Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione, delle Infrastrutture e dell'Energia Sostenibile - Università Mediterranea di Reggio Calabria - Didattica

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Tecniche analitiche per la biochimica

Corso

Ingegneria Elettronica

Curriculum

Curriculum unico

Orientamento

Generale

Anno Accademico

2020/2021

Crediti

Settore Scientifico Disciplinare

CHIM/10

Anno

Secondo anno

Unità temporale

Secondo semestre

Ore aula

Attività formativa

Attività formative a scelta dello studente (art.10, comma 5, lettera a)

Canale unico

Docente

MARIATERESA RUSSO

Obiettivi

L’insegnamento riguarda i principi di funzionamento della strumentazione analitica di base e avanzata per la diagnostica di interesse biomedico.
L'obiettivo del corso è quello mettere lo studente in condizione di possedere una visione generale delle problematiche legate all'utilizzo, principalmente in campo biomedico, di strumenti ed apparecchiature, anche complesse, acquisire le conoscenze fondamentali per descrivere i principi base del funzionamento di tali strumenti ed essere in grado di analizzare fenomeni legati alla loro interazione con i sistemi biologici , di fornire ai futuri ingegneri le conoscenze abilitanti che riguardano le moderne tecnologie dei sistemi di misura e dei sensori implementati nelle apparecchiature per la diagnostica biomedica. Saranno, pertanto, fornite agli studenti le basi per affrontare lo studio e la comprensione della natura chimica e struttura dei costituenti della materia vivente, delle biomolecole e delle molecole induttori di malattia. Lo studente sarà guidato lungo il percorso affinché giunga alla comprensione della relazione tra la struttura/proprietà delle biomolecole e le tecniche analitiche per l’identificazione, l’isolamento e lo studio strutturale e funzionale. Il corso comprende esercitazioni teoriche e di laboratorio.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di applicare le proprie competenze generali sul funzionamento delle strumentazioni e dei sensori per la rilevazione di segnali di interesse biochimico e biomedico. Conoscendo i principi di funzionamento ed individuando le caratteristiche principali e gli elementi di criticità legati al funzionamento di tale strumentazione sarà capace di predisporre l’utilizzo della strumentazione per l’acquisizione dei principali segnali di interesse.

Autonomia di giudizio
Lo studente sarà in grado di interpretare le specifiche delle strumentazioni e sarà in grado di raccogliere i dati necessari alla valutazione delle prestazioni e di interpretare i risultati della valutazione confrontando i parametri degli stessi. Infine, disporrà delle conoscenze necessarie alla progettazione di applicazioni per la misura dei parametri di interesse.

Abilità comunicative
Lo studente acquisirà la capacità di comunicare ed esprimere problematiche inerenti all’oggetto del corso. Sarà in grado di sostenere conversazioni su tematiche riguardanti la strumentazione biomedica, la loro scelta, evidenziando i problemi relativi ai limiti del loro funzionamento, così da offrire soluzioni.

Capacità d’apprendimento
A seguito del superamento dell’esame, lo studente è in grado di approfondire in autonomia le conoscenze acquisite e di applicarle autonomamente allo studio dei nuovi argomenti da affrontare nella prosecuzione del proprio percorso di studio e in ambito lavorativo

VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione dell’apprendimento verrà effettuata mediante una prova scritta consistente in un test con domande a risposta multipla, somministrato al termine del corso.
La prova verterà sugli argomenti del corso.

Programma

Tecniche analitiche: procedura analitica, Errori in analisi quantitativa. Parametri fondamentali delle procedura analitica (accuratezza, precisione, limite di rivelazione, sensibilità, ecc.)
Criteri di prestazione dei metodi analitici. Procedure per la validazione dei metodi analitici. Analisi statistica e trattamento dei dati. Concetti statistici di base (popolazione e campione, serie statistiche, distribuzioni, intervalli di confidenza). Statistica descrittiva ed inferenziale (confronto delle medie, correlazione, regressione, outliers). Analisi statistica multivariata: Metodi descrittivi (unsupervised); Metodi predittivi (supervised).
Requisiti di qualità ed accreditamento del laboratorio.

Tecniche di campionamento e pretrattamento del campione. Aspetti statistici e legislativi sul campionamento. Tecniche di estrazione separazione e purificazione dei campioni reali.

Tecniche spettroscopiche: principi teorici generali, proprietà della radiazione elettromagnetica interazione con la materia.
Spettroscopia UV-Visibile, Spettroscopia di assorbimento atomico ed emissione atomica ed emissione atomica basata su sorgenti a plasma. Cenni sulla spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR). Strumentazione NMR. Trasformata di Fourier.
Tecniche cromatografiche: principi generali della cromatografia. Il cromatogramma. Parametri che determinano le prestazioni cromatografiche. I componenti di un sistema cromatografico. Metodi di analisi cromatografia. Tipi di cromatografie: Cromatografia a scambio ionico, esclusione molecolare, affinità, interazione idrofobica e loro applicazioni. Cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC), Gas cromatografia (GC). Criteri di scelta ed ottimizzazione del metodo cromatografico. Descrizione di apparati cromatografici per HPLC e GC. Rivelatori per HPLC e GC.

Spettrometria di massa. Sorgenti di Ionizzazione: Impatto elettronico (EI), Chimica a pressione atmosferica (APCI), Fotoionizzazione a pressione costante (APPI), Termospray (TSI) ed Elettrospray (ESI), MALDI; Analizzatori di Massa: Quadrupolo, Trappola Ionica, Tempo di Volo, Risonanza Ciclotronica Ionica (ICR). Tecniche MS/MS. Tecniche Accoppiate: Interfacce GC/MS; LC/MS; ICP/MS.

Tecniche elettroforetiche: principi generali ed applicazioni. Classificazione dei metodi elettroforetici. Elettroforesi capillare. Elettroforesi su gel. Applicazioni elettroforetiche per proteomica e per il DNA/RNA fingerprinting.

Tecniche sensoromiche: applicazione di sensori (nasi elettronici e lingue elettroniche) per lo studio metabolomico.

Metabolomica e proteomica e tossicologia. Proprietà strutturali, fisiche e chimiche delle principali biomolecole del metaboloma e del proteoma. Elementi di tossicologia. Tossicità e malattia: natura dell’effetto tossico, relazione dose-effetto (dose senza effetto, dose giornaliera, livello di tolleranza, margine di sicurezza) e Parametri tossicologici: NOAEL (No Observed Adverse Effect Level), NOEL (No Observed Effect Level); LOAEL (Lowest Observed Adverse Effect Level), LOEL (Lowest Observed Effect Level). Effetto cocktail, metodo per valutare le miscele di sostanze chimiche. Contaminati ambientali, emergenti e da fonti alimentari e diagnostica medica.

Esercitazioni pratico-applicative. Ove possibile si terranno presso il laboratorio didattico o presso il laboratorio di ricerca Focuss Lab che dispone di un’apposita Piattaforma analitica dedicata Saf@Med-Food safety.
L’attività riguarderà la purificazione e sulla caratterizzazione strutturale e funzionale di biomolecole.
Analisi per la caratterizzazione del metabolismo primario e secondario.
Screening di metaboliti secondari o composti chimici di natura organica attraverso approcci di spettrometria di massa ad alta risoluzione eventualmente accoppiati a elucidazione strutturale sulla base dello spettro di massa tandem. Applicazioni di proteomica e DNA fingerprinig mediante tecniche elettroforetiche. Analisi delle molecole di interesse tossicologico.
Analisi con strumentazione sensors equipped. Impiego di software applicativi per l’applicazione di metodi statistici per l’elaborazione dei dati e relativa rappresentazione grafica.

Testi docente

Skoog, Holler, CHIMICA ANALITICA STRUMENTALE Crouch. EdiSES
D.C. Harris, Chimica Analitica Quantitativa, Zanichelli, (2017)
M.Castino, E. Roletto, Statistica applicata. Trattamento dei dati per studenti universitari, ricercatori e tecnici. Piccin, 1999 (ISBN: 9788829909353)
David Harvey, Modern Analytical Chemistry, McGraw-Hill Education,

Erogazione tradizionale

Erogazione a distanza

Sì

Frequenza obbligatoria

Valutazione prova scritta

Sì

Valutazione prova orale

Valutazione test attitudinale

Valutazione progetto

Valutazione tirocinio

Valutazione in itinere

Prova pratica