Obiettivi formativi
Al termine del corso ci si attende che lo studente sia in grado di:
conoscere e comprendere gli argomenti trattati nel corso, secondo il programma di seguito riportato (Conoscenza e capacità di comprensione)
applicare le conoscenze acquisite per affrontare sperimentalmente lo studio di un problema rilevante per la scienza dei materiali o della vita con tecniche di microscopia ottica anche a super-risoluzione (Conoscenza e capacità di comprensione applicate)
saper analizzare da un punto di vista quantitativo processi biofisici rilevanti a livello sperimentale e saper valutare gli elementi essenziali necessari per elaborare un modello meccanicistico che descriva un processo molecolare (Autonomia di giudizio)
saper comunicare idee-problemi-soluzioni su questioni riguardanti le microscopie avanzate in modo chiaro, sintetico ed efficace; saper esplicitare le varie fasi di una misura, e saper spiegare ai compagni di corso e al docente le varie questioni sperimentali affrontate; saper presentare e discutere un articolo scientifico di argomento inerente le microscopie avanzate (Abilità comunicative)
collegare i diversi argomenti trattati tra loro e con quelli affrontati in altri insegnamenti, approfondire le principali tematiche trattate su pubblicazioni scientifiche citate ed elaborare soluzioni e metodologie alternative (Capacità di apprendere)
Prerequisiti
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Contenuti dell'insegnamento
1) La teoria della luce, interazione luce-materia con enfasi sulla fluorescenza
2) Microscopia ottica
storia ed evoluzione, componenti ottici di un microscopio e la loro funzione
la fisica della luce e delle lenti
risoluzione ottica
illuminazione Kohler bright field
principi di preparazione dei campioni per la microscopia ottica
teoria della formazione delle immagini e limite diffrattivo
aberrazioni ottiche e loro correzione
tecniche di illuminazione e formazione delle immagini
ottica bright-field
tecniche di illuminazione obliqua
polarizzazione
microscopia di fluorescenza
sonde per la microscopia di fluorescenza
microscopia confocale
microscopia a singola molecola e applicazioni in biologia
FCS e applicazioni in biologia
Labeling e stategie di labeling
Sequenziamento di DNA con enfasi sugli approcci ottici alla singola molecola
Microscopia non-lineare: eccitazione multi-fotoni, imaging di seconda armonica, differenti schemi di microscopia Raman
Nuove microscopie per aumentare la risoluzione oltre il limite diffrattivo: Microscopia STED, PALM/STORM
3) Esempi di applicazioni in biologia, biotecnologie, scienza dei materiali
4) Analisi strutturale e funzionale di entità cellulari e subcellulari su varie scale spaziali fino a livello di singola molecola per mezzo della microscopia ottica
5) Introduzione al sequenziamento del DNA, una panoramica sulle differenti tecnologie e il ruolo della microscopia nel sequenziamento del DNA. La mappatura ottica come metodo “grossolano” ma utile (rispetto al sequenziamento).
6) Principi della microscopia elettronica (EM) e della microscopia a forza atomica (AFM). Esempi significativi dell’uso di EM e AFM in un contesto nano-biologico. Sarà approfondito il legame con la microscopia ottica e le differenze in risoluzione, dinamica, contrasto.
Programma esteso
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Bibliografia
Articoli originali di ricerca e rassegne pubblicate su giornali scientifici
Metodi didattici
Il corso consiste di una serie di lezioni che coprono i principi fondamentali delle microscopie ottiche avanzate. Parte del corso sarà dedicata alla lettura di un articolo scientifico e alla discussione di esso. Una selezione di articoli sarà presentata agli studenti che potranno così sceglierne uno per la loro presentazione.
Modalità verifica apprendimento
La prova sommativa sarà orale. Il 25% della valutazione sarà definito dalla presentazione di un articolo scientifico scelto tra una selezione di pubblicazioni. Il 75% della valutazione sarà definito dalla discussione degli argomenti trattati a lezione.
Altre informazioni
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