NOVITà. Scienza e Tecnologie dei Bio e Nanomateriali. Corso di Laurea Magistrale

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1 Università Ca Foscari Venezia Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi NOVITà Scienza e Tecnologie dei Bio e Nanomateriali Corso di Laurea Magistrale

2 Cosa sono i Bio e Nanomateriali 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. 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. 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.

3 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. VEGA 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. NANOFAB La Nanofabrication Facility, con il suoi 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. ECLT 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.

4 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. Si entra nel mondo nano 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. 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. 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. 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 II III IV provenienza LT BIO Complementi di Fisica CORSI DI ALLINEAMENTO provenienza LT CHIM/FIS/MAT Biologia delle Molecole Informazionali Complementi di Chimica Fisica Microbiologia 6 Spettroscopia di base Complementi di Biochimica 6 CFU Metodi Matematici della Fisica 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 6

5 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.

6 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.

7 Pagina web del corso Dipartimento di Scienze Molecolari e Nanosistemi Università Ca Foscari Venezia Dorsoduro Venezia dsmn@unive.it