed. Zanichelli

Protocolli sperimentali forniti dai docenti

L'insegnamento fornisce i principi fondamentali che governano le proprietà ed il comportamento della materia mediante un approccio macroscopico/fenomenologico ma anche microscopico. Gli studenti saranno capaci di leggere e interpretare i diagrammi di fase di sistemi di diversa natura e comprenderanno le proprietà chimico – fisiche di sistemi in fase gassosa e in soluzione.

Il corso mira a fornire i concetti di base della chimica generale e la capacità di applicare tali conoscenze alla soluzione di problemi numerici e pratici. In particolare, gli studenti saranno in grado di: - individuare e saper scrivere le formule di composti inorganici; - rappresentare molecole o ioni molecolari inorganici mettendo in evidenza l’orientazione degli atomi e i legami che intercorrono tra di essi; - prevedere la polarità e lo stato fisico delle molecole; - prevedere la reattività di composti inorganici sia in reazioni di ossidoriduzione e che di non ossidoriduzione; - scrivere e descrivere gli aspetti qualitativi e quantitativi di una reazione chimica anche in relazione all’equilibrio chimico omogeneo ed eterogeneo utilizzando i concetti di mole, concentrazione, pH, solubilità.

I principali obiettivi del corso sono quelli di offrire le basi della chimica organica, al fine di fornire gli strumenti necessari per rendere comprensibile la logica che è alla base della chimica organica, le regole e le proprietà che determinano il comportamento della materia, nonché le interazioni che regolano le strutture biologiche. Il corso mira a far acquisire le conoscenze di seguito indicate: - struttura atomica, legame chimico e relative teorie; - ibridazione del carbonio; - struttura molecolare e sua influenza sulle proprietà fisiche; - interazioni intermolecolari; - Chimica dei gruppi funzionali (nomenclatura IUPAC, caratteristiche chimico-fisiche, reattività); - Elementi di stereochimica; - Cenni delle principali tecniche di caratterizzazione di un composto organico. Le abilità che gli studenti saranno in grado di padroneggiare al termine del corso saranno: - saper individuare una struttura chimica partendo dal nome e viceversa; - Conoscere e prevedere la reattività di un composto organico; - Saper progettare una sintesi multistep di composti organici semplici.

Lo studente sarà in grado di discutere in modo adeguato grafici e diagrammi che descrivono risultati di esperimenti sulle tematiche affrontate durante il corso. Le esperienze sperimentali sono volte alla raccolta di dati, alla relativa elaborazione numerica e discussione critica. In particolare, le attività pratiche permetteranno di sviluppare le capacità collaborative e di problem-solving.

Imparare ad avere dimestichezza con vetreria e strumentazione di laboratorio e sintesi

• Scelta, gestione e assemblaggio della vetreria di laboratorio. - Tecniche cromatografiche per l’indagine (TLC, GC) - Conoscenza e scelta autonoma tra le principali procedure di purificazione: estrazione, precipitazione, filtrazione, distillazione, sublimazione, cristallizzazione, cromatografia; - Individuazione delle tecniche analitiche per la determinazione della struttura; - Capacità di redigere un report di laboratorio con le informazioni principali e necessarie.

Questo corso tratterà i principi della termodinamica applicati a sistemi gassosi e soluzioni; i principi fondamentali che governano le proprietà ed il comportamento della materia mediante un approccio macroscopico/fenomenologico.

Introduzione alla chimica generale. Teoria atomica e struttura elettronica degli atomi. Geometrie molecolari. Legame chimico. Forze intermolecolari. Reazioni chimiche. Stati di aggregazione della materia. Equilibrio chimico. Equilibrio in soluzione acquosa

Introduzione alla chimica organica: studio della struttura, delle proprietà e della reattività dei composti del carbonio.

Lo studente apprende i principi che permettono di interpretare e predire i dati derivati dalle osservazioni sperimentali. In laboratorio, lo studente verifica sperimentalmente quanto illustrato in aula ed apprende come trattare i dati raccolti e la redazione di una relazione.

Conoscenze di base di tecniche e metodologie di laboratorio

Conoscenze di base sulle tecniche e metodologie di laboratorio. Sintesi, indagine, purificazione e caratterizzazione.

Conoscenze di base di matematica e scienze sperimentali, come fornite dalle scuole secondarie di secondo grado. Le tematiche di particolare rilevanza per lo studio della Chimica Fisica, verranno riprese e integrate durante il corso.

Conoscenze di base di matematica, fondamenti di chimica e scienze sperimentali, come fornite dalle scuole secondarie di secondo grado

Conoscenze di base di matematica, fondamenti di chimica e scienze sperimentali, come fornite dalle scuole secondarie di secondo grado.

Nessuno

Nessuno

Per seguire al meglio e apprendere i contenuti del corso di laboratorio, in maniera conveniente e proficua, la frequenza delle esperienze di laboratorio è fortemente consigliata.

Lezioni frontali che consistono nell'esposizione ragionata dei contenuti del programma, coadiuvate da materiale didattico multimediale. A supporto della didattica verranno forniti eventuali presentazioni PowerPoint e copie in PDF di lavagne digitali usate a lezione.

Il corso è organizzato tramite lezioni frontali in aula e lo svolgimento di esercizi con particolare riferimento ad esempi utili per affrontare la prova d’esame. Le lezioni verranno svolte mediante mediante la proiezione di slides. Il materiale didattico (slides, esercizi proposti durante le esercitazioni numeriche) saranno resi disponibili agli studenti sulla piattaforma Unistudium previa registrazione

Lezioni frontali su tutti gli argomenti. Esercitazioni in aula.

Dimostrazioni e attività laboratoriali pratiche

Esercitazioni pratiche di laboratorio.

Esercitazioni pratiche di laboratorio.

• Stati e proprietà della materia; gas ideali e reali; soluzioni ideali e reali. - Le varie forme di energia: lavoro, energia termica - Termodinamica: energia interna, entalpia, entropia, energia libera di Gibbs. Principi della termodinamica applicati a sistemi gasosi e soluzioni. - Termochimica: calorimetria, capacità termica, macchine termiche. - Diagrammi di fase di sostanza pure e sistemi binari. - Proprietà colligative. - Proprietà fisiche delle Interazioni molecolari. - Studio delle proprietà chimico-fisiche di sistemi polimerici, micelle ed emulsioni.

Generalità ed elementi di stechiometria. Costituzione dell’atomo, numero atomico, numero di massa, isotopi, elementi. Massa atomica. Costante di Avogadro e concetto di mole. Formula chimica (minima e molecolare), peso molecolare (formula). Stechiometria delle miscele. Reazioni chimiche, equazione chimica, bilanciamento di una reazione chimica, reagente limitante. Fondamenti di teoria atomica e cenni delle teorie quantistiche. Orbitali atomici, numeri quantici, spin. Orbitali negli atomi polielettronici e ordine di riempimento. Configurazioni elettroniche degli elementi, principio dell’Aufbau, principio di esclusione di Pauli. Proprietà periodiche degli elementi. Energia di ionizzazione, affinità elettronica, raggi atomici e raggi ionici. Legami chimici e struttura molecolare. Molecole poliatomiche: strutture di Lewis e geometria molecolare. Ibridazione. Cariche formali. Elettronegatività. Polarità dei legami. Formule di struttura delle più comuni molecole e dei più comuni ioni molecolari. Nomenclatura chimica. Numero di ossidazione. Nomenclatura. Ossidi basici, idrossidi, ossidi acidi, acidi, sali. Reazioni di ossido-riduzione: bilanciamento delle reazioni chimiche col metodo ionico-elettronico. Legami intermolecolari. Lo stato gassoso. Modello dei gas perfetti (ideali), leggi dei gas perfetti (ideali), legge di Avogadro, equazione di stato di gas perfetti (ideali). Miscele gassose: pressioni e volumi parziali. Lo stato solido e lo stato liquido. Classificazione dei solidi: solidi ionici, solidi covalenti, solidi molecolari, solidi metallici. Proprietà dei liquidi. Cenni sulla viscosità e sulla tensione superficiale. La tensione di vapore. L’equilibrio e sue caratteristiche. Equilibrio liquido-vapore, solido-liquido, solido-vapore. Diagrammi di stato Le soluzioni. Definizioni, solubilità ed effetto della temperatura sulla solubilità. Concentrazione (% in massa, molalità, frazione molare, molarità, normalità). Conversione di unità. Equilibrio chimico. Caratteristiche dell’equilibrio, Equilibri omogenei ed eterogenei. Legge di azione di massa e Costante di equilibrio. Effetti della temperatura, pressione e concentrazione sugli equilibri chimici. Dissociazione gassosa: grado di dissociazione e binomio di Van’t Hoff. Equilibri ionici in soluzione acquosa: fattori che influenzano la solubilità dei sali, sali poco solubili, prodotto di solubilità. Precipitazione selettiva. Cenni di Elettrochimica.

• I legami chimici e struttura molecolare: proprietà fisiche e interazioni intermolecolari - Concetto di gruppo funzionale - Alcani, cicloalcani, alcheni e alchini: struttura, nomenclatura, preparazione e reattività; - Alogeno alcani: struttura, nomenclatura, preparazione e reattività; Reazioni di sostituzione nucleofila alifatica SN1 e SN2 e reazioni di eliminazione; - Cenni di stereochimica; - Composti aromatici: concetto di aromaticità, struttura, nomenclatura e reattività; La reazione di sostituzione elettrofila di composti aromatici; - Alcoli, fenoli, eteri, epossidi, tioli e solfuri: struttura, nomenclatura e reattività: Eliminazione, ossidazione ed acidità; - Composti carbonilici: Aldeidi e chetoni: struttura, nomenclatura, preparazione e reattività; addizione nucleofila acilica, acidità degli idrogeni in alfa al carbonile, acetali e chetali, tautomeria cheto-enolica; - Acidi carbossilici e nitrili: struttura, nomenclatura, reattività, acidità, idrolisi dei nitrili - Derivati degli acidi carbossilici: caratteristiche, preparazione e reattività di alogenuri acilici, anidridi, esteri e ammidi; - Reazioni di sostituzione nucleofila acilica; - Cenni di chimica degli eterocicli; - Cenni di chimica delle macromolecole: aminoacidi e proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Il corso include didattica integrativa (5 ore) sulle interazioni deboli in chimica organica.
• Bomba calorimetrica - Verifica sperimentale delle proprietà colligative. – Volumi parziali molari. - Reazioni esotermiche ed endotermiche. - Analisi dati

Saranno eseguite esperienze individuali che riguarderanno titolazioni acido-base; analisi qualitativa e degli ioni; sintesi di un composto inorganico. (a seconda della disponibilità di reagenti e strumentazione ci potranno essere delle variazioni sulle esperienze)

Saranno eseguite individualmente esperienze di laboratorio riguardanti la sintesi, la separazione, la purificazione e la caratterizzazione di composti organici anche mediante saggi di riconoscimento di alcuni gruppi funzionali.

I CFU corrispondenti all’attività formativa sono acquisiti dallo studente con il superamento dell’esame finale. Lo studente affronterà una prova scritta della durata di tre ore che prevede contemporaneamente la verifica della comprensione degli argomenti del corso Fondamenti di Chimica e di didattica integrativa. La prova è da intendersi superata solo nel caso in cui si raggiunga la sufficienza (18 trentesimi) in tutti i moduli del corso di Fondamenti di Chimica. La valutazione finale è data dalla media dei tre moduli. La valutazione è espressa in trentesimi. Verrà verificata la conoscenza, la comprensione dei concetti, la padronanza e la proprietà di linguaggio. 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 docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

La valutazione dell'effettiva acquisizione da parte degli studenti dei risultati di apprendimento attesi verrà effettuata tramite una prova scritta della durata di tre ore che prevede la verifica della comprensione degli argomenti trattati in tutti e tre i moduli del corso di Fondamenti di Chimica. La prova totale è da intendersi superata solo nel caso in cui si raggiunga la sufficienza in tutti i moduli del corso di Fondamenti di Chimica. La valutazione è espressa in trentesimi. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

I CFU corrispondenti all’attività formativa sono acquisiti dallo studente con il superamento dell’esame finale. L'esame consiste in una prova scritta finalizzata a verificare la capacità di applicare correttamente le conoscenze acquisite e la capacità di comprensione degli argomenti trattati a lezione e durante i laboratori. L'esame prevede una prova scritta della durata di tre ore volta alla contemporanea verifica della comprensione degli argomenti trattati in tutti e tre i moduli che compongono il corso "Fondamenti di Chimica" (didattica integrativa e laboratorio compreso). Questa è da intendersi superata, solo se viene raggiunta almeno la sufficienza (18/30) in tutti e tre i moduli. Nella valutazione, espressa in trentesimi e derivante dalla media dei voti ottenuti per ciascun modulo, verrà verificata la conoscenza, la comprensione dei concetti, la padronanza e la proprietà di linguaggio. 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 docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

CFU corrispondenti all’attività formativa sono acquisiti dallo studente con il superamento di una prova finale, con l’obiettivo di accertare il grado di conoscenza e padronanza dei concetti trattati, oltre al corretto utilizzo del linguaggio tecnico-scientifico. L'esame, che è parte integrante dell'esame di Fondamenti di Chimica, prevede una domanda scritta relativa alle esperienze laboratoriali svolte durante il corso. 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 docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

La valutazione dell'effettiva acquisizione da parte degli studenti dei risultati di apprendimento verrà effettuata tramite domande aperte relative alle esperienze di laboratorio che faranno parte dell'esame scritto di Fondamenti di Chimica Generale e Inorganica. Gli studenti e le studentesse con disabilità e/o con DSA sono invitati/e a visitare la pagina dedicata agli strumenti compensativi e alle misure dispensative previste e a concordare preventivamente quanto necessario con il/la docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa). The assessment of students' actual acquisition of the learning outcomes will be carried out by means of open questions related to the laboratory experiences that will form part of the written examination of Fundamentals of General and Inorganic Chemistry. Students with disabilities and/or SLD are invited to visit the page dedicated to assistive devices and dispensatory measures and to discuss in advance with the teacher what is needed (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

I CFU corrispondenti all’attività formativa di laboratorio sono acquisiti dallo studente con il superamento di una prova finale, con l’obiettivo di accertare il grado di conoscenza e padronanza dei concetti trattati, oltre al corretto utilizzo del linguaggio tecnico-scientifico. La prova, che è parte integrante all'interno dell'esame di Fondamenti di Chimica, prevede una domanda scritta relativa alle esperienze laboratoriali svolte durante il corso. 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 docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa).

• P.W. Atkins, Elementi di Chimica Fisica, Zanichelli, Bologna. - W.M. Gelbart, A. Ben-Shaul, D. Roux, Micelles, membranes, microemulsions and monolayers. Springer, 1994.

Elementi di Chimica Organica - P.Y. Bruice - Edises Chimica Organica- J. McMurry - Piccin Chimica Organica- W. H. Brown, B. L. Iverson, E. V. Anslyn, C. S. Foote - Edises Guida alla soluzione dei problemi da Chimica Organica di Brown, Iverson, Anslyn, Foote - Edises Elementi di Chimica Organica - P.Y. Bruice - Edises Chimica Organica- J. McMurry - Piccin Chimica Organica- W. H. Brown, B. L. Iverson, E. V. Anslyn, C. S. Foote - Edises Guida alla soluzione dei problemi da Chimica Organica di Brown, Iverson, Anslyn, Foote - Edises

-S. Capasso, La Chimica Fisica attraverso gli esercizi, Loghìa, Napoli - G. M. Barrow, Physical Chemistry for the Life Science, Mc Graw Hill Int. Book Company (in inglese).

Materiale fornito dai docenti.

Conoscenza dei principali vettori energetici ottenibili da fonti fossili e da biomasse. Conoscenza dei relativi processi di produzione. Processi di produzione dei principali chemicals ottenibili da fonti convenzionali e da biomasse. Comprensione degli schemi impiantistici e delle soluzioni tecnologiche adottate, per la produzione dei prodotti sopra citati. Concetto di bioraffineria: in cosa consiste, possibilità di integrazione con le filiere esistenti e potenzialità. Differenze tra raffineria convenzionale e bioraffineria; principali vantaggi e svantaggi di entrambe.

Conoscenza di tecniche di laboratorio finalizzate alla caratterizzazione delle biomasse. Sulla base di tali caratterizzazioni, definizione delle possibilità di impiego delle biomasse nei principali processi di bioraffineria. Conoscenza pratica dettagliata del processo di produzione di biogas/biometano.

Il corso mostra e descrive in dettaglio i principali processi e metodi per la produzione di vettori energetici e bulk chemicals, a partire da risorse convenzionali e da biomasse. Particolare attenzione verrà posta al processi produttivi, descrivendo e quantificando i flussi in ingresso e in uscita. Per ciascun processo verrà caratterizzata la tipologia di impianto utilizzata. Anche in funzione di questo ultimo aspetto, verrà discussa la possibilità di adattare/integrare gli impianti esistenti, basati sull'impiego di materie prime e/o fonti energetiche convenzionali, con processi di conversione e trasformazione di risorse rinnovabili (biomasse). La parte finale del corso verrà dedicata ad un confronto tra raffineria convenzionale e bioraffineria, elencando e caratterizzando i principali vantaggi e svantaggi di entrambe le tipologie.

Il corso consisterà principalmente in lezioni pratiche in laboratorio, durante le quali gli studenti potranno conoscere nel dettaglio ed applicare direttamente le principali metodologie per la caratterizzazione delle biomasse. Gli studenti saranno inoltre chiamati a costruire reattori per la produzione di biogas/biometano di piccola scala e dovranno poi seguirne l'andamento e valutarne le resa energetica.

Nozioni di base di matematica, fisica e termodinamica.

Le lezioni verranno principalmente svolte in laboratorio; è pertanto richiesta la conoscenza ed il rispetto delle principali norme di sicurezza e comportamentali richieste.

Il corso è strutturato in: 1) lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del programma con confronto con gli studenti; 2) lezioni frontali a carattere seminariale con supporto del proiettore; 3) attività pratiche in laboratorio.

Lezioni frontali in aula per introdurre i temi e gli argomenti affrontati e lezioni pratiche in laboratorio.

1) Definizione di equilibrio chimico nei processi di trasformazione e nei processi a cambiamento di fase. 2) Equilibrio termodinamico nei processi chimici. 3) Cinetica di una reazione: definizione del bilancio di massa in funzione del reaction rate. Legge di Arrhenius e significato dell'Energia di attivazione. Power Law. Definizione degli stati di transizione e suddivisione dei processi chimici nelle tre fase principali: iniziazione, propagazione, terminazione. 4) Descrizione dei principali reattori chimici in ambito industriale 5) Cenni di catalisi 6) Processi per la conversione della biomassa - Produzione di biocarburanti: bioetanolo, biobutanolo e biocarburanti di tipo diesel; Produzione di prodotti chimici di origine biologica: etanolo, glicerolo, acido succinico e idrossimetilfurfurale (HMF); - La bioraffineria. Progettazione, criteri e prodotti. Concetti di bioraffineria. Tecnologie chiave di una bioraffineria termochimica. - Digestione anaerobica per la produzione di biogas. Descrizione delle diverse tipologie di materie prime per il processo. - Co-digestione come opzione per l'intensificazione di processo; - Smaltimento finale dei residui esausti: compostaggio. - Alcuni esempi di bioraffinerie esistenti. Possibilità di integrazione di impianti esistenti con bioraffinerie. - Bioraffineria versus raffineria di petrolio. 7)Cenni su concetti biotecnologici applicati all'industria chimica - Principi della tecnologia di fermentazione. Dettagli sulle apparecchiature meccaniche (tipi di reattori).

Analisi dei parametri chimico/fisici delle matrici organiche impiegate nei processi di digestione aerobica (per la produzione di compost) e anaerobica (per la produzione di biogas/biometano). Utilizzo della strumentazione richiesta e delle principali procedure di laboratorio sviluppate per lo scopo. Costruzione di reattori di piccola scala per la produzione di biogas e biometano in laboratorio. Metodologie per definire la resa in metano in funzione della matrice organica impiegata nel processo di digestione anaerobica. Definizione delle curve cumulate di produzione di biometano, rendimento di processo e quantificazione dell'energia prodotta per unità di massa e per unità di tempo. Determinazione della capacità di scambio cationico. Determinazione gas-volumetrica del calcare totale. Determinazione del calcare attivo.

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale. Essa consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. La prova orale può essere effettuata singolarmente per ciascun modulo o contemporaneamente per entrambi i moduli del corso.

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale. Essa consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. La prova orale può essere effettuata singolarmente per ciascun modulo o contemporaneamente per entrambi i moduli del corso. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Jacob A. Moulijn, Michiel Makkee, Annelies E. van Diepen, "Chemical Process Technology" Wiley Dispense mostrate in aula e messe a disposizione dal docente.

Jacob A. Moulijn, Michiel Makkee, Annelies E. van Diepen, "Chemical Process Technology" Wiley Dispense mostrate in aula e messe a disposizione dal docente.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di: Comprendere i principi biochimici dei principali saggi molecolari. Progettare un saggio molecolare in funzione dell’obiettivo applicativo. Utilizzare correttamente strumentazione di laboratorio per analisi molecolari. Analizzare criticamente dati sperimentali e redigere un report tecnico. Applicare criteri di qualità, riproducibilità e controllo (GLP). Operare in sicurezza in laboratorio biotecnologic

L'obiettivo principale dell' insegnamento è quello di fornire agli studenti i principi teorici che sono alla base delle più comuni tecniche di biologia molecolare, allo scopo di identificare le possibili applicazioni in ambito diagnostico.

L'obiettivo principale dell' insegnamento è quello di fornire agli studenti i principi teorici che sono alla base delle più comuni tecniche di biologia molecolare, allo scopo di identificare le possibili applicazioni in ambito diagnostico.

Alla fine del corso lo studente avrà acquisito le conoscenze teoriche e pratiche su metodi di biochimica necessari per lavorare in modo efficace in un laboratorio in cui si usano tecniche attinenti.

L’insegnamento fornisce competenze teoriche e pratiche per la progettazione, esecuzione, validazione e interpretazione di saggi molecolari biochimici applicati in ambito diagnostico, industriale, ambientale e biotecnologico.

Scelta dei campioni Biologici di interesse DNA, RNA, PROTEINE e controllo della qualità del materiale utilizzato. PCR: Principi teorici e studio dei parametri per l’ottimizzazione delle reazioni. Database: sequenze nucleotidiche e aminoacidiche. Real-Time PCR: Principi Teorici , chimiche fluorogeniche, geni normalizzatori Sequenziamento del DNA e analisi mutazionale : Metodo Sanger , sistemi di NGS (Next Generation Sequencing) e applicazioni nella diagnostica clinica.

PCR, ELETTROFORESI, DATABASE

Il corso si propone l'acquisizione da parte degli studenti di conoscenze circa i principali metodi e tecnologie associate alla biochimica nel contesto della ricerca biotecnologica e in applicazioni diagnostiche e terapeutiche. Il corso comprende anche una parte di esercitazioni pratiche su tematiche inerenti (vedi BIOTECNOLOGIE BIOCHIMICHE PER SAGGI MOLECOLARI APPLICATI)

Biochimica di base Biologia molecolare Chimica generale

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

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

Conoscenze di base di Chimica organica e Biochimica

Lezioni frontali con casi applicativi reali Didattica laboratoriale hands-on Problem solving guidato Analisi dati con foglio elettronico Discussione errori sperimentali

Lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso.

Laboratorio

l lezioni pratiche in laboratorio didattico inerenti gli argomenti che sono forniti nel corso di BIOTECNOLOGIE BIOCHIMICHE PER SAGGI MOLECOLARI APPLICATI.

Lezioni Frontali: Classificazione dei saggi molecolari biochimici; Saggi qualitativi vs quantitativi; Concetto di target molecolare; Parametri analitici (accuratezza, precisione, sensibilità); ELISA: principi e varianti; Saggi enzimatici accoppiati; Rivelazione colorimetrica, fluorimetrica, chemiluminescente; Applicazioni in ambito clinico e industriale; Cenni su: PCR convenzionale e qPCR; Sonde fluorescenti; Quantificazione assoluta e relativa; Contaminazioni e controlli; Cenni su: Controllo qualità e GLP Tracciabilità e gestione del dato Applicazioni in: Diagnostica molecolare, Sicurezza alimentare, Monitoraggio ambientale, Controllo qualità industriale Attività di laboratorio: – Tecniche di base e quantificazione proteica: allineamento su tecniche di base (Uso corretto di micropipette e bilance analitiche; preparazione soluzioni tampone; Curva standard (Bradford ) Analisi spettrofotometrica; Elaborazione dati e costruzione curva di calibrazione -Saggio immunoenzimatico (ELISA): Preparazione piastra; Incubazioni e lavaggi; Rivelazione colorimetrica; Lettura spettrofotometrica Calcolo concentrazione campioni incogniti -saggio enzimatico

Scelta dei campioni Biologici di interesse DNA, RNA, PROTEINE e controllo della qualità del materiale utilizzato. PCR: Principi teorici e studio dei parametri per l’ottimizzazione delle reazioni. Database: sequenze nucleotidiche e aminoacidiche. Real-Time PCR: Principi Teorici , chimiche fluorogeniche, geni normalizzatori Sequenziamento del DNA e analisi mutazionale : Metodo Sanger , sistemi di NGS (Next Generation Sequencing) e applicazioni nella diagnostica clinica.

PCR, ELETTROFORESI DATABASE.

Il programma del corso comprende esercitazioni pratiche riguardanti la preparazione di soluzioni tampone di interesse biochimico, con l’acquisizione di competenze riguardanti calcoli stechiometrici, diluzioni e percentuali; ii) l’utilizzo di sistemi tampone di interesse biologico e la misurazione del pH; preparzione di estratti proteici o di acidi nucleici Determinazione delle proteine e degli acidi nucleici. Saggi enzimatici. PCR. saggi ELISA. Utilizzo della strumentazione specializzata per la determinazione di proteine e acidi nucleici.

Esame scritto individuale . Consisterà in 30 domande a risposta multipla. 15 domande riguarderanno le lezioni teoriche, le altre 15 domande riguarderanno l'attività di laboratorio.

Esame Scritto

Esame scritto. 30 domande a risposta multipla. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa.

Slide del docente Protocolli di laboratorio forniti

Materiale fornito dal docente

Materiale fornito dal docente

Mauro Maccarrone Metodologie biochimiche e biomolecolari Ed. Zanichelli Materiale fornito dal docente

Gli studenti analizzeranno la struttura e le proprietà funzionali degli acidi nucleici e delle proteine, con particolare attenzione alle loro applicazioni in ambito biotecnologico e industriale. Successivamente approfondiranno i meccanismi molecolari della replicazione del DNA, della trascrizione nei sistemi procariotici ed eucariotici e della relativa regolazione, evidenziando le strategie utilizzate per la loro modulazione in contesti produttivi. L’obiettivo del corso è fornire una comprensione approfondita dell’espressione genica a livello molecolare e della relazione struttura/funzione di acidi nucleici e proteine, in un’ottica applicativa alle biotecnologie industriali. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno: Il rapporto struttura/funzione di acidi nucleici (DNA, RNA) e proteine in sistemi biologici e biotecnologici; Le interazioni tra acidi nucleici e proteine e il loro impatto su processi cellulari e applicazioni industriali; I processi di mantenimento e stabilità del genoma: replicazione del DNA, con particolare attenzione a inizio e terminazione nei procarioti ed eucarioti e alle loro applicazioni biotecnologiche; Il meccanismo molecolare della trascrizione nei procarioti ed eucarioti e la sua regolazione in sistemi ingegnerizzati; La maturazione dei trascritti negli eucarioti e il suo ruolo nella produzione di proteine ricombinanti.

Il corso si propone di fornire a studenti e studentesse conoscenze teoriche e pratiche sulle tecnologie del DNA ricombinante e sulle principali metodiche di biologia molecolare impiegate in ambito industriale. Al termine del corso, gli studenti e le studentesse saranno in grado di: comprendere i principi fondamentali delle tecnologie del DNA ricombinante; eseguire e interpretare analisi qualitative e quantitative del DNA; comprendere i principi e le applicazioni delle strategie di clonaggio molecolare; acquisire familiarità con le principali tecniche di biologia molecolare utilizzate in ambito industriale e biotecnologico; valutare criticamente l’applicazione delle metodologie molecolari nei contesti di ricerca applicata e industriale.

Il corso si propone di fornire alle studentesse e agli studenti una comprensione a livello molecolare dei principali processi alla base del flusso dell’informazione genetica dal gene alle proteine, con particolare attenzione alle applicazioni nell’ambito delle biotecnologie industriali. I principali contenuti riguardano i meccanismi molecolari responsabili della conservazione dell’informazione genetica (replicazione del DNA) e dell’espressione del genoma (trascrizione e regolazione della trascrizione), evidenziando come tali processi possano essere sfruttati e ottimizzati in contesti biotecnologici e industriali, quali la produzione di proteine ricombinanti, l’ingegneria metabolica e lo sviluppo di bioprocessi.

Il corso si propone di far acquisire a studenti e studentesse i principi delle tecnologie del DNA ricombinante, dall'estrazione, analisi qualitativa e quantitativa del DNA, al clonaggio. Verranno inoltre illustrate le principali metodiche di biologia molecolare applicate in ambito industriale.

Il corso prevede come prerequisiti nozioni di base sull’organizzazione della cellula eucariotica e procariotica (Biologia generale), della relazione struttura/funzione delle principali classi di biomolecole/gli enzimi (Biochimica), i legami chimici e le reazioni in ambiente acquoso (Chimica Inorganica)

nozioni di base sull’organizzazione della cellula eucariotica e procariotica (Biologia generale), della relazione struttura/funzione delle principali classi di biomolecole/gli enzimi (Biochimica), i legami chimici e le reazioni in ambiente acquoso (Chimica Inorganica)

Il corso prevede i) lezioni frontali con diapositive, ii) proiezione di video riguardanti specifici argomenti di lezione, per migliorare la comprensione strutturale del meccanismo di azione delle macromolecole.

attività pratica in laboratorio intervallata da spiegazione teorica e analisi critica dei risultati.

La struttura del DNA: nucleotidi e la stabilità della doppia elica. Gli isomeri A, B e Z della doppia elica. Le G-quadruplex. La denaturazione del DNA e la topologia del DNA La struttura dell’RNA. Gli aspetti strutturali e funzionali delle proteine che legano DNA e RNA Organizzazione del DNA all’interno della cellula eucariotica: eucromatina ed eterocromatina nucleosomi e le modificazioni post-traduzionali degli istoni La replicazione del DNA: struttura delle DNA polimerasi e della forca replicativa Inizio e terminazione della replicazione del DNA in procarioti ed eucarioti. La trascrizione nei procarioti: struttura del promotore e della RNA polimerasi, formazione dei complessi di inizio e allungamento. La terminazione della trascrizione La trascrizione negli eucarioti: struttura dei promotori e delle RNA polimerasi La maturazione dell’mRNA e lo splicing, la maturazione del tRNA e del rRNA.

Colture cellulari ed estrazione salina di DNA, quantificazione e tecniche spettrofotometriche, Clonaggio: preparazione terreni, piastre e soluzioni; ligation e trasformazione batterica; screening e selezione colonie; purificazione DNA plasmodio; PCR e digestione enzimatica

L’esame finale consisterà in un test scritto su tutti gli argomenti (2 ore, 30 domande a scelta multipla) per determinare la comprensione di base degli argomenti del corso, e in un esame orale, per gli studenti che hanno raggiunto una valutazione sufficiente (18/30) per discutere le criticità emerse durante la prova scritta Gli studenti che non raggiungeranno una valutazione sufficiente (18/30) nella prova scritta possono discutere i punti critici previo appuntamento con il docente In caso di impossibilità di prove di esame in presenza, l’esame sarà svolto mediante l’utilizzo di una piattaforma online come stabilito di volta in volta dall’ Ateneo Gli studenti con disabilità o DSA possono consultare la pagina web www.unipg.it/disabilita-e-dsa

L’esame finale consisterà in un test scritto su tutti gli argomenti (2 ore, 30 domande a scelta multipla) per determinare la comprensione di base degli argomenti del corso, e in un esame orale, per gli studenti che hanno raggiunto una valutazione sufficiente (18/30) per discutere le criticità emerse durante la prova scritta Gli studenti che non raggiungeranno una valutazione sufficiente (18/30) nella parte scritta possono discutere i punti critici previo appuntamento con il docente In caso di impossibilità di prove di esame in presenza, l’esame sarà svolto mediante l’utilizzo di una piattaforma online come stabilito di volta in volta dall’ Ateneo Gli studenti con disabilità o DSA possono consultare la pagina web www.unipg.it/disabilita-e-dsa

J.D. Watson, T.A. Baker,S.P.Bell, A.G.Gann, M. Levine, R. Losick: Biologia Molecolare del Gene. 8a Zanichelli J. Zlatanova, KE van Holde. Biologia Molecolare. Struttua e dinamica di genomi e proteomi. Zanichelli T.A. Brown. Biotecnologie Molecolari. Principi e tecniche. Zanichelli G. Capranico, E. Martegani, G. Musci, G. Raugei, T. Russo, N. Zambrano, V. Zappavigna, Biologia Molecolare, EDISES

Biotecnologie Molecolari. Principi e tecniche. Zanichelli G. Capranico, E. Martegani, G. Musci, G. Raugei, T. Russo, N. Zambrano, V. Zappavigna, Biologia Molecolare, EDISES

Il corso fornisce competenze nell’ambito dei processi biotecnologici attraverso l’approfondimento delle metodologie di analisi di matrici organiche. Le principali competenze sviluppate saranno: - pianificare e condurre analisi chimiche e biochimiche delle matrici organiche; - analizzare e monitorare i possibili inquinanti ambientali; - redigere relazioni tecnico-scientifiche.

Fornire conoscenze fondamentali di ecologia generale, con riferimento agli ecosistemi terrestri e acquatici. Introdurre i concetti di struttura e funzionamento degli ecosistemi, dinamiche di popolazione, interazioni tra specie, reti trofiche e cicli biogeochimici. Sviluppare la capacità di comprendere i principali processi ecologici alla base dell’organizzazione e della dinamica degli ecosistemi.

• Fornire competenze operative nell’ambito delle biotecnologie ambientali attraverso attività sperimentali su matrici organiche; - Applicare protocolli analitici e tecniche strumentali per l’analisi di parametri ambientali; - Monitorare indicatori biologici e chimico-fisici dei processi ambientali; - Redigere report tecnico-scientifici di laboratorio.

Introduzione alle biotecnologie ambientali per la valutazione dei processi per il recupero di energia e prodotti. Applicazioni delle biotecnologie nel trattamento sostenibile dei rifiuti, reflui e matrici organiche di scarto di diversa origine. Metodologie analitiche finalizzate allo studio dei sistemi produttivi e alla valorizzazione della materia organica.

Il corso fornisce le conoscenze di base dell’ecologia, con particolare riferimento alla struttura e al funzionamento degli ecosistemi. I contenuti includono i concetti di ambiente, habitat e nicchia ecologica, le dinamiche di popolazione, le interazioni tra specie nelle comunità biologiche, l’energetica degli ecosistemi, le reti trofiche, i cicli biogeochimici e una panoramica dei principali biomi terrestri e acquatici.

Attività pratiche orientate all’analisi e al trattamento di matrici organiche mediante metodiche biotecnologiche. Sperimentazioni in laboratorio su indicatori chimico-fisici e biologici per la valutazione dello stato ambientale e delle performance di processi biologici. Introduzione a metodologie per il recupero di risorse da rifiuti organici attraverso trattamenti aerobici e anaerobici. Utilizzo di tecniche strumentali per l’analisi di parametri ambientali, contaminanti e materiali innovativi.

Conoscenze di base di chimica e di biologia.

conoscenze di base di biologia e chimica

Conoscenze di base di chimica e di biologia.

Il corso prevede lezioni frontali sugli argomenti trattati, integrate da esempi applicativi utili alla comprensione delle metodiche presentate.

Il corso si svolge mediante lezioni frontali dedicate agli argomenti previsti dal programma. Le nozioni fornite saranno integrate, ove possibile, con esempi e/o esercizi, al fine di agevolare la comprensione dei contenuti.

Esercitazioni in laboratorio e lezioni frontali.

Il corso mira ad approfondire lo studio delle biotecnologie applicate alla valorizzazione delle matrici organiche e alla valutazione dei processi biologici sostenibili. Per quanto riguarda le matrici organiche, particolare attenzione sarà dedicata alle biomasse di scarto e al loro trattamento finalizzato al recupero di energia e fertilizzanti tramite le tecniche di digestione anaerobica e compostaggio. Inoltre, saranno approfondite le metodologie per l’analisi delle matrici organiche, il monitoraggio dei processi biologici e il controllo degli inquinanti all’interno dei sistemi produttivi.

Concetto di ecosistema. Ambiente, habitat e nicchia ecologica. Popolazioni e principali modelli di crescita. Interazioni positive e negative tra specie nelle comunità biologiche. Principi di energetica degli ecosistemi. Catene e reti trofiche. Cenni sui cicli biogeochimici. Panoramica dei principali biomi terrestri e acquatici.

Introduzione alle applicazioni delle biotecnologie ambientali. Attività sperimentali nell’ambito della gestione e valorizzazione delle matrici organiche. Approccio metodologico alla caratterizzazione e al trattamento di materiali biologici. Tecniche di analisi per la valutazione della qualità ambientale e dei processi biologici. Utilizzo di protocolli operativi e strumenti per il monitoraggio di indicatori chimico-fisici e biologici. Applicazione di tecniche analitiche per l’analisi di parametri ambientali e la rilevazione di contaminanti. Elaborazione e interpretazione dei dati sperimentali.

L’esame prevede una prova scritta e una prova orale. La prova scritta consiste nella valutazione delle competenze acquisite in laboratorio, mentre la prova orale consiste in una discussione sugli argomenti trattati nella parte introduttiva del corso.

L’esame finale consiste in una prova orale. Saranno valutati il livello di preparazione sul programma svolto, il grado di approfondimento degli argomenti trattati, la capacità di ragionamento, nonché l’uso di un linguaggio e di una terminologia appropriati all’ambito ecologico. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA, visitare la pagina: http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Prova scritta.

Materiale didattico in formato elettronico fornito dal docente sulla piattaforma online UniStudium.

Smith TM, Smith RL. 2017. Elementi di Ecologia. Pearson. Benjamin Cummings. Ediz. economica. IX edizione

Il materiale didattico necessario per le attività di laboratorio sarà fornito dal docente.

Capacità di: - operare con approcci biotecnologici innovativi nel settore delle biotecnologie microbiche applicate all'industria alimentare, nutraceutica, farmaceutica e degli additivi alimentari; - approfondire gli aspetti legati all’utilizzazione di microrganismi selezionati per processi innovativi di tipo biotecnologico. - applicare le conoscenze acquisite in processi di fermentazione condotti a differenti scale (scala di laboratorio, scala pilota, scala industriale) e con differenti modalità (processo batch, fed-batch e continuo); - applicare le conoscenze acquisite per lo sviluppo di nuovi processi di fermentazione e/o miglioramento di processi esistenti.

Capacità di: - approfondire gli aspetti legati all’utilizzazione di microrganismi selezionati per processi innovativi di tipo biotecnologico. - applicare le conoscenze acquisite in processi di fermentazione condotti a differenti scale (scala di laboratorio, scala pilota, scala industriale) e con differenti modalità (processo batch, fed-batch e continuo); - applicare le conoscenze acquisite per lo sviluppo di nuovi processi di fermentazione e/o miglioramento di processi esistenti.

• Inquadramento delle biotecnologie microbiche e dei processi di biocatalisi microbica. - Utilizzazione di bioreattori e sistemi di controllo dei parametri operativi. Sistemi chiusi, semiaperti ed aperti. Tecniche di immobilizzazione cellulare. - Chemostato e turbidostato. Terreni di coltura industriali, cinetica di utilizzazione del substrato, valutazione della biomassa. - Esempi di utilizzazione industriale di microrganismi selezionati per processi di produzione di biomasse o di composti per l'industria. - Tecniche di screening di microrganismi per la produzione di molecole di interesse industriale. - Techiche di downstream processing e determinazione dell'attività biologica di molecole di origine microbica.
• Utilizzazione di bioreattori e sistemi di controllo dei parametri operativi. Sistemi chiusi, semiaperti ed aperti. Tecniche di immobilizzazione cellulare. - Chemostato e turbidostato. Terreni di coltura industriali, cinetica di utilizzazione del substrato, valutazione della biomassa. - Esempi di utilizzazione industriale di microrganismi selezionati per processi di produzione di biomasse o di composti per l'industria. - Tecniche di screening di microrganismi per la produzione di molecole di interesse industriale. - Techiche di downstream processing e determinazione dell'attività biologica di molecole di origine microbica.

Conoscenze di base di microbiologia e biochimica

Conoscenze di base di microbiologia e biochimica

Lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del corso

Esercitazioni in laboratorio

• Inquadramento delle biotecnologie microbiche (tradizionali ed innovative) e dei processi di biocatalisi microbica. Selezione e conservazione di microrganismi di interesse biotecnologico (batteri, lieviti, funghi filamentosi), collezioni di colture (BRCs). Concetti di screening, miglioramento genetico, ottimizzazione, modellizzazione e di scale-up. - Utilizzazione di bioreattori (ad agitazione meccanica, pneumatica ed idraulica) e sistemi di controllo dei parametri operativi. Sistemi chiusi, semiaperti ed aperti. Tecniche di immobilizzazione cellulare. Sistemi di controllo dell'equilibrio nei sistemi aperti (chemostato e turbidostato). Terreni di coltura industriali, cinetica di utilizzazione del substrato, valutazione della biomassa. - Esempi di utilizzazione industriale di microrganismi selezionati per processi di produzione di biomasse o di composti per l'industria (es. industria alimentare e farmaceutica: etanolo, enzimi, vitamine, acidi organici, glicerolo, polisaccaridi, VOCs). - Tecniche di screening di microrganismi per la produzione di molecole di interesse industriale (es. enzimi, vitamine, antibiotici, acidi organici). - Techiche di downstream processing e determinazione dell'attività biologica di molecole di origine microbica
• Inquadramento delle biotecnologie microbiche (tradizionali ed innovative) e dei processi di biocatalisi microbica. Selezione e conservazione di microrganismi di interesse biotecnologico (batteri, lieviti, funghi filamentosi), collezioni di colture (BRCs). Concetti di screening, miglioramento genetico, ottimizzazione, modellizzazione e di scale-up. - Utilizzazione di bioreattori (ad agitazione meccanica, pneumatica ed idraulica) e sistemi di controllo dei parametri operativi. Sistemi chiusi, semiaperti ed aperti. Tecniche di immobilizzazione cellulare. Sistemi di controllo dell'equilibrio nei sistemi aperti (chemostato e turbidostato). Terreni di coltura industriali, cinetica di utilizzazione del substrato, valutazione della biomassa. - Esempi di utilizzazione industriale di microrganismi selezionati per processi di produzione di biomasse o di composti per l'industria (es. industria alimentare e farmaceutica: etanolo, enzimi, vitamine, acidi organici, glicerolo, polisaccaridi, VOCs). - Tecniche di screening di microrganismi per la produzione di molecole di interesse industriale (es. enzimi, vitamine, antibiotici, acidi organici). - Techiche di downstream processing e determinazione dell'attività biologica di molecole di origine microbica

esame orale finale

Valutazione di una relazione scritta sulle tematiche trattate durante le lezioni pratiche in laboratorio

M. MANZONI. Microbiologia Industriale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006. B. BIAVATI, C. SORLINI. Microbiologia Generale e Agraria. Casa Editrice Ambrosiana, 2007 (per consultazione). A. N. GLAZER, H. NIKAIDO. Microbial Biotecnology, Cambridge Univesrity Press, 2007 (per consultazione). A. L. DEMAIN, J. E. DAVIS. Manual of Industrial Microbiology and Biotechnology. ASM Press, 1999 (per consultazione). Dispense e materiale fornito dal docente.

M. MANZONI. Microbiologia Industriale, Casa Editrice Ambrosiana, Milano, 2006. Dispense e materiale fornito dal docente.

Padronanza degli argomenti trattati. Ci si attende che gli studenti siano in grado analizzare criticamente il funzionamento dei sistemi catalitici d'interesse industriale, operanti sia in fase omogenea che eterogenea, affrontati durante il corso sulla base di considerazioni strutturali e meccanicistiche.

Imparare le basi rudimentali del set up sperimentale di esperimenti catalitici ed elettrocatalitici, in accordo con le norme di sicurezza dei laboratori scientifici.

Breve storia della catalisi industriale. Aspetti fondamentali della catalisi: (1) principi cinetici; (2) tipologia di legami chimici e stadi elementari relativi ai complessi molecolari e alle superfici. Catalisi eterogenea. Catalisi omogenea. Catalisi nei processi fotosintetici naturali e artificiali.

Esperienze di laboratorio su processi catalitici ed elettrocatalitici di rilevanza nell'ambito energetico quali: 1. produzione di idrogeno da biomasse di scarto; 2. water splitting; 3. rigenerazione di NADH.

Conoscenze di base della chimica generale e inorganica, di chimica organica e di chimica fisica.

Conoscenze di base di chimica generale ed inorganica, chimica organica e chimica fisica.

Lezioni frontali su tutti glia argomenti del corso.

Spiegazione in aula della modalità di svolgimento delle esperienze di laboratorio. Svolgimento inizialmente guidato e poi autonomo da parte degli studenti degli esperimenti catalitici.

Breve storia della catalisi industriale: (1) relazione tra disponibilità di materie prime e sviluppo di catalizzatori; (2) esempi selezionati di processi catalitici industriali attualmente utilizzati. Aspetti fondamentali della catalisi: (1) principi cinetici; (2) tipologia di legami chimici e stadi elementari relativi ai complessi molecolari e alle superfici. Catalisi eterogenea: aspetti meccanicistici delle reazioni di conversioni del gas di sintesi, delle reazioni d'idrogenazione, delle reazioni d'ossidazione e delle reazioni per la purificazione dei gas di scarico degli autoveicoli. Catalisi omogenea: reazioni di produzione di idrogeno da acqua (water splitting) e da biomasse, catalisi nei processi fotosintetici naturali e artificiali (rigenerazione del NADH).

Esperienze di catalisi relativa a: reazioni di produzione di idrogeno da acqua (water splitting) e da biomasse; rigenerazione del NADH; deidrogenazione di acido formico.

Esame orale (circa 40 minuti) per verificare che gli studenti siano in grado analizzare criticamente il funzionamento dei sistemi catalitici d'interesse industriale, operanti sia in fase omogenea che eterogenea, affrontati durante il corso sulla base di considerazioni strutturali e meccanicistiche.

Esame orale.

R. A.vanSanten, P. W. N. M.vanLeeuwen, J. A.Moulijn, B. A. Averill, Catalysis: an Integrated Approach, Elsevier, 2000.

Materiale fornito dal docente.

Competenze biotecnologiche - Conoscenza e comprensione della struttura e delle proprietà biologiche di virus e batteri, anche geneticamente modificati; dei meccanismi generali della trasmissione dei caratteri ereditari; delle basi molecolari della trasmissione e dell'espressione dell'informazione genica; delle metodologie di analisi a livello molecolare; 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 metodologie per la modificazione genetica di cellule e modelli animali e vegetali.

Conoscenza delle principali caratteristiche strutturali e funzionali dei batteri.

Competenze biotecnologiche - Conoscenza e comprensione della struttura e delle proprietà biologiche di virus e batteri, anche geneticamente modificati; dei meccanismi generali della trasmissione dei caratteri ereditari; delle basi molecolari della trasmissione e dell'espressione dell'informazione genica; delle metodologie di analisi a livello molecolare; 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 metodologie per la modificazione genetica di cellule e modelli animali e vegetali.

Introdurre lo studente alle principali tecniche utilizzate nel laboratorio di microbiologia

Metodi molecolari per lo studio di genomi procariotici ed eucariotici

Basi fondamentali della biologia dei microrganismi. Strutture e proprietà funzionali dei batteri.

Metodi molecolari per lo studio di genomi procariotici ed eucariotici

Metodologie utilizzate nel laboratorio microbiologico. Tecniche colturali e molecolari per la determinazione della quantità batterica e per l'identificazione di isolati batterici.

Basi di Citologia

n.a.

Basi di Citologia

nessuno

Lezioni frontali

Lezioni

Lezioni frontali

Esercitazioni di Laboratorio

Studiare il DNA. Enzimi per la manipolazione del DNA: DNA polimerasi, nucleasi, ligasi. Metodi di studio della variabilità molecolare dell’mtDNA umano: dall’analisi degli RFLP al sequenziamento dell’intero genoma. Il sequenziamento del DNA: metodo classico automatizzato. Modelli Evolutivi e filogenesi molecolare. Marcatori molecolari: classificazione. Mappatura fisica (mappe di restrizione, FISH, e mappatura con STS). Correlazione tra mappatura genetica e fisica. Il sequenziamento tradizionale dei genomi tramite approccio gerarchico e shotgun. Librerie geniche: vettori di clonaggio. Il sequenziamento del DNA di nuova generazione (es. sequenziamento Illumina). Analisi delle sequenze genomiche. Esempi di genetica applicata

Biodiversità dei microrganismi. Organizzazione cellulare e molecolare dei microrganismi procariotici. Struttura ed ultrastruttura della cellula batterica. Citoplasma e genoma; Membrana citoplasmatica (struttura e meccanismi di trasporto). Parete cellulare: composizione e struttura del peptidoglicano nei batteri gram-positivi e nei gram-negativi e membrana parietale dei gram-negativi; Spore. Diversità metabolica. Crescita batterica

Studiare il DNA. Enzimi per la manipolazione del DNA: DNA polimerasi, nucleasi, ligasi. Metodi di studio della variabilità molecolare dell’mtDNA umano: dall’analisi degli RFLP al sequenziamento dell’intero genoma. Il sequenziamento del DNA: metodo classico automatizzato. Modelli Evolutivi e filogenesi molecolare. Marcatori molecolari: classificazione. Mappatura fisica (mappe di restrizione, FISH, e mappatura con STS). Correlazione tra mappatura genetica e fisica. Il sequenziamento tradizionale dei genomi tramite approccio gerarchico e shotgun. Librerie geniche: vettori di clonaggio. Il sequenziamento del DNA di nuova generazione (es. sequenziamento Illumina). Analisi delle sequenze genomiche. Esempi di genetica applicata

Coltivazione e isolamento dei microrganismi in laboratorio. Terreni colturali e loro classificazione; Tecnica asettica; Conta vitale su piastra; Metodi per l’isolamento di colture pure; Identificazione batterica; Tecniche molecolari: estrazione di DNA; qPCR, sequenziamento

Esame finale: la valutazione consiste in una prova orale, che servirà ad accertare il livello di conoscenza e capacità di esposizione degli argomenti trattati durante il corso. 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 docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa)

Esame orale

Esame finale: la valutazione consiste in una prova orale, che servirà ad accertare il livello di conoscenza e capacità di esposizione degli argomenti trattati durante il corso. 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 docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa)

Esame orale. Il colloquio permetterà di verificare il livello di conoscenze e collegamenti fra varie parti del programma, nonché terminologia e proprietà di linguaggio

iGENETICA FONDAMENTI di Peter J. Russell, EdiSES s.r.l. – Napoli.

Madigan e Martinko - "Brock, Biologia dei microrganismi"

iGENETICA FONDAMENTI di Peter J. Russell, EdiSES s.r.l. – Napoli.

n.a.

Acquisizione delle basi per la comprensione dei fenomeni chimici importanti nelle tecnologie e, in particolare, di quelli legati alle interazioni tra l’attività umana e l’ambiente per saper valutare gli effetti prodotti dall’uso delle tecnologie e per sapere come intervenire nella salvaguardia delle condizioni ambientali e dei materiali.

Acquisizione delle basi per la comprensione dei fenomeni chimici importanti nelle tecnologie e, in particolare, di quelli legati alle interazioni tra l’attività umana e l’ambiente per saper valutare gli effetti prodotti dall’uso delle tecnologie e per sapere come intervenire nella salvaguardia delle condizioni ambientali e dei materiali.

Chimica dell'atmosfera; grandi cicli naturali dell'ozono, degli ossidi di azoto e del biossido di carbonio nell'atmosfera terrestre. Effetto serra. Le emissioni in atmosfera: specie solforate e azotate; idrocarburi; ossidi di carbonio; ozono; metalli; ceneri e particolati; VOC; asbesti. Piogge acide e smog fotochimico. Radioattività: generalità, scoperta e problematiche connesse. Processi di decadimento radioattivo, radiazioni ionizzanti e loro pericolosità. Reazioni chimiche di combustione: generalità. Potere calorifico inferiore e superiore: metodi di calcolo e di misura. Semiconduttori e relative proprietà: struttura a bande e bandgap. Principi di funzionamento del fotovoltaico e della fotocatalisi. Efficienza di fotoconversione (PCE). Celle al silicio; dispositivi CIGS di seconda generazione (a film sottile); celle solari multigiunzione (terza generazione). Fotovoltaico low-cost: celle Graetzel (celle solari sensibilizzate con colorante, DSSC). Perovskiti ibride in optoelettronica. Architetture dei dispositivi e loro ingegneria chimica. Dispositivi senza piombo. Materiali layered. 3D bulk vs 2D/3D e 2D puri Ruddlesden-Popper e Dion-Jacobsen. Da 3D a 0D: stessi materiali con diverse dimensionalità (e diverse applicazioni) Confinamento quantico. Eccitoni e altre quasi-particelle. Eccitoni di Wannier e Frenkel. Previsione delle proprietà elettroniche ottiche mediante calcoli teorici basati sui primi principi. Strumenti computazionali e visualizzazione delle proprietà calcolate. Materiali ceramici di ultima generazione: Ossidi ad elevata entropia e relative applicazioni tecnologiche.

Principi generali dell’analisi chimica ambientale; metodologia strumentale; precisione e accuratezza delle misure; deviazione standard e livello di affidabilità; limiti di rivelazione. Misure indoor e outdoor di radioattività ambientale in biologia architettonica mediante scintillatori MEDCont a NaI e a ZnS. Esempi di misura di spettroscopia gamma. Calcolo tramite impiego di codici basati sulla teoria del funzionale della densità elettronica delle proprietà strutturali ed elettroniche di semiconduttori (Si, GaAs, TiO2).

Conoscenze di base della Chimica Generale.

Conoscenze di base della Chimica Generale.

Lezioni frontali e esercitazioni numeriche in aula.

Lezioni frontali, esercitazioni numeriche in aula e prove pratiche in laboratorio.

Unità Chimica e inquinamento dell'atmosfera (14 ore frontali - 2 CFU): Chimica dell'atmosfera; grandi cicli naturali dell'ozono, degli ossidi di azoto e del biossido di carbonio nell'atmosfera terrestre. Effetto serra. Le emissioni in atmosfera: specie solforate e azotate; idrocarburi; ossidi di carbonio; ozono; metalli; ceneri e particolati; VOC; asbesti. Piogge acide e smog fotochimico. Unità Radiochimica Ambientale e Combustioni (14 ore frontali – 2 CFU): Radioattività: generalità, scoperta e problematiche connesse. Processi di decadimento radioattivo, radiazioni ionizzanti e loro pericolosità. Radionuclidi naturali e artificiali. Serie radioattive e cinetica di decadimento nucleare: Equilibrio secolare. Metodi di datazione radioisotopica. Radon e sua pericolosità: tecniche di rilevazione e normativa. Reazioni chimiche di combustione: generalità. Potere calorifico inferiore e superiore: metodi di calcolo e di misura. Bomba di Mahler e calorimetro di Junkers. Aria teorica di combustione, volume e composizione dei fumi: esempi vari di calcolo. Temperatura teorica di combustione, calori sensibili e loro utilizzo: esempi vari di calcolo. Perdita al camino, temperatura di ignizione, limiti di infiammabilità inferiore/superiore e loro dipendenza da temperatura e pressione, potenziale termico dei carburanti. Unità Materiali per Applicazioni Optoelettroniche (14 ore frontali – 2 CFU): Semiconduttori e relative proprietà: struttura a bande e bandgap. Principi di funzionamento del fotovoltaico e della fotocatalisi. Efficienza di fotoconversione (PCE). Celle al silicio; dispositivi CIGS di seconda generazione (a film sottile); celle solari multigiunzione (terza generazione). Fotovoltaico low-cost: celle Graetzel (celle solari sensibilizzate con colorante, DSSC). Perovskiti ibride in optoelettronica. Architetture dei dispositivi e loro ingegneria chimica. Dispositivi senza piombo. Materiali layered. 3D bulk vs 2D/3D e 2D puri Ruddlesden-Popper e Dion-Jacobsen. Da 3D a 0D: stessi materiali con diverse dimensionalità (e diverse applicazioni) Confinamento quantico. Eccitoni e altre quasi-particelle. Eccitoni di Wannier e Frenkel. Previsione delle proprietà elettroniche ottiche mediante calcoli teorici basati sui primi principi. Strumenti computazionali e visualizzazione delle proprietà calcolate. Materiali ceramici di ultima generazione: Ossidi ad elevata entropia e relative applicazioni tecnologiche.

Unità Teoria degli errori (12 ore di laboratorio – 1 CFU): Principi generali dell’analisi chimica ambientale; metodologia strumentale; precisione e accuratezza delle misure; deviazione standard e livello di affidabilità; limiti di rivelazione. Unità Determinazione Radiazioni Ionizzanti (24 ore di laboratorio – 2 CFU): Misure indoor e outdoor di radioattività ambientale in biologia architettonica mediante scintillatori MEDCont a NaI e a ZnS. Esempi di misura di spettroscopia gamma. Calcolo ab-initio di strutture di semiconduttori semplici (12 ore di laboratorio – 1 CFU): Calcolo tramite impiego di codici basati sulla teoria del funzionale della densità elettronica delle proprietà strutturali ed elettroniche di semiconduttori (Si, GaAs, TiO2).

La verifica è una prova orale che consiste soprattutto in una discussione sugli argomenti principali del corso. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

La verifica consiste in un colloquio orale con eventuali prove pratiche in laboratorio in cui devono essere mostrate le conoscenze acquisite. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

1) David W. Oxtoby, H. P. Gillis & Laurie J. Butler, Chimica Moderna, EdiSES, VI Edizione, Napoli, 2025. 2) S. Falcinelli, F. Vecchiocattivi, Radiochimica ambientale: una guida pratica per capire che cos’è e come si misura. ARACNE Editrice Int.le S.r.l. – Roma (I^ ed. 2016). ISBN 978-88-548-9458-7 3) Cesare Brisi, Chimica Applicata. Editrice Levrotto e Bella – Torino (2^ ed. 1991). 4) Bradley D. Fahlman, Materials Chemistry, 3rd edition, Springer (2018). 5) Anthony R. West, Solid State Chemistry and Its Applications, 2nd Edition (John Wiley & Sons) 2014.

1) David W. Oxtoby, H. P. Gillis & Laurie J. Butler, Chimica Moderna, EdiSES, VI Edizione, Napoli, 2025. 2) S. Falcinelli, F. Vecchiocattivi, Radiochimica ambientale: una guida pratica per capire che cos’è e come si misura. ARACNE Editrice Int.le S.r.l. – Roma (I^ ed. 2016). ISBN 978-88-548-9458-7. 3) Douglas A. Skoog, F. James Holler, Stanley R. Crouch, Chimica Analitica strumentale, EdiSES, Napoli. 4) Bradley D. Fahlman, Materials Chemistry, 3rd edition, Springer (2018). 5) Anthony R. West, Solid State Chemistry and Its Applications, 2nd Edition (John Wiley & Sons) 2014. 6) Cesare Brisi, Chimica Applicata. Editrice Levrotto e Bella – Torino (2^ ed. 1991).

L’obiettivo è di fornire gli strumenti culturali necessari a valutare l’impatto ambientale della produzione chimica e di individuare quali sono le aree di ricerca di maggiore interesse che debbono essere sviluppate per realizzazione uno sviluppo sostenibile. Il corso dovrebbe mostrare allo studente l’importanza della progettazione dei processi chimici nello sviluppo di una chimica moderna. Lo studente sarà indirizzato all'applicazione delle metodologie di progettazione sostenibile in diversi settori quali quello energetico, della valorizzazione delle biomasse e della produzione pulita di molecole di larga produzione industriale. Il corso dovrebbe permettere allo studente di acquisire le seguenti conoscenze di base: Conoscere la definizione di biomassa e di sicurezza di un processo chimico. Conoscere l’importanza della minimizzazione dei rifiuti e di una progettazione adeguata per la sostenibilità. Conoscere le metriche che permettono di misurare l’efficienza chimica ed ambientale di un processo chimico. Conoscere i metodi per la selezione di un solvente sicuro e sostenibile. Conoscere i principi della classificazione delle reazioni in funzione della economia atomica. Conoscere le metodologie e le scelte che hanno portato all'ottimizzazione dell’impatto ambientale della produzione di molecole di larga produzione. Le principali abilità (cioè la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: Essere in grado di comprendere il potenziale campo di applicazione dei principi della “Green Chemistry”. Essere in grado di comprendere il ciclo di vita di un composto organico ed in particolare di un solvente impiegato nei processi chimici. Essere in grado di valutare i diversi fattori che portano alla valutazione di un processo ambientale. Essere in grado di applicare le metriche per misurare l’impatto ambientale di un processo chimico.

La “Green Chemistry” rappresenta una moderna piattaforma scientifica e tecnologica attraverso la quale si intende sviluppare processi chimica efficienti sia dal punto di vista chimico che ambientale. La “Green Chemistry” si occupa della valorizzazione delle biomasse, della minimizzazione dei rifiuti, dell’efficienza energetica e ambientale di un processo chimico.

Si richiede la conoscenza degli elementi chimica organica di base (Chimica Organica I e II)

Lezioni frontali su tutti gli argomenti trattati

Il Corso prevede lezioni teoriche frontali in modo da facilitare lo studente nell’apprendimento della “Green Chemistry”. Programma: - I principi della Chimica Verde. - Misura dell’efficienza di un processo chimico; riduzione dei materiali di scarto; il concetto di efficienza atomica. - Come implementare i principi della green chemistry nella pratica comune. - Materiali di partenza sicuri per realizzare processi chimici verdi. - Risorse rinnovabili. - Biodiesel; bioetanolo. - Mezzi di reazione sicuri per processi chimici; alternative al solvente organico; quando un mezzo di reazione è verde? - Liquidi supercritici; CO2 liquida per la pulitura a secco. - Liquidi Ionici. - L’acqua come mezzo di reazione. - Reazioni in assenza di solvente. - La necessità di minimizzare il costo energetico di un processo chimico. - La necessità di rendere “verdi” i prodotti di scarto. - Tecnologie innovative: processi in flusso continuo. - Benefici dell'intensificazione di processo e delle tecnologie di flusso. - Convertire la chimica in "batch" in quella in flusso continuo, green metrics applicate alle chimica in flusso. - Esempi reali dell’applicazione dei principi della chimica verde nell’ambito della ricerca accademica e dei processi industriali. Il corso include 7 ore di didattica integrativa dove verrà trattato lo studio di nuove metodologie (Life Cycle Assessment analysis) e metriche (Benign and Safety Hazard Index) volte alla comprensione dell'impatto ambientale e sulla salute umana di un processo chimico.

La prova di profitto si basa su una prova orale, che comporterà la formulazione di 4-5 domande nell’arco di ca 40 minuti. La prova è finalizzata all’accertamento delle capacità dello studente di valutare l’impatto ambientale di un processo chimico e distinguere i diversi fattori che lo influenzano. La valutazione complessiva della prova di esame terrà conto, dei seguenti aspetti: correttezza e adeguatezza delle risposte, capacità di elaborazione e connessione concettuale, padronanza e proprietà di linguaggio, secondo le seguenti rispettive percentuali: 60%, 20%, 20%. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Ai frequentanti sarà fornito, in forma elettronica, lo stesso materiale utilizzato dal docente per lezioni in aula

Al termine del corso lo studente sarà in grado di: Comprendere i fondamenti teorici della dinamica molecolare classica. Modellare sistemi atomistici per applicazioni energetiche e catalitiche. Utilizzare software di simulazione per lo studio dei materiali. Analizzare traiettorie molecolari e proprietà termodinamiche. Valutare fenomeni di diffusione, adsorbimento e trasporto. Interpretare correlazioni tra struttura atomica e proprietà funzionali. Redigere report tecnico-scientifici relativi a simulazioni computazionali. Operare in ambienti di calcolo scientifico ad alte prestazioni.

Al termine del corso lo studente sarà in grado di: Comprendere i fondamenti teorici della dinamica molecolare classica. Modellare sistemi atomistici per applicazioni energetiche e catalitiche. Utilizzare software di simulazione per lo studio dei materiali. Analizzare traiettorie molecolari e proprietà termodinamiche. Valutare fenomeni di diffusione, adsorbimento e trasporto. Interpretare correlazioni tra struttura atomica e proprietà funzionali. Redigere report tecnico-scientifici relativi a simulazioni computazionali. Operare in ambienti di calcolo scientifico ad alte prestazioni.

Il corso di Laboratorio di Materiali per l’Energia e la Catalisi introduce gli studenti ai principi teorici e applicativi della dinamica molecolare classica per lo studio dei materiali avanzati impiegati nei processi energetici e catalitici. L’insegnamento integra fondamenti di simulazione atomistica, modellazione computazionale e analisi delle proprietà strutturali, dinamiche e termodinamiche dei materiali funzionali. Particolare attenzione è dedicata all’utilizzo di software di simulazione molecolare per investigare fenomeni quali diffusione, adsorbimento, trasporto ionico, interazioni superficie-molecola, stabilità termica e comportamento catalitico di materiali utilizzati in batterie, fuel cells, materiali porosi, nanostrutture e catalizzatori eterogenei. Il laboratorio fornisce competenze pratiche nell’impostazione di simulazioni di dinamica molecolare classica, nell’analisi dei risultati numerici e nell’interpretazione fisica dei processi atomistici correlati all’energia e alla catalisi.

Il corso di Materiali Inorganici Avanzati per Prodotti e Processi affronta lo studio dei materiali inorganici funzionali attraverso un approccio atomistico basato sulla dinamica molecolare classica e sull’analisi delle reazioni elementari che governano i processi di trasformazione, diffusione e interazione nei sistemi materiali. L’insegnamento introduce i principi fondamentali della modellazione molecolare applicata ai materiali inorganici avanzati, con particolare attenzione ai meccanismi microscopici responsabili delle proprietà strutturali, termiche, dinamiche e reattive dei materiali utilizzati in energia, catalisi, processi industriali ed elettronica avanzata. Particolare rilievo è dedicato allo studio delle reazioni elementari su superfici e interfacce, ai fenomeni di adsorbimento e diffusione atomica. Attraverso simulazioni di dinamica molecolare classica (erogate nel Laboratorio del corso), gli studenti analizzeranno il comportamento atomistico di materiali porosi, nanoparticelle. Il corso integra aspetti teorici e computazionali relativi a: - potenziali interatomici e campi di forza; - simulazioni di sistemi many-body; - dinamica di superfici e difetti cristallini; - trasporto ionico e diffusione; - interazioni gas-superficie; - meccanismi elementari di reazione; - correlazioni tra struttura atomica e proprietà funzionali.

È consigliata la conoscenza di base di: Fisica della materia Termodinamica statistica Chimica fisica Scienza dei materiali Programmazione scientifica di base Sistemi Linux e scripting

È consigliata la conoscenza di base di: Fisica della materia Termodinamica statistica Chimica fisica Scienza dei materiali Programmazione scientifica di base Sistemi Linux e scripting

Il corso prevede: Lezioni teoriche introduttive Laboratori computazionali guidati Simulazioni numeriche individuali e di gruppo Analisi di dataset atomistici Discussione di articoli scientifici Sviluppo di mini-progetti computazionali Le attività saranno svolte in ambiente Linux e/o HPC con utilizzo di software open-source per simulazione molecolare.

Il corso prevede: Lezioni teoriche introduttive Laboratori computazionali guidati Simulazioni numeriche individuali e di gruppo Analisi di dataset atomistici Discussione di articoli scientifici Sviluppo di mini-progetti computazionali Le attività saranno svolte in ambiente Linux e/o HPC con utilizzo di software open-source per simulazione molecolare.

Modulo – Laboratorio computazionale Introduzione a software di simulazione (DL_POLY) Costruzione di sistemi atomistici Preparazione di file input Esecuzione di simulazioni MD Visualizzazione delle traiettorie atomiche Post-processing dei dati Modulo II – Analisi delle proprietà dei materiali Funzioni di distribuzione radiale Energia potenziale e cinetica Coefficienti di diffusione Mean Square Displacement (MSD) Analisi strutturale e dinamica Proprietà termiche e trasporto

Modulo 1 – Introduzione alla modellazione atomistica Richiami di meccanica classica Sistemi many-body e descrizione atomistica Potenziali interatomici Condizioni periodiche al contorno Ensemble statistici (NVE, NVT, NPT) Modulo 2 – Fondamenti di dinamica molecolare classica Equazioni del moto Algoritmi di integrazione Controllo di temperatura e pressione Equilibrazione e produzione Stabilità numerica delle simulazioni Modulo 3– Materiali per la catalisi Superfici catalitiche Adsorbimento molecolare Interazioni gas-superficie Diffusione superficiale Catalizzatori metallici e ossidi

La valutazione finale potrà includere: Relazioni di laboratorio Valutazione delle attività pratiche Presentazione orale di progetto sperimentale Esame orale o scritto finale

La valutazione finale potrà includere: Relazioni di laboratorio Valutazione delle attività pratiche Presentazione orale di progetto sperimentale Esame orale o scritto finale

D. Frenkel, B. Smit – Understanding Molecular Simulation M. P. Allen, D. J. Tildesley – Computer Simulation of Liquids J. M. Haile – Molecular Dynamics Simulation: Elementary Methods A. Leach – Molecular Modelling: Principles and Applications R. Catlow – Computational Approaches to Energy Materials

D. Frenkel, B. Smit – Understanding Molecular Simulation M. P. Allen, D. J. Tildesley – Computer Simulation of Liquids J. M. Haile – Molecular Dynamics Simulation: Elementary Methods A. Leach – Molecular Modelling: Principles and Applications R. Catlow – Computational Approaches to Energy Materials

I principali obiettivi del corso sono quelli di fornire agli studenti la conoscenza e le metodologie di laboratorio per la progettazione e la sintesi di nanomateriali con conseguente caratterizzazione. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di progettare la strategia sintetica più adatta per ottenere materiali nanostrutturati con proprietà definite

I principali obiettivi del corso sono quelli di fornire agli studenti la conoscenza sulle principali metodologie per la sintesi di nanomateriali. In particolare, l’attenzione si focalizzerà sulle condizioni che determinano le proprietà chimiche e fisiche dei nanomateriali e come agire su di esse. Al termine del corso, lo studente sarà in grado di individuare la metodologia sintetica più adatta per ottenere materiali nanostrutturati con proprietà definite

Esercitazioni pratiche sulla preparazione di nanomateriali

Il corso intende fornire conoscenze riguardo i principali metodologie di sintesi dei materiali nanostrutturati; proprietà chimiche e fisiche dipendenti dalle condizioni di sintesi; tecniche di caratterizzazione

Per usufruire al massimo del modulo di laboratorio e far sì che questo sia il più efficace possibile, si consiglia di frequentare e partecipare le lezioni frontali.

Per poter affrontare il corso in maniera soddisfacente, lo studente dovrà possedere le conoscenze fornite dai corsi Fondamenti di chimica e Elementi di matematica e fisica.

Esercitazioni pratiche di laboratorio

Il corso si terrà tramite lezioni frontali svolte in aula sugli argomenti del corso e con la proiezione di slides. Il materiale didattico utilizzato durante le lezioni sarà reso disponibile agli studenti.

Saranno eseguite esperienze di laboratorio riguardanti la sintesi di nanoparticelle e la loro l’elaborazione. Si procederà poi a caratterizzare i materiali ottenuti tramite diverse tecniche.

• Introduzione ai materiali nanostrutturati, relazione tra dimensionalità e proprietà chimiche e fisiche; - Definizione di nanostrutture; - Tecniche di sintesi di materiali nanometrici; - Sintesi di nanomateriali di interesse nell’ambito dei processi chimici sostenibili costituiti da metalli, semiconduttori e materiali ibridi; - Strategie per la preparazione di materiali compositi costituiti da nanomateriali; - Metodologie di caratterizzazione dei nanomateriali: microscopia elettronica a scansione e a trasmissione, dynamic light scattering, Z potential, spettroscopia UV-Vis, spettroscopia di fluorescenza; - Applicazione di materiali nanostrutturati.

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento verterà sulla valutazione delle relazioni degli esperimenti svolti durante il corso e la loro discussione in sede di esame. La verifica ha lo scopo di dimostrare l’assimilazione dei concetti trattati durante il corso da parte dello studente e la sua abilità di saper descrivere quanto svolto in laboratorio traendo le proprie considerazioni.

I CFU corrispondenti all’attività formativa sono acquisiti dallo studente tramite superamento dell’esame finale. Questo sarà effettuato tramite prova orale della durata di circa 30 minuti volta ad accertare il livello di conoscenza e la capacità di mettere in pratica gli argomenti svolti durante il corso. Inoltre, la prova orale permetterà di verificare la capacità dello studente di utilizzare un linguaggio tecnico scientifico adeguato e coerente con le tematiche trattate.

Diapositive di lezione

Diapositive di lezione e testi consigliati dal docente

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: conoscenze teoriche: comprendere i principi fondamentali della citologia vegetale, con particolare riferimento alla morfologia e ai processi di differenziamento nei vegetali superiori. Conoscere i principali regolatori di crescita naturali e di sintesi, comprendendone l’azione biologica e il ruolo nei processi di coltura in vitro. Competenze tecniche e operative: applicare le principali tecniche di isolamento e coltura di cellule vegetali in ambiente solido e liquido. Utilizzare metodologie specifiche per l’allestimento, il mantenimento e la subcoltura di colture cellulari in sospensione, con capacità di monitoraggio della crescita cellulare. Eseguire protocolli di micropropagazione e comprenderne le implicazioni applicative in ambito agricolo e commerciale. Riconoscere e descrivere i principali processi rigenerativi (organogenesi ed embriogenesi somatica e gametica). Competenze avanzate in ambito biotecnologico: operare con tecniche relative all’isolamento, manipolazione e utilizzo dei protoplasti a fini di ricerca e miglioramento genetico. Conoscere le tecniche di criopreservazione e le strategie innovative per la conservazione del germoplasma vegetale. Comprendere le potenzialità delle colture cellulari vegetali nella produzione di metaboliti secondari di interesse industriale. Competenze trasversali: utilizzare in modo appropriato la terminologia scientifica relativa alla biotecnologia vegetale. Analizzare e risolvere problematiche pratiche in ambito laboratoristico, sviluppando autonomia operativa e capacità critica. Collaborare efficacemente in contesti di laboratorio, applicando protocolli tecnici e norme di buona pratica.

Al termine del corso, lo studente sarà in grado di comprendere i principi e le tecniche fondamentali delle colture in vitro di cellule, tessuti e organi vegetali; distinguere le principali tipologie di colture vegetali: calli su substrato solido, colture liquide in sospensione, colture di organi; allestire correttamente una coltura in vitro, con conoscenza del ruolo dell’espianto, della composizione dei terreni di coltura e dell’evoluzione temporale delle colture; analizzare la curva di crescita cellulare e valutare la vitalità nelle colture in sospensione e nei protoplasti, applicare tecniche di coltura specifiche per radici, embrioni, germogli e sistemi di micropropagazione, conoscere i principi delle colture idroponiche e aeroponiche e il loro impiego in ambito biotecnologico e agricolo.

Concetti generali di citologia vegetale, morfologia e differenziamento nei vegetali superiori. Isolamento e coltura di cellule in terreno solido e liquido. Regolatori di crescita naturali e di sintesi: azione biologica ed importanza nella coltura in vitro; la cellula vegetale in coltura in vitro. Tecnica di coltura in vitro: generalità e glossario. I terreni di coltura: principi nutrizionali e composizione. Colture in sospensione: istologia e morfologia delle colture in sospensione, mantenimento e subcoltura; tecniche elementari di controllo della crescita di una coltura cellulare. Micropropagazione: importanza della micropropagazione in ambito agricolo e commerciale; tecniche di micropropagazione. Processi rigenerativi: organogenesi ed embriogenesi somatica; embriogenesi somatica e gametica: origine e sviluppo. I protoplasti. Tecniche varie connesse alla metodologia dei protoplasti. Criopreservazione: tecniche di criopreservazione e mantenimento di germoplasma; cenni di altre tecniche innovative di preservazione. Produzione di metaboliti secondari tramite colture vegetali.

Colture in vitro di cellule e tessuti: colture su substrato solido o semisolido (colture di calli), l’espianto, allestimento della coltura, il terreno di coltura, evoluzione temporale della coltura. Colture liquide in sospensione: curva di crescita e studio della vitalità cellulare, colture di protoplasti. Colture di organi: colture di radici e di hairy-roots, colture di embrioni (embriogenesi somatica), colture di germogli e micropropagazione. Colture idroponiche e aeroponiche Funghi per la produzione di biomateriali: studio dell’impiego biotecnologico dei funghi nella produzione di biomateriali sostenibili. Analisi delle caratteristiche del micelio, dei substrati e delle condizioni colturali, dei processi di trasformazione in materiali (compositi, pannelli, tessuti) e delle applicazioni nei settori industriali. Riferimento al ruolo dei biomateriali miceliari nella bioeconomia circolare e nella sostenibilità ambientale. Biotrasformazione di substrati per produrre molecole di interesse industriale. Biomasse e bioproduzioni: biomassa, uso energetico delle biomasse. Biocarburanti: produzione di bioetanolo. Utilizzo di Biomasse vegetali per la produzione di nutraceutici e cosmetici. Biomasse e ambiente: utilizzo delle biomasse per la depurazione.

Risultano propedeutiche a questo insegnamento le conoscenze generali di biologia.

Conoscenze di base della Biologia Vegetale

Il corso sarà articolato in lezioni teoriche volte a illustrare e spiegare i contenuti del programma, integrate da esempi pratici, analisi di casi studio, approfondimenti tematici ed esercitazioni di laboratorio. Parallelamente alla parte teorica, saranno svolte attività pratiche in laboratorio, finalizzate all’acquisizione di competenze fondamentali per l’allestimento di colture vegetali in vitro. Le principali esercitazioni previste comprendono: preparazione del terreno di coltura; avvio di una coltura in vitro (esempio della carota) e concetto di espianto; subcoltura; induzione dell’embriogenesi somatica in calli di carota; induzione dell’organogenesi da tessuti di cavolfiore; osservazione al microscopio di colture in embriogenesi somatica di conifere; isolamento di protoplasti da diversi tessuti vegetali.

Il corso prevede lezioni teoriche frontali in aula, volte a fornire le basi concettuali delle tecniche di coltura in vitro, e attività pratiche in laboratorio (ove previste), finalizzate all’acquisizione di competenze operative. Durante le esercitazioni saranno eseguite: • preparazione e allestimento di colture su substrato solido e in sospensione liquida, • osservazione della curva di crescita e vitalità cellulare, • manipolazione di colture di organi (radici, germogli, embrioni), • introduzione alle colture idroponiche e aeroponiche. Il materiale didattico a supporto delle lezioni (slide, articoli scientifici, schede di laboratorio) sarà fornito dalla docente e reso disponibile sulla piattaforma Uni-Studium.

Le basi teoriche delle colture in vitro, la totipotenza delle cellule vegetali, differenziamento e de-differenzimento. Il ruolo degli ormoni vegetali nella pianta in vivo. Substrati di coltura, componenti inorganici e organici, risposta agli ormoni in vitro. Colture su mezzi agarizzati e liquidi. Il laboratorio di colture in vitro: tecniche, strumenti e materiali. Cenni alla storia delle colture in vitro. Scelta e prelievo degli espianti e sterilizzazione del materiale biologico: meristemi, tessuti somatici, embrioni zigotici e somatici, semi. Induzione di processi rigenerativi in vitro: organogenesi ed embriogenesi somatica; colture di callo, cellule in sospensione, protoplasti; il seme artificiale. Colture cellulari di cianobatteri, alghe e funghi. Propagazione clonale e variazioni somaclonali. Conservazione del germoplasma, crioconservazione e crio-risanamento. Produzione di metaboliti secondari mediante colture cellulari, di tessuti e organi in vitro.

Cellule vegetali come biofabbriche di prodotti chimici, nutraceutici, farmaceutici: metaboliti secondari e loro ruolo nelle piante; uso dei metaboliti secondari in campo farmaceutico, cosmetico e nutraceutico; metaboliti secondari da colture di cellule e organi in vitro; strategie per incrementare la produzione di metaboliti secondari in sistemi in vitro, ottimizzazione delle condizioni colturali per aumentare la resa; selezione delle linee cellulari per aumentare la produttività di metaboliti secondari; permeabilizzazione di membrane per il recupero dei metaboliti, immobilizzazione cellulare, elicitazione. Biotrasformazione di substrati per produrre molecole di interesse industriale. Le variabili che influenzano la produttività di sistemi biotecnologici: l’espianto, terreno di coltura, gli zuccheri, i nitrati, i fosfati, precursori biosintetici dei principi attivi, la luce, il pH, la temperatura, l’areazione, l’elicitazione, l’immobilizzazione Funghi impiegati nei processi per la produzione di biomateriali: il corso affronta l’utilizzo dei funghi come risorsa biotecnologica per la produzione di biomateriali innovativi e sostenibili. Verranno analizzate: le caratteristiche biologiche dei miceli fungini rilevanti per l’ingegneria dei materiali; i substrati e le condizioni colturali per la crescita controllata del micelio; i principali processi di trasformazione del micelio in biomateriali (compositi, schiume, pannelli, tessuti); le applicazioni dei biomateriali miceliari nei settori dell’imballaggio, dell’edilizia, del design, della moda e della medicina; il contributo di tali processi alla bioeconomia circolare e agli obiettivi di sostenibilità ambientale. Biotrasformazione di substrati per produrre molecole di interesse industriale. Biomasse e bioproduzioni: biomassa, uso energetico delle biomasse. Biocarburanti: produzione di bioetanolo. Utilizzo di Biomasse vegetali per la produzione di nutraceutici e cosmetici. Biomasse e ambiente: utilizzo delle biomasse per la depurazione.

Modalità di verifica dell’apprendimento: l’esame consiste esclusivamente in una prova orale della durata di circa 20 minuti, volta a verificare la conoscenza e la comprensione degli argomenti teorici e pratici trattati nel programma del corso. Servizi di supporto Per informazioni sui servizi di supporto dedicati agli studenti con disabilità e/o con Disturbi Specifici dell’Apprendimento (DSA), si invita a consultare la pagina: http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

L’apprendimento sarà verificato tramite: Esame orale, volto a valutare la comprensione teorica delle tecniche di coltura in vitro, dei processi biologici coinvolti e delle applicazioni biotecnologiche trattate durante il corso; Prova pratica (ove prevista), finalizzata a verificare la capacità di eseguire correttamente procedure di laboratorio, quali l’allestimento di colture su substrato solido e liquido, la gestione di colture di organi, e l’analisi della vitalità cellulare. La partecipazione attiva alle esercitazioni e la compilazione di eventuali relazioni tecniche potranno contribuire alla valutazione complessiva.

Berta G., Brasili E., Di Sansebastiano G.P., Forni C., Gamalero E., Guzzo F., Labra M., Lanfranco L., Lingua G., Miccheli A., Pasqua G., Trainati L., Valletta A., Visconti S. (2022) Biotecnologie Vegetali. Piccin Nuova Libraria S.p.A., Padova

Berta G., Brasili E., Di Sansebastiano, G.P., Forni C.; Gamalero E., Guzzo F., Labra M., Lanfranco L. Lingua G., Miccheli A., Pasqua G., Trainotti L., Valletta A., Visconti S. (2022) Biotecnologie Vegetali. Piccin Nuova Libraria S.p.A. Padova Sacchetti G., Paganetto G. (2021) Biotecnologie delle piante medicinali. Arti Grafiche Battaia – Zibaldo San Giacomo (MI).

Il corso fornirà agli studenti la capacità di capire quali sono i test per caratterizzare i materiali e le tecnologie di produzione più idonei alla per la realizzazione di un dato manufatto.

Il corso fornirà agli studenti la capacità di selezionare i materiali e le tecnologie di produzione più idonei alla per la realizzazione di un dato manufatto.

Il corso mira a fornire una serie di nozioni tecniche relative alle principali tecniche di caratterizzazione dei materiali. Verranno anche fornite nozioni di base sulla teoria degli errori alla base di una corretta interpretazione dei dati sperimentali.

Il corso mira a fornire una serie di nozioni tecniche necessarie ad un uso razionale dei materiali nelle varie applicazioni approfondendo in particolare la correlazione tra le proprietà macroscopiche dei materiali e la loro struttura. Il programma prevede una introduzione alla relazione tra materiali, classificazione dei materiali e loro proprietà fondamentali. Verranno affrontate le caratteristiche dei diversi materiali e descritti i procedimenti di base per la progettazione, nonché le possibili tecnologie utilizzabili in base materiali scelti e del prodotto desiderato.

Conoscenze di base di chimica, fisica e matematica.

Conoscenze di base di chimica, fisica e matematica.

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, etc ed attività in laboratorio

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni PDF, PPT, etc.

Introduzione alla analisi degli errori, caratterizzazione dei materiali: pesate, densità, proprietà termiche, proprietà meccaniche, etc.

Analisi e applicazione dei materiali (produzione, proprietà, relazioni proprietà-struttura) per materiali metallici, materiali polimerici, materiali ceramici, compositi, vetri, etc.

Prova orale

Prova orale

Dispense PDF, PPT, etc.

Dispense PDF, PPT, etc. - Barbara Del Curto, Claudia Marano, Maria Pia Pedeferri (2015) Materiali per il Design: Introduzione ai materiali e alle loro proprietà, Casa Editrice Ambrosiana. - William F. Smith, Javad Hashemi (2012) Scienza e tecnologia dei materiali, McGraw-Hill Education.

Conoscenza delle proprietà dei sistemi complessi e principi di gestione dei sistemi complessi stessi usando l'approccio sistemico.

Il modulo di “Teoria dell'Approccio Sistemico alla Sostenibilità” è l’unico corso che presenta le caratteristiche generali dei Sistemi Complessi e l'approccio sistemico alla loro gestione nell'ambito del corso di laurea Professionalizzante in Metodologie per Prodotto e Processo. 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 al fine di promuovere uno sviluppo tecnologico sostenibile. Le principali conoscenze che devono esser acquisite da parte dello studente sono: 1) caratteristiche delle sfide globali; 2) evoluzione della ricerca scientifica che è passata dall'indagine di fenomeni e sistemi semplici all'indagine di sistemi complessi; 3) caratteristiche dei sistemi complessi; 4) metodologie per l'indagine e la gestione dei sistemi complessi.

Principi dell'approccio sistemico. Concetti di scorte, flussi ed equilibrio dinamico. Azioni di feedback. Cambiamenti di dominio, ritardi ed oscillazioni. Resilienza, auto-organizzazione e gerarchia. Scoprire le trappole in cui i sistemi possono cadere. Dove intervenire in un sistema complesso.

Sfide globali. Proprietà dei Sistemi Complessi e Complessità Epistemologica. Principi e metodi di indagine e gestione dei Sistemi Complessi.

Le conoscenze di base di matematica, fisica e chimica.

Le conoscenze di base di matematica, fisica e chimica.

Gli argomenti del corso verranno presentati con delle slides e poi verranno eseguiti degli esperimenti computazionali per testare la comprensione dei concetti chiave utilizzando Stella Architect e Insight Maker come software.

L’insegnamento dei concetti proposti in questo modulo consisterà in 21 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.

Il corso di laboratorio prevede la trattazione dei seguenti argomenti: 1) Concetto di sistema, scorta, flusso in ingresso ed in uscita. 2) Feedback negativo o di bilanciamento. 3) Feedback positivo o di rinforzo. 4) Comportamento dei sistemi con una sola scorta e: a) due azioni di feedback negative che competono; b) un'azione di feedback negativa ed una positiva; c) ritardo nell'inventario. 5) Comportamento dei sistemi con due scorte: a) una scorta rinnovabile limitata da una scorta non-rinnovabile; b) una scorta rinnovabile limitata da un'altra scorta rinnovabile. 6) Proprietà dei sistemi: resilienza, auto-organizzazione, gerarchia. 7) Opportunità e trappole dei sistemi. 8) Punti di leva: posti dove intervenire in un sistema.

Gli argomenti del corso sono i seguenti: 1) Introduzione alle sfide globali del XXI secolo. 2) Excursus storico che mostra come la ricerca scientifica è evoluta dallo studio di sistemi e fenomeni semplici all'indagine dei Sistemi Complessi attraverso tre periodi: quello cosidetto pratico, quello filosofico e quello sperimentale. Siamo in procinto di entrare in un quarto periodo che verrà, probabilmente, indicato come omputazionale. 3) Caratteristiche dei Sistemi Complessi, Complessità Epistemologica e Complessità Bioetica. 4) Strategie per affrontare la Complessità a seguito della crisi del metodo sperimentale tradizionale.

Nella prova orale di circa 15-20 minuti, lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito quali sono le fenomenologie dei sistemi complessi ed i principi di gestione degli stessi. A tale riguardo verrà richiesto di presentare un progetto di descrizione e gestione di un processo produttivo chimico sostenibile, costruito tramite Stella Architect o Insight Maker come software. Gli studenti e le studentesse dovranno dimostrare di aver acquisito le metodologie ed i principi indispensabili per affrontare l’indagine e la gestione dei Sistemi Complessi. 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).

L’apprendimento degli argomenti del corso è testato attraverso una prova orale con domande inerenti i contenuti svolti presentati durante il corso. Le domande riguarderanno le proprietà dei Sistemi Complessi, la Complessità Epistemologica ed le strategie per affrontare la Complessità e gestire i Sistemi Complessi. Gli studenti e le studentesse dovranno dimostrare di aver acquisito le metodologie ed i principi indispensabili per affrontare l’indagine e la gestione dei Sistemi Complessi. La prova orale durerà circa 30 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).

I testi di riferimento sono tre: 1) Pier Luigi Gentili, Il Mondo è Complesso: Parliamone, Morlacchi Editore, Perugia, 2025. 2) Pier Luigi Gentili, Untangling Complex Systems: A Grand Challenge for Science, CRC Press, Boca Raton (FL, USA) 2018. 3) Donella H. Meadows, Thinking in Systems Chelsea Green Publishing, Vermont, 2008.

I testi di riferimento sono tre: 1) Pier Luigi Gentili, Il Mondo è Complesso: Parliamone, Morlacchi Editore, Perugia, 2025. 2) Pier Luigi Gentili, Untangling Complex Systems: A Grand Challenge for Science, CRC Press, Boca Raton (FL, USA) 2018. 3) Donella H. Meadows, Thinking in Systems, Chelsea Green Publishing, Vermont, 2008.

Il corso si propone di fornire agli studenti gli strumenti per utilizzare in maniera autonoma i principali database primari contenenti sequenze di DNA genomico, mRNA e proteine, e per la comprensione del funzionamento e l’utilizzo dei principali algoritmi di ricerca di similarità locale (BLAST), globale e di allineamento multiplo (CLUSTLW), riguardanti proteine e acidi nucleici

Il corso si propone di presentare agli studenti i principali database primari e i principi di funzionamento dei principali algoritmi di ricerca di similarità locale, globale e di allineamento multiplo riguardanti proteine e acidi nucleici

Conoscenze di base riguardanti il dogma della biologia molecolare, il codice amminoacidico delle proteine, il codice nucleotidico del DNA

Il corso si svolge in aula di informatica è organizzato come segue: i) lezioni frontali in aula inerenti agli argomenti previsti dal programma con l'ausilio di diapositive; ii) parte pratica consistente nel collegamento ai database e ai programmi analizzati durante la lezione

Introduzione al corso: come nasce la bioinformatica, l'esempio delle sequenze consenso e degli algoritmi di analisi delle sequenze ex-novo. I database "flat-file" e i database relazionali. Tipi di database biologici: sequenze di nucelotidi (genomi, trascrittomi) e sequenze di aminoacidi. La determinazione della struttura tridimensionale delle proteine (cristallografia a raggi X, NMR) e i database delle strutture proteiche. Sequenze nucleotidiche e aminoacidiche. Similitudini e differenze nell'allineamento di sequenze: il problema del codice genetico e delle caratteristiche chimico-fisiche delle catene laterali degli aminoacidi. Il metodo della matrice a punti. Gli algoritmi dinamici e gli allineamenti globali e locali. Matrici di sostituzione per le proteine: matrici PAM e BLOSUM. Il concetto di "query sequence". L'algoritmo BLAST. Esercizi di ricerca di sequenze simili mediante BLASTN. Gli algoritmi euristici e il concetto di dendrogramma in ClustLW. I limiti degli approcci attiuali. Esempio pratico di allineamenti multipli mediante ClustaLW. I modelli nascosti di Markov e le loro applicazioni: individuazione di sequenze consenso per i fattori di tarscrizione, individuazione di sequenze leader nelle proteine. Il concetto di dominio e motivo. Le matrici PSSM. L'individuazione di motivi e domini da sequenze query. Esercizio pratico sul database Prosite. La teoria dei grafi: nodi, link, hub. Reti semplici, orientate e ponderate. La matrice delle adiacenze. Motivi a input singolo, multiplo, feed-forward e feedback. Reti casuali e a invarianza di scala. Esercizio pratico sul database String.

L’esame prevede una prova scritta/pratica della durata di 45 minuti circa che consiste nella in domande a scelta multipla ed esercizi pratici basati sulla ricerca e l’allineamento di sequenze

Pascarella, Paiardini “Fondamenti di Bioinformatica”, Zanichelli Materiale fornito dalla docente

L'insegnamento ha l'obiettivo di far acquisire sia delle conoscenze teoriche che delle abilità pratiche legate allo studio dei biomateriali polimerici. Le principali conoscenze acquisite saranno relative a tecniche di processo da fuso (elementi base di estrusione, iniezione, filatura, filmatura e caratteristiche fondamentali degli strumenti utilizzati) e tecniche di caratterizzazione (elementi base di analisi termica mediante calorimetro e analizzatore termogravimetrico, spettroscopia mediante analizzatori UV e un FTIR, microscopia elettronica e caratteristiche fondamentali di un SEM, bagnabilità di uan superficie e valutazione mediante angolo di contatto, test di disintegrazione in compost di bioplastiche).

Il corso si prefigge di far acquisire conoscenze su sintesi, tecnologie di processo, uso, tecniche di caratterizzazione di materiali polimerici biodegradabili naturali, di sintesi e compositi biodegradabili, fornire agli studenti le conoscenze necessarie per valutare la sostenibilità di un materiale polimerico, l’ applicazione e lo smaltimento nell’ ambiente. Saranno inoltre studiate le interazioni e l’impatto che ha il polimero con l’ambiente nel suo intero ciclo di vita, interpretando le correlazioni proprietà-struttura e prevedendo le proprietà fisiche e chimiche del polimero sulla base della sua struttura molecolare

Il corso ha l'obiettivo di fornire allo studente le principali nozioni teoriche e pratiche sulle tecniche di processo e caratterizzazione delle bioplastiche, utilizzabili sia nel campo della ricerca che a livello industriale. Il corso include lezioni ed esercitazioni pratiche di laboratorio riguardanti lavorazione da fuso di materiali polimerici (estrusione, filmatura, stampaggio per iniezione, filatura), loro caratterizzazione e analisi (DSC, TGA, MFI, IR, UV Vis, proprietà meccaniche e reologiche, analisi microscopica, bagnabilità superficiale, disintegrazione).

Il corso ha l'obiettivo di fornire allo studente le principali nozioni sulla struttura, sulle proprietà meccaniche e fisiche, sulle principali applicazioni, sulle tecnologie di lavorazione e sui fenomeni di biodegradazione di biopolimeri di tipo termoplastico, termoindurente, elastomerico. Al termine del corso lo studente avrà la possibilità di scegliere correttamente il materiale maggiormente indicato per ogni applicazione che dovrà affrontare, valutare vantaggi e svantaggi dell'utilizzo di nuovi materiali biobased, studiare la possibilità d realizzare componenti con materiali differenti da quelli attualmente utilizzati realizzando un risparmio in termini economici ed ambientali.

Conoscenze di base di chimica, fisica, matematica, scienza e tecnologia dei materiali biopolimerici

Conoscenze di base di chimica, fisica, matematica, scienza e tecnologia dei materiali polimerici

L'insegnamento laboratorio di materiali prevede principalmente l'applicazione di due metodi didattici: lezioni frontali e lezioni in laboratorio. Nelle lezioni frontali si affronteranno le tematiche teoriche connesse alle proprietà e alle strumentazioni che si andranno poi a concretizzare nelle parte delle osservazioni in laboratorio

Il corso è articolato in lezioni frontali con l'ausilio di presentazioni Powerpoint

Principali nozioni teoriche e pratiche sulle tecniche di processo e caratterizzazione delle bioplastiche, utilizzabili sia nel campo della ricerca che a livello industriale. Il corso include lezioni ed esercitazioni pratiche di laboratorio riguardanti lavorazione da fuso di biomateriali polimerici (estrusione, filmatura, stampaggio per iniezione, filatura) e loro caratterizzazione e analisi (DSC, TGA, MFI, IR, UV Vis, proprietà meccaniche e reologiche, analisi microscopica, bagnabilità superficiale, disintegrazione).

Richiami di chimica macromolecolare: sintesi, caratterizzazione e correlazioni proprietà-struttura. Introduzione alle bioplastiche: definizioni e norme, principali classi, produzione globale, applicazioni. Monomeri ottenuti da fonti rinnovabili e sintesi dei rispettivi polimeri. Biopolimeri di origine fossile, biocompositi e bionanocompositi, bioplastiche prodotte a livello industriale. Materiali biodegradabili, bioriassorbibili, bioattivi. Problemi dei biomateriali: le varie forme di degradazione: la degradazione funzionale, la degradazione ambientale e la degradazione programmata. Applicazioni e processi tecnologici di produzione e formatura. Vantaggi e svantaggi in termini di sostenibilità economica ed ambientale.

Esame orale

Esame orale

Materiale fornito dal docente

• Biopolimeri- edited by M. Alloisio - (2013) - Edizioni Nuova Cultura - Material from “Biopolymers from Renewable Resources" D.L. Kaplan Ed. - Macromolecular Systems - Materials Approach, Springer, 1998 - Material from "Bio-Based Plastics: Materials and Applications - Stephan Kabasci (Editor), 2013, Wiley

L'obiettivo principale del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze fondamentali per elaborare razionalmente una strategia sintetica nell’ambito di processi di trasformazione delle biomasse vegetali volta alla generazione di bioenergia e al la produzione di bio-chemicals e bioplastiche.

La biomassa come materia prima rinnovabile nei processi per la produzione di energia, di prodotti chimici e di materiali. Tipologie di biomasse. Il concetto di Bioraffineria. Chimica verde e bioraffinerie. Processi e tecnologie per la conversione di biomasse vegetali in prodotti ad alto valore aggiunto.

Al fine di comprendere gli argomenti oggetto dell'insegnamento è necessario aver seguito il corso di Fondamenti di Chimica.

lezioni frontali

Introduzione al corso. La biomassa come materia prima rinnovabile nei processi per la produzione di energia, di prodotti chimici e di materiali. Tipologie di biomasse. Principali componenti della biomassa vegetale. Il concetto di Bioraffineria. Principali “molecole piattaforma”. Processi e tecnologie per la conversione di biomasse vegetali in prodotti ad alto valore aggiunto. Strategie per la realizzazione di processi chimici eco-compatibili di trasformazione delle biomasse. Principali tecnologie per la valorizzazione delle biomasse. Biomassa di scarto nell’economia circolare. Le realtà industriali impegnate nella valorizzazione delle biomasse: alcuni esempi.

L'insegnamento costituisce un modulo del corso integrato "TECNOLOGIE DELLE BIOMASSE CON LABORATORIO” e la prova di verifica finale dell’apprendimento resta unica. La prova parziale del presente modulo consiste in un esame orale della durata di circa 30 minuti avente lo scopo di verificare il livello di competenza e conoscenza raggiunte dallo studente relativamente ai contenuti del programma anche in termini di proprietà di linguaggio e di organizzazione dell'esposizione. Infatti, sia le conoscenze che le competenze acquisite sono ritenute essenziali al fine della formazione professionale degli studenti. 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 la docente (https://www.unipg.it/disabilita-e-dsa)

Materiale fornito dai docenti -J. Clark, F. Deswarte (Eds) “Introduction to Chemicals from Biomass”, 2015 John Wiley & Sons

Le attività didattiche proposte in questo modulo, forniranno le competenze necessarie per definire, per un generico processo industriale, i seguenti parametri: - bilancio di massa del sistema, portate in ingresso ed in uscita da un impianto; - bilancio di energia; - grado di avanzamento delle reazioni coinvolte; - grado di conversione dei reagenti impiegati; soluzioni alternative per migliorare la resa del processo. Gli studenti dovranno inoltre acquisire le competenze necessarie per utilizzare correttamente i chemicals studiati nel modulo teorico.

Gli studenti dovranno conoscere e saper descrivere i principali processi di raffineria, con particolare attenzione ai processi di trasformazione delle materie prime nei prodotti finali (in particolare i processi di produzione dell'idrogeno e quelli di produzione degli idrocarburi tipici delle benzine e dei gasoli). Gli studenti dovranno inoltre essere in grado di definire e comprendere un bilancio di massa e di energia di un impianto di conversione/produzione di energia. Essendo il settore energetico e quello merceologico ancora fortemente dipendenti dai processi di raffineria e dall'utilizzo di fonti fossili, questo corso mira a descrivere nel dettaglio tali processi, fornendo agli studenti gli strumenti per comprenderne l'effettivo impatto ambientale e le possibilità di sostituire tali processi con soluzioni più sostenibili. Durante il modulo di laboratorio, gli studenti acquisiranno le competenze necessarie per definire, per un generico processo industriale, i seguenti parametri: - bilancio di massa del sistema, portate in ingresso ed in uscita da un impianto; bilancio di energia; - grado di avanzamento delle reazioni coinvolte; - grado di conversione dei reagenti impiegati; soluzioni alternative per migliorare la resa del processo. Gli studenti dovranno inoltre acquisire le competenze necessarie per utilizzare correttamente i chemicals studiati nel modulo teorico.

Il presente modulo ha lo scopo di consentire allo studente di fissare i concetti appresi durante il corso di Tecnologie Industriali, con esercitazioni pratiche ed attività di laboratorio. Verranno analizzati alcuni dei processi industriali approfonditi durante il corso, analizzandone i flussi di materia ed energia in ingresso ed in uscita, definendo il grado di avanzamento della reazione ed il rendimento di processo. Per quanto riguarda i chemical trattati nel corso, verranno proposte attività di laboratorio basate sul loro impiego, in modo da comprenderne in dettaglio le proprietà e le principali aree di applicazione.

L'insegnamento mira ad approfondire le diverse tematiche relative alle operazioni unitarie dell’ingegneria chimica ed al loro impiego nei processi rilevanti alle trasformazioni ed all’impiego delle risorse energetiche. Il corso mira a mostrare ed approfondire le tipologie più diffuse di impianti chimici. In maniera analoga, i principali processi chimici verranno approfonditi. Nel dettaglio: trasformazioni delle materie prime energetiche necessarie a soddisfare i requisiti di impiego industriale dei combustibili; processi di produzione e trasformazione del gas di sintesi, riduzione degli inquinanti della combustione da sorgenti fisse e mobili, principali chemicals inorganici. I processi verranno analizzati a partire dai rispettivi concetti base in ambito termodinamico, cinetico ed impiantistico. Sulla base di ciò, verranno forniti dettagli in merito alla loro progettazione e principi di esercizio. Durante il modulo di laboratorio, verranno analizzati alcuni dei processi industriali approfonditi durante il corso, analizzandone i flussi di materia ed energia in ingresso ed in uscita, definendo il grado di avanzamento della reazione ed il rendimento di processo. Per quanto riguarda i chemical trattati nel corso, verranno proposte attività di laboratorio basate sul loro impiego, in modo da comprenderne in dettaglio le proprietà e le principali aree di applicazione.

Nozioni di base di matematica, fisica e termodinamica. Conoscenza e rispetto delle principali norme di sicurezza e comportamentali per lavorare in laboratorio.

Nozioni di base di matematica, fisica e termodinamica. Conoscenza e rispetto delle principali norme di sicurezza e comportamentali per lavorare in laboratorio.

Gli studenti iscritti al corso dovranno affrontare esercitazioni pratiche, che potranno prevedere l'utilizzo di calcolatori, ed attività di gruppo in laboratorio.

Il corso è strutturato in: 1) lezioni frontali in aula su tutti gli argomenti del programma con confronto con gli studenti; 2) lezioni frontali a carattere seminariale con supporto del proiettore; 3) esercitazioni al calcolatore; 4) attività pratiche in laboratorio.

• Bilanci materiali ed energetici nei sistemi reagenti a controllo stechiometrico (combustione) - Richiami di stechiometria. Reagente in eccesso ed in difetto. Dosatura stechiometrica. - Bilanci materiali su processi a controllo stechiometrico. Composizione ed analisi dei fumi. Termochimica delle reazioni di combustione. Potere calorifico dei combustibili e calore di reazione. - Bilanci energetici su processi di combustione. Temperatura adiabatica di fiamma. Efficienza di combustione. - Sistemi reagenti a controllo termodinamico: Equilibrio chimico - Condizione di equilibrio per sistemi reagenti. Energia libera di Gibbs e potenziale chimico. Energia libera standard e costante di equilibrio. Impiego in laboratorio dei principali chemicals studiati durante le lezioni frontali.

Lezioni frontali: 1) Principali tipologie di reattori industriali; 2) Processi nella raffineria di petrolio Introduzione alla raffineria di petrolio e panoramica generale; Processi fisici: desalinizzazione e disidratazione; distillazione del greggio e propane deasphalting; - Processi termici: visbreaking; delayed coking e flexicoking; - Processi catalitici: numeri di ottano e cetano; cracking catalitico; reforming catalitico; alchilazione; hydroprocessing; 3) Gas di sintesi dal gas naturale: reazioni e termodinamica; processi di steam reforming e reforming autotermico; purificazione del gas di sintesi; 4) Gassificazione del carbone: reazioni e termodinamica; Ciclo combinato di gassificazione Testi in inglese Language of instruction ITALIAN/ENGLISH Contents The course aims to study in depth the various topics related to the unit operations of chemical engineering and their use in the processes relevant to the transformations and use of energy resources. The course aims to show and study in depth the most common types of chemical plants. Similarly, the main chemical processes will be studied in depth. In detail: transformations of the raw materials integrata; 5) Principali chemicals inorganici: - Acido solforico; - Acido nitrico. Attività pratiche: Bilanci materiali ed energetici nei sistemi reagenti a controllo stechiometrico (combustione) - Richiami di stechiometria. Reagente in eccesso ed in difetto. Dosatura stechiometrica. - Bilanci materiali su processi a controllo stechiometrico. Composizione ed analisi dei fumi. Termochimica delle reazioni di combustione. Potere calorifico dei combustibili e calore di reazione. - Bilanci energetici su processi di combustione. Temperatura adiabatica di fiamma. Efficienza di combustione. - Sistemi reagenti a controllo termodinamico: Equilibrio chimico Condizione di equilibrio per sistemi reagenti. Energia libera di Gibbs e potenziale chimico. Energia libera standard e costante di equilibrio. Impiego in laboratorio dei principali chemicals studiati durante le lezioni frontali.

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale. Essa consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. La prova orale può essere effettuata singolarmente per ciascun modulo o contemporaneamente per entrambi i moduli del corso. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale. Essa consiste in una discussione di durata compresa tra i 20 e i 40 minuti, finalizzata ad accertare il livello di conoscenza dei contenuti teorici e metodologici forniti e dettagliati nel programma. La prova orale ha anche l’obiettivo di verificare la capacità di comunicazione e di sintesi organica, nonché la proprietà di linguaggio dello studente in relazione agli argomenti teorici e pratici trattati. La valutazione finale verrà effettuata in trentesimi dalla commissione. La prova orale può essere effettuata singolarmente per ciascun modulo o contemporaneamente per entrambi i moduli del corso. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa

Jacob A. Moulijn, Michiel Makkee, Annelies E. van Diepen, "Chemical Process Technology" Wiley Dispense mostrate in aula e messe a disposizione dal docente.

Jacob A. Moulijn, Michiel Makkee, Annelies E. van Diepen, "Chemical Process Technology" Wiley Dispense mostrate in aula e messe a disposizione dal docente.