Chimica Industriale

GABRIELE FAVERO

Riconoscere i diversi componenti di un sensore

Comprendere l’origine della selettività di sensori e biosensori

Definire i vari sistemi di trasduzione

Conoscere le caratteristiche dei diversi componenti biologici dei biosensori

Dimostrare le caratteristiche dei sistemi di produzione dei sensori

Interpretare il ruolo svolto dai nanomateriali nel funzionamento dei sensori

Distinguere le prestazioni ed applicazioni dei vari tipi di trasduttore

Valutare le possibilità di accoppiamento elemento sensibile/trasduttore

Progettare la realizzazione di un sensore o biosensore per una specifica applicazione analitica

A - Conoscenza e capacità di comprensione
Comprendere la differenza tra i diversi sistemi di trasduzione
Conoscere i vari materiali impiegati nei sistemi di trasduzione
Conoscere i diversi biocomponenti utilizzati nella fase di riconoscimento

B – Capacità applicative
Essere in grado di illustrare i principi di funzionamento dei vari tipi di sensori e biosensori
Essere in grado di motivare l’impiego dei vari sistemi di trasduzione

C - Autonomia di giudizio
Essere in grado di argomentare i possibili campi di applicazione dei diversi sensori e biosensori
Avere la capacità di giustificare la scelta di un determinato sistema di trasduzione per un particolare evento di riconoscimento

D – Abilità nella comunicazione
Saper comunicare le possibili applicazioni di diversi sensori e biosensori in maniera adeguata all’interlocutore, sia specialista che non specialista

E - Capacità di apprendere
Saper attingere a diverse fonti bibliografiche e prospetti informativi al fine di un continuo aggiornamento sulle evoluzioni tecnologiche nel settore specifico della sensoristica

a) Concetti di base relativi ad un corso di Chimica Generale ed Inorganica a livello universitario
b) Principi basilari della Biochimica (proteine, enzimi, funzioni e caratteristiche) e dell’Analisi Strumentale (metodi strumentali, accuratezza, precisione, ripetibilità, campionamento)

Aspetti generali dei sensori. Metodi di riconoscimento (enzimi, acidi nucleici, affinità), Metodi di Trasduzione (termometrica, meccanica, elettrochimica, ottica), Calibrazione ed applicazioni di sensori e biosensori
Proteine ed Enzimi. Struttura e conformazione, Processi di riconoscimento, Ossidasi, Deidrogenasi, Idrolasi, Liasi, Sistemi multienzimatici, Cinetica di Michaelis-Menten, Inibizione enzimatica
Realizzazione dei sensori. Metodi di immobilizzazione, Crosslinking, Materiali carboniosi e polimerici, Self assembly, Idrogel, Polimeri conduttori, Incapsulamento
Biosensori di affinità. Antigeni ed anticorpi, Metodi di trasduzione label e label-free, Recettori biologici ed artificiali, Sistemi host-guest, Polimeri molecularly imprinted
Biosensori a DNA. Struttura del DNA ed ibridazione, Aptameri, Metodi di trasduzione label e label-free, Amplificazione
Applicazioni dei nanomateriali. Nanomateriali metallici, Carbonanotubi e carbonanofibre, Nanoparticelle magnetiche, Quantum dots, Dendrimeri
Trasduzione termica. Termistori e termopile, Sensori multienzimatici
Trasduzione potenziometrica. Celle galvaniche, Sensori potenziometrici, Elettrodi ionoselettivi a vetro, cristallo, scambiatore e ionoforo, MIPs, sensori a stato solido
Trasduzione basata su semiconduttori. Dispositivi ad effetto di campo, Sensori pH-ISFET, FET enzimatici, Sensori a gas
Trasduzione elettrochimica. Celle elettrochimiche, Curve corrente-potenziale, Processi faradici e non-faradici, Metodi amperometrici e voltammetrici, Materiali elettrodici tradizionali e nanostrutturati, Catalisi redox, Sensori amperometrici, Biosensori amperometrici di prima seconda e terza generazione, Sensori amperometrici di affinità, Sensori e biosensori impedimetrici
Trasduzione ottica. Radiazioni elettromagnetiche e guide d’onda, Metodi di trasduzione spettrofotometrica, Assorbimento, Riflettanza, Luminescenza, Risonanza plasmonica superficiale, Sensori di pH e di ossigeno, Sensori ottici-enzimatici, Sensori ottici di affinità e a DNA, Nanomateriali e trasduzione ottica
Trasduzione gravimetrica. Effetto piezoelettrico, Microbilancia a cristalli di quarzo, Sensori di gas e vapori, Sensori QCM di affinità, Sensori SAW, Sensori e biosensori a microleva
Sensori basati su microrganismi. Sensori biocatalitici, Biosensori ad inibizione, Sensori ottici a cellule intere

Florinel-Gabriel Banica: “Chemical Sensors and Biosensors - Fundamentals and Applications” – Wiley 2012
René Lalauze: “Chemical Sensors and Biosensors” – Wiley 2012

Viene richiesto allo studente di presentare un breve testo scritto riguardante un progetto di ricerca per lo sviluppo di un sensore o un biosensore e di argomentarlo nella prova orale.

Per superare l'esame occorre conseguire un voto non inferiore a 18/30. Lo studente deve dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente delle differenze tra i sistemi di trasduzione e delle modalità di generazione del segnale dalla interazione tra analita ed elemento di riconoscimento, una conoscenza di base delle possibilità applicative dei sensori e biosensori.
Per conseguire un punteggio pari a 30/30 e lode, lo studente deve invece dimostrare di aver acqui- sito una conoscenza eccellente di tutti gli argomenti trattati durante il corso, essendo in grado di raccordarli in modo logico e coerente.