Il corso riguarda lo studio delle strutture molecolari complesse presenti nei sistemi biologici o assemblate con tecniche della scienza della superficie per realizzare dispositivi. Verranno prese in esame le seguenti tecniche di caratterizzazione: NMR, EPR, cryoEM e altre tecniche biofisiche per i campioni biologici e STM, LEED, XPS, UPS, SIMS, XAS e misure di trasporto per i nanomateriali ibridi. In laboratorio verrà adottato un approccio multi-tecnica per la loro caratterizzazione
D. Phil Woodruff “Modern Techniques of Surface Science 3rd Ed.” 2016
Diapositive e materiale fornito dai docenti
Obiettivi Formativi
L’obiettivo del corso è quello di fornire allo studente le conoscenze necessarie per lo studio delle proprietà funzionali di materiali e sistemi biologici basati su architetture complesse. Lo studente acquisirà esperienze in un contesto multidisciplinare applicando i concetti dell’organizzazione gerarchica e del design multifunzionale e sviluppando le capacità di studiare sistemi biomolecolari e architetture ibride molecolari inorganiche.
Prerequisiti
Nessuno
Metodi Didattici
32 ore di lezioni frontali (4 CFU) e 24 ore (2 CFU) di esercitazioni pratiche di laboratorio svolte presso i laboratori di ricerca e finalizzate alla raccolta di dati sperimentali e seguite da sessioni di analisi critiche dei dati raccolti.
Altre Informazioni
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Modalità di verifica apprendimento
Esame orale con discussione dei dati sperimentali raccolti e analizzati
Programma del corso
Lezioni frontali
- Modulo 1 (16 ore). Interazioni non-covalenti tra molecole e all’interno di macromolecole. Descrizione della natura non-covalente delle interazioni deboli nelle biomolecole quali proteine e acidi nucleici. Forze che determinano il folding e la struttura tridimensionale delle molecole. Riconoscimento molecolare e interazioni transienti. Fattori che ne determinano la selettività. Interazioni proteina- proteina e trasferimento metallo dipendenti. Assemblaggio di “macchine molecolari” complesse e interazioni con substrati ed il loro meccanismo di azione. Tecniche per la caratterizzazione di interazioni deboli e di formazione di complessi (NRM, EPR, Cryo-EM, tecniche biofisiche).
- Modulo 2 (16 ore). Architetture ibride nella scienza dei materiali. Scienza delle superfici e cristallografia di superficie. Tecniche LEED e STM. Modalità di crescita, epitassia e ricostruzione superficiale. Crescita di nanostrutture inorganiche e molecolari attraverso metodiche fisiche e chimiche: deposizione da fase di vapore, sputtering, PLD, CVD, electron-spray deposition, autoassemblaggio da soluzione e altre metodiche di deposizione di film sottili da fase liquida. Caratterizzazione delle superfici tramite AES, XPS, UPS, LEIS e SIMS. Investigazione delle superfici tramite tecniche di sincrotrone. Litografia e soft-litografia. Architetture ibride dei dispositivi: dai dispositivi elettronici classici ai dispositivi dell'elettronica organica, optoelettronica, spintronica.
Attività di laboratorio.
- Modulo 1. Scienze della vita (12 ore). Caratterizzazione di interazioni proteina-proteina e dei processi di trasferimento di metalli tramite titolazione eteronucleare NMR.
Caratterizzazione di interazioni proteina-proteina a lunga distanza mediante esperimenti di EPR pulsato
Determinazione dei modelli strutturali di proteine complesse attraverso esperimenti combinati di simulazione strutturale e analisi sperimentali.
- Modulo 2. Scienza dei materiali (12 ore). Preparazione di una superfici mediante PVD tecniche di sputtering. Autoassemblaggio di un monostrato molecolare. Caratterizzazione morfologica mediante STM e chimica mediante XPS. Analisi dei dati morfologici e spettroscopici raccolti.