NOVITà - Ca` Foscari

Università
Ca’Foscari
Venezia
Dipartimento
di Scienze Molecolari
e Nanosistemi
à
T
I
V
O
N
Scienza
e Tecnologie
dei Bio e Nanomateriali
Corso di Laurea
Magistrale
Cosa sono
i Bio e Nanomateriali
Celle solari nanostrutturate
La produzione di energia elettrica
dall’energia solare tramite materiali ispirati
alla sintesi clorofilliana passa attraverso
lo sviluppo di molecole antenna in grado
di catturare la luce in modo efficiente
e trasferire questa energia ad elementi
semiconduttori che operino la separazione
tra le cariche positive e negative generando
corrente. Per poter effettuare questa
operazione in modo efficiente questi ultimi
devono avere struttura nanometrica.
Diverse conformazioni geometriche sono
state proposte, nanoparticelle, nanofibre,
nanonastri (nanoribbons), ecc.
I nanomateriali sono sistemi le cui inedite proprietà scaturiscono
dalla loro strutturazione a livello nanometrico.
I biomateriali sono materiali sintetici ibridi che combinano
componenti del mondo biologico (proteine, DNA, ecc.) con
componenti del mondo inorganico.
I bio-nanomateriali sono sistemi che accoppiano queste due
caratteristiche producendo materiali altamente innovativi.
Le applicazioni sono vastissime ed estremamente interessanti: si
spazia dai (bio)sensori ottenuti con nanofili (nanowires), al biolabeling, dalle nanoparticelle metalliche come agenti antivirali, ai
film luminescenti nanostrutturati per incrementare l’efficienza
delle celle solari fotovoltaiche.
I bio e nanomateriali rappresentano una delle priorità strategiche
più promettenti nella ricerca di punta a livello nazionale e
internazionale.
Un corso all’avanguardia
Scienza e Tecnologie dei Bio e Nanomateriali è un nuovo Corso di Laurea
Magistrale (biennale), attivato da quest’anno a Ca’ Foscari, in collaborazione
con l’Università di Verona, prime in Italia a proporre un corso in questi due
campi alla frontiera della scienza moderna.
Drug-delivery
Nanoparticelle super-paramagnetiche
sono rivestite con polimeri
biocompatibili all’interno dei quali sono
intrappolati farmaci ed altre sostanze.
Al di sopra di una temperatura critica
il guscio polimerico tende a collassare
rilasciando le sostanze in esso
contenute. Le nanoparticelle vengono
dirette verso il sito bersaglio tramite un
campo magnetico e, una volta giunte in
posizione, vengono riscaldate facendo
alternare il campo magnetico ad una
opportuna frequenza. Si ottiene così
la somministrazione di farmaci mirati
nelle zone di interesse.
Scaffolds per rigenerazione
di tessuti
Lo sviluppo di un tessuto è un
processo altamente complesso,
organizzato nel tempo (tipi cellulari
diversi, in diversi momenti) e nello
spazio (stimoli e tipi cellulari in
diverse sezioni). Per sviluppare
tessuti “artificiali” c’è quindi bisogno
di nanostrutture 3D che facciano da
sostegno (scaffold = impalcatura) e
che contemporaneamente offrano
una varietà di microambienti per
le specifiche necessità dei diversi
tipi cellulari nelle diverse fasi dello
sviluppo del tessuto.
VEGA
Il Distretto Veneto per le Nanotecnologie
Il corso nasce dall’incrocio delle competenze dell’Università veneziana nel campo
delle nanoscienze con quelle in campo biologico dell’Università di Verona e si sviluppa
nell’ambiente fertile del Distretto Veneto per le Nanotecnologie, che dal 2003,
operando a livello europeo, mette insieme l’imprenditorialità delle aziende hi-tech
venete con le competenze delle Università venete e di nuovi centri all’avanguardia
come la Nanofabrication Facility (NANOFAB) e lo European Centre for Living
Technologies (ECLT).
Il Parco Scientifico e Tecnologico veneziano (VEGA) che ospita molti di questi
laboratori rappresenta un ambiente ideale per questa fertilizzazione incrociata
di idee ed esperienze.
Il Parco Scientifico e Tecnologico veneziano (VEGA = VEnice Gateway for
Science and Technology) è un network tra l’Università, i Centri di ricerca
e il settore produttivo volto alla promozione e allo sviluppo di iniziative di
ricerca scientifica per facilitare il trasferimento di conoscenze a favore della
crescita tecnologica e della competitività delle imprese. Opera nei settori di
punta dell’innovazione tecnologica: Nanotecnologie, ICT, Green Economy.
Dove si tengono le lezioni
Il corso si svolge all’interno delle strutture del VEGA, sono quindi presenti tutti i servizi
di supporto compresi bar e mensa convenzionata. Il VEGA è distante circa 10 minuti di
autobus (ogni 10 minuti) dalla stazione di Venezia-Mestre e a pochi minuti a piedi dalla
stazione ferroviaria di Porto Marghera. Sono anche previsti contributi per le spese di
viaggio per gli studenti che fanno i pendolari da fuori provincia.
ECLT
NANOFAB
La Nanofabrication Facility, con
il suoi 2.700 mq di laboratori
all’interno del VEGA, è oggi
una delle prime strutture di
ricerca in Italia completamente
dedicata al trasferimento delle
nanotecnologie alla produzione
industriale. Il centro lavora infatti
come una struttura commerciale
interamente dedicata al
trasferimento dell’innovazione
tecnologica verso soggetti
industriali, agenzie pubbliche ed
altri enti di ricerca.
Lo European Centre for Living
Technologies è un centro di ricerca cui
afferiscono 15 Università europee e diversi
laboratori internazionali. E’ dedicato
allo studio e alla creazione di una nuova
generazione di tecnologie che incorporino
le proprietà essenziali della vita, come
auto-organizzazione, adattabilità, capacità
di evolvere e reagire a stimoli ambientali,
ecc. L’oggetto della ricerca sono il design e
la creazione di nuovi componenti biologici
che non esistono in natura, proteine e
nuove strutture biologiche alternative.
Il Centro è anche un punto di incontro
internazionale per lo sviluppo di ricerca di
base, la creazione di nuove tecnologie e il
trasferimento di queste tecnologie a vari
settori come quello farmaceutico, medico
e ambientale.
Pre-corsi e corsi di “allineamento”
Data la multidisciplinarietà del percorso, all’incrocio tra scienza dei materiali, biologia,
chimica, fisica e matematica, è prevista una fase di “allineamento”, in cui studenti
provenienti da diversi corsi scientifici triennali seguiranno percorsi diversi che permettano
poi a tutti di proseguire partendo da basi comuni. Coloro provenienti da un corso
triennale che ha già fornito loro una preparazione di base in matematica, fisica e chimica,
troveranno un percorso di microbiologia, biologia molecolare e biochimica. Chi invece
provenisse da corsi di tipo “bio” troverà un percorso con complementi di fisica, chimica
fisica e spettroscopia. Inoltre, a tutti verranno forniti approfondimenti matematici e, già
dal primo semestre, un corso di chimica dei Nanomateriali con laboratorio.
Saranno inoltre attivati due pre-corsi che hanno lo scopo di integrare le conoscenze di
base di Biologia Cellulare ed Informatica.
Prospettive di lavoro
Il corso proietterà lo studente verso il mondo del lavoro e della ricerca nelle industrie
ad alto tasso tecnologico in Italia e all’estero, dove potrà assumere incarichi di
responsabilità nel settore R&D o Controllo Qualità in campo tessile, farmaceutico,
medicale, alimentare, ma anche dell’elettronica e delle energie rinnovabili. Adeguati
sbocchi professionali potranno essere trovati anche in laboratori di ricerca e sviluppo,
pubblici e privati, attivi nel campo dello studio e certificazione dei materiali. Il laureato
può iscriversi all’albo professionale dei Chimici (Sezione A), previo superamento del
relativo Esame di Stato.
I
SEM
Biologia delle Molecole
Informazionali
6
Complementi di Chimica Fisica
Microbiologia
6
Spettroscopia di base
Complementi di Biochimica
6
6
Chimica dei Nanomateriali + lab
12
Fisica degli Stati Aggregati
6
Simulazione di sistemi molecolari e periodici
6
Tecniche di Indagine Struttturale e di Microscopia
12
Tecnologie Biomolecolari
6
Nanobiomateriali e lab.
6
Colloidi e interfasi
12
Corsi a scelta
12
Tirocinio
6
Prova Finale
18
II
SEM
Una tesi di ricerca presso laboratori all’avanguardia
La tesi finale permetterà di applicare queste conoscenze ad un tema di ricerca applicativo
all’avanguardia e potrà svolgersi presso i laboratori delle due Università, presso il Parco
Scientifico e Tecnologico veneziano (Vega) o gli altri laboratori del Distretto Veneto per le
Nanotecnologie, oppure direttamente presso laboratori industriali.
Complementi di Fisica
Metodi Matematici della Fisica
Il Nanobio e i corsi a scelta
Il corso si conclude con le lezioni sui materiali “nanobio”, cioè sull’incrocio tra i due
campi del “nano”e del “bio”, e con alcuni corsi a scelta specialistici su tematiche di
ricerca alla frontiera in questo settore. Tra i corsi a scelta anche uno su brevettazione
e fund raising, in particolare per progetti europei, e sui problemi di sicurezza e rischio
biologico nell’ambiente di lavoro in relazione alle nanoparticelle.
provenienza LT “CHIM/FIS/MAT”
III
SEM
Dopo questo primo semestre di base il corso entra nel vivo, con lezioni e laboratori che
portano nel mondo dell’estremamente piccolo, con corsi che vanno dalle tecnologie
biomolecolari, ai sistemi colloidali e interfasici, dalle simulazioni al computer di
sistemi molecolari e periodici, alla microscopia elettronica e altre tecniche di indagine
strutturali e microscopiche.
CFU
provenienza LT “BIO”
IV
SEM
Si entra nel mondo nano
CORSI DI ALLINEAMENTO
DESCRIZIONE SINTETICA DEI CORSI: OBIETTIVI E CONTENUTI
CORSI DI ALLINEAMENTO
PER CHI VIENE DA Lauree TRIENNALI DI AREA BIO
Titolo: Complementi di Fisica (6CFU)
Scopo: Integrare le competenze in fisica necessarie per affrontare gli argomenti relativi alla
scienza dei nanomateriali.
Contenuti: Elementi di Meccanica, Termodinamica, Elettromagnetismo e Fenomeni ondulatori
Titolo: Complementi di Chimica Fisica (6CFU)
Scopo: Integrare le competenze in fisica quantistica necessarie per affrontare gli argomenti
relativi alla scienza dei nanomateriali e alla struttura della materia.
Contenuti: Introduzione alla meccanica quantistica, dualità onda-paticella, la struttura atomica.
Titolo: Spettroscopia di Base (6CFU)
Scopo: Introdurre alle tecniche spettroscopiche tradizionali utilizzate nello studio dei sistemi
molecolari e dei materiali.
Contenuti: Introduzione alla spettroscopia all’ Infrarosso, UV-Visibile, e alla Risonanza Magnetica.
PER CHI VIENE DA Lauree TRIENNALI DI AREA CHIMICA-MATERIALI
Titolo: Microbiologia (6CFU)
Scopo: Studio della struttura cellulare dei procarioti (batteri e archei) e delle loro ampia diversità
che si manifesta attraverso le molteplici funzioni fisiologiche e genetiche.
Contenuti: Il metabolismo dei procarioti. Produzione di enzimi ed altre molecole di microrganismi
che vivono in ambienti estremi. Mutazioni puntiformi, trasformazione, coniugazione e trasduzione
genica. Importanza dei fagi (virus batterici), plasmidi e transposoni nel modificare il genoma
batterico.
Titolo: Biologia delle Molecole Informazionali (6CFU)
Scopo: Fornire agli studenti le conoscenze di base dei meccanismi molecolari inerenti la
trasmissione, la variazione e l’espressione dell’informazione genetica.
Contenuti: L’informazione genetica e la struttura dei geni. Organizzazione ed evoluzione dei
genomi. RNA e DNA. RNA polimerasi. Introni e RNA splicing. RNA editing. Ribozimi e riboswitch.
Mutazione e riparazione del DNA
Titolo: Complementi di Biochimica (6 CFU)
Scopo: Studio e funzione delle classi biochimiche: aminoacidi e proteine, zuccheri e polisaccaridi
, lipidi ed acidi nucleici e del loro assemblaggio nella costruzione della cellula vivente.
Contenuti: I componenti molecolari e gerarchia delle molecole biologiche. Dinamica delle
proteine, ruolo degli enzimi e del loro controllo. Generazione e conservazione dell’energia
metabolica: catabolismo e anabolismo. La glicolisi, il ciclo degli acidi tricarbossilici, e la produzione
di ATP e precursori molecolari.
PERCORSO COMUNE
Titolo: Metodi Matematici della Fisica (6 CFU)
Scopo: Introdurre gli strumenti matematici indispensabili per creare modelli dei materiali e
delle loro proprietà e comprendere i metodo di analisi avanzati.
Contenuti: Numeri complessi, complementi di calcolo differenziale, serie numeriche e di
funzioni, analisi di Fourier, elementi di algebra lineare e analisi vettoriale
Titolo: Chimica dei Nanomateriali e Laboratorio (12 CFU)
Scopo: Introdurre le principali tipologie di nanomateriali organici e inorganici e le loro proprietà.
Contenuti: Nanoparticelle di ossidi e metalli e dipendenza delle loro proprietà dalla dimensione.
Le macchine molecolari, Dendrimeri e loro applicazioni, Chemisensori e nanosensori.
Titolo: Fisica degli Stati Aggregati (6 CFU)
Scopo: Spiegare le principali proprietà dei solidi a partire dalla teoria quantistica della materia
e dalla termodinamica.
Contenuti: Elementi di termodinamica statistica, Metalli e Isolanti. La teoria delle bande. I
materiali magnetici.
Titolo: Simulazione di Sistemi Molecolari e Periodici (6 CFU)
Scopo: Applicare metodi numerici per la simulazione della struttura e delle proprietà di
molecole e solidi.
Contenuti: Metodi numerici e Monte Carlo di calcolo di molecole e strutture periodiche.
Simulazione di spettri IR, UV-VIS:
Titolo: Tecniche di Indagine Strutturale e di Microscopia (12 CFU)
Scopo: Introdurre le tecniche di analisi strutturale e microstrutturale dei materiali basate sulla
diffrazione e le principali tecniche di microscopia.
Contenuti: Simmetria dei cristalli, la diffrazione dei raggi X, diffrazione da polveri, microscopia
ottica ed elettronica. Diffrazione elettronica.
Titolo: Tecnologie Biomolecolari (6 CFU)
Scopo: Descrivere le principali tecniche di purificazione e separazione tramite elettroforesi
degli acidi nucleici, manipolazione del DNA e le metodologie per clonaggio in vettori batterici.
Contenuti: Concetti e tecniche di purificazione degli acidi nucleici; Separazione degli acidi
nucleici mediante elettroforesi; Manipolazione e clonaggio del DNA, Ibridazione molecolare,
PCR, metodologie di sequenziamento del DNA. Marcatori molecolari;
Titolo: NanoBiomateriali e Laboratorio (6 CFU)
Scopo: Lo scopo di questo corso è studiare alcune applicazioni di nano-biomateriali con
particolare interesse per i sistemi basati sull’interazione di elementi biologici con nanomateriali
di varia natura.
Contenuti: Rigenerazione e ingegneria dei tessuti tramite nano materiali 3D. Veicolazione
intelligente di farmaci tramite foto, magneto e termo attivazione di nano particelle.
Nanoparticelle biofunzionalizzate per sensoristica ambientale e diagnostica.
Titolo: Colloidi e Interfasi (12 CFU)
Scopo: Introdurre alla chimica e alla chimica-fisica dei sistemi colloidali e loro impiego nella
preparazione di nanomateriali
Contenuti: Sistemi colloidali: proprietà e stabilità, tensioattivi, micelle, vescicole, liposomi,
impiego dei liposomi come vettori, sintesi e stabilizzazione di nanoparticelle in sistemi
micellari. Materiali ibridi (organici-inorganici), nanocompositi.
Pagina web del corso
www.unive.it/bionano
Dipartimento di Scienze
Molecolari e Nanosistemi
Università Ca’ Foscari Venezia
Dorsoduro 2137
30123 Venezia
[email protected]