Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Samuele RINALDI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea Magistrale - [SM04] BIOLOGIA MOLECOLARE E APPLICATA (Curriculum: TECNOLOGIE BIOLOGICHE) Master Degree (2 years) - [SM04] APPLIED AND MOLECULAR BIOLOGY (Curriculum: TECNOLOGIE BIOLOGICHE)
Dipartimento: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'AmbienteDepartment: [040017] Dipartimento Scienze della Vita e dell'Ambiente
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Primo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2023-2024
Anno regolamentoAnno regolamento: 2022-2023
Obbligatorio
Crediti: 6
Ore di lezioneTeaching hours: 48
TipologiaType: C - Affine/Integrativa
Settore disciplinareAcademic discipline: CHIM/06 - CHIMICA ORGANICA
ITALIANO
Italian
Conoscenze di base di chimica organica e biochimica.
Basic knowledge of organic chemistry and biochemistry.
Sono previste 48 ore di lezioni teoriche (6 CFU).
The course consists of 48 hours (6 credits) of theory lectures.
L’insegnamento permette agli studenti di acquisire la conoscenza dei
concetti di base e delle forze che governano il nanomondo, oltre alla
conoscenza degli approcci metodologici per la costruzione di
nanostrutture e alla conoscenza generale della nanotecnologie e delle
loro applicazioni, con particolare enfasi su quelle biomediche.
L’insegnamento permette in particolare di acquisire la conoscenza delle
nanostrutture a base di fullereni, foldameri, nanoparticelle, nanofili,
nanotubi, nanomateriali e nanodispositivi utili nei campi della
diagnostica, della biosensoristica, del drug delivery e della nanomedicina.
L’insegnamento fornisce inoltre le nozioni di base sulle microscopie ad
alta risoluzione e sulle tecniche spettroscopiche per la determinazione
strutturale più utilizzate in ambito nanotecnologico.
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Lo studente dovrà acquisire le seguenti abilità professionalizzanti:
capacità di individuare quale tipo di nanotecnologia può essere applicata
per ottenere l’attività biologica desiderata, tenendo conto delle forze alla base dell’interazione voluta. Lo studente dovrà inoltre acquisire la
capacità di valutare l’efficacia realmente conseguibile e di valutare la
praticabilità, il costo e la difficoltà sintetica.
Competenze trasversali.
La modalità di insegnamento, improntata alla continua sollecitazione
degli studenti a valutare in modo critico e analitico gli approcci ed i
risultati degli studi scientifici riportati a lezione, contribuisce a sviluppare
la capacità di analizzare le informazioni ed i dati in possesso, a trovare
possibili modi per ottenerne altri, ed anche a identificare problemi e
possibili soluzioni, usando il pensiero critico per valutare quale è più
probabile possa risultare efficace.
Knowledge and Understanding.
The course allows students to learn the basic knowledge about the most
important concepts of nanotechnologies, the methodological approaches
to the construction of functional nanostructures and a general overlook
on their applications, with a special regard to the biomedical ones.
In particular, the course allows students to learn the basic knowledge
about nanostructures based on fullerenes, carbon nanotubes,
nanoparticles, nanowires, foldamers, nanomaterials and nanodevices
useful in the fields of diagnostic, biosensoristic, drug delivery and
nanomedicine. Moreover, the course allows students to learn basic
notions on high-resolution microscopies and on spectroscopies for
structural determination.
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
The students will have to learn the following skills: they will have to be able to identify what kind of nanotechnology can be applied in order to
obtain the desired biological activity, taking into account the forces at the
basis of the interaction. Moreover, the students will have to be able to
evaluate the cost, the synthetic difficulty and the actual effectiveness of
the various kinds of nanotechnologies.
Transversal Skills.
The way of teaching, which is characterized by the continuous request of
a critical and analytical approach in evaluating the scientific studies
presented in the course, contributes to the development of analytical,
creative and critical skills, so that the students will improve their ability to
analyze the available data and find possible ways to obtain new ones.
The ability of students to identify problems and find possible solutions,
together with the use of critical thinking in order to evaluate which one is
more likely to be effective, will also be improved.
Introduzione al corso: definizioni di base e inquadramento della materia. Che cos’è una nanostruttura. La nanoscala. Esempi di nanostrutture in natura. Esempi di applicazioni già in uso basate sulle nanostrutture. Approcci alle nanostrutture: top-down e bottom-up.
Le leggi del nanomondo: proprietà fisiche,
chimiche, ottiche ed elettriche nelle nanodimensioni. Interazioni non covalenti. Basi del self-assembly di molecole anfifiliche in acqua.
Gli occhi per osservare il nanomondo. Cenni di microscopie ad alta risoluzione (TEM, SEM, STM, AFM). Cenni di spettroscopie per la
determinazione strutturale di proteine, peptidi e loro analoghi: diffrattometria a raggi X di cristalli, risonanza magnetica nucleare (NMR),
dicroismo circolare (CD) e spettroscopia infrarossa (IR).
Fullereni: definizioni, proprietà, funzionalizzazioni covalenti e non. Esempi
di applicazioni in ambito biologico.
Nanotubi di carbonio: definizioni, proprietà, funzionalizzazioni covalenti e non. Esempi di applicazioni in ambito biologico.
Nanoparticelle e quantum dots: definizioni, proprietà, esempi di applicazioni in ambito
biologico.
Nanofili: definizioni, proprietà, esempi di applicazioni in ambito biologico.
Approfondimenti sugli α-peptidi e introduzione ai foldameri: ripasso delle caratteristiche strutturali di aminoacidi naturali, peptidi e proteine. Forze che determinano il folding. Definizione dei foldameri e analisi delle strutture secondarie formate da varie classi di peptidi non naturali e loro analoghi-
Applicazioni in ambito biologico dei foldameri costituiti da mimetici di α-aminoacidi, da β-aminoacidi e da mimetici di β-aminoacidi. Applicazioni biologiche di foldameri auto-assemblati.
Introduction to the course: basic definitions. What a nanostructure is. The nanoscale.
Examples of natural nanostructures. Examples of nanostructure-based
applications already in use. Approaches to nanostructures: top-down and bottom-up.
The laws of the nanoworld: physical, chemical, optical and electric properties within the nanodimensions. Non-covalent interactions. Basis for self-assembly of amphiphilic molecules in water.
The eyes to observe the nanoworld. Background of high-resolution microscopies (TEM, SEM, STM, AFM). Background of spectroscopies for the structural determination of proteins, peptides and their analogues: single crystal X-ray diffraction, nuclear magnetic resonance (NMR),
circular dichroism (CD) and infrared spectroscopy (IR).
Fullerenes: definitions, properties, functionalizations. Examples of biological applications.
Carbon nanotubes: definitions, properties, covalent and non-covalent functionalizations. Examples of biological applications.
Nanoparticles and quantum dots: definitions, properties, examples of biological applications.
Nanowires: definitions, properties, examples of biological applications.
In-depth analysis of α-peptides and introduction to foldamers: revision of the structural features of natural
amino acids, peptides and proteins. Folding-determining forces. Definition of foldamers and analysis of secondary structures assumed by different classes of foldamers.
Biological applications of foldamers derived from α-amino acids mimetics, from β-amino acids and from β-amino acids mimetics. Biological applications of self-assembled foldamers.
L’esame consiste in una prova orale in cui sono previste 4 domande: (i) descrizione di tutte le applicazioni biologiche di una particolare classe di nanostrutture scelta in modo random (voto massimo 27); (ii) discussione di un caso ipotetico di investigazione strutturale (variazione massima di ± 2 punti rispetto al punteggio precedente); (iii) disegno di α-aminoacidi e backbone peptidici di vario tipo, evidenziando gli schemi dei legami idrogeno (variazione massima di ± 2 punti rispetto al punteggio precedente); (iv) analisi dettagliata del file pdb di un foldamero (variazione massima di ± 2 punti rispetto al punteggio precedente). L’esame si intende superato quando il voto finale è maggiore o uguale a 18. La lode viene attribuita in caso di raggiungimento di almeno 31 punti.
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Nella prova orale lo studente dovrà dimostrare sia la conoscenza degli
argomenti, sia la capacità di utilizzare le conoscenze acquisite per risolvere problemi ipotetici. In particolare, per quanto concerne la capacità di risoluzione di problemi ipotetici, lo studente dovrà dimostrare di conoscere le leggi che regolano le interazioni tra le varie nanostrutture studiate durante il corso e le componenti biologiche.
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Il voto finale è attribuito in trentesimi. L’esame si intende superato quando il voto è maggiore o uguale a 18. È prevista l’assegnazione del massimo dei voti con lode (30 e lode).
Criteri di attribuzione del voto finale.
Il voto finale viene attribuito sommando il punteggio delle 4 domande. La lode viene attribuita quando lo studente raggiunge almeno 31 punti.
Learning Evaluation Methods.
The examination consists of an oral exam that consists of 4 questions: (i) description of all the biological applications of a randomly chosen class of nanostructures (maximum grade 27); (ii) discussion of an hypothetical case of structural investigation (maximum variation of ±2 points with respect to the previous grade); (iii) drawing of α-amino acids peptidic backbones, evidencing hydrogen-bonding patterns (maximum variation of ±2 points with respect to the previous grade); (iv) detailed analysis of a foldamer pdb structure (maximum variation of ±2 points with respect to the previous grade). The exam is passed when the final grade is equal or greater than 18. The honors are awarded when the student reaches at least 31 points.
Learning Evaluation Criteria.
In the oral exam, the student will have to demonstrate both the knowledge of the subjects and the ability to use the knowledge to solve hypothetical problems. In particular, as far as the ability to solve hypothetical problems is concerned, the student will have to demonstrate the knowledge of the laws that regulate the interactions among the nanostructures and the biological components.
Learning Measurement Criteria.
The final grade is attributed in thirtieths. Successful completion of the examination will lead to grades ranging from 18 to 30 with honors.
Final Mark Allocation Criteria.
The final grade is attributed by summing the score of the 4 questions. The honors are awarded when the student reaches at least 31 points.
Materiale didattico distribuito a lezione.
Powerpoint presentations handed out by the lecturer.
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2023-2024
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427