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Laura PIGANI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Sensori chimici e biochimici
Scienze chimiche (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso si pone l’obiettivo di fornire allo studente approfondite conoscenze di teoria e funzionamento dei sensori e biosensori chimici. Verranno descritti e discussi sensori oggetto di ricerca e quelli già disponibili commercialmente, ponendo particolare attenzione alle finalità applicative in campo clinico, ambientale e alimentare.
Per una più completa comprensione degli obiettivi formativi, si rimanda alla lettura dei risultati di apprendimento attesi a seguito dello svolgimento del presente percorso formativo.
Prerequisiti
Al fine di comprendere gli argomenti affrontati nell’insegnamento sono necessarie conoscenze di base di chimica analitica e di chimica strumentale.
Programma del corso
0.5 CFU (4 ore) Definizione di sensore chimico. I sensori e l'analisi strumentale.
0.5 CFU (4 ore) Parametri che definiscono le prestazioni di un sensore. Il dato analitico. Diversi tipi di errori. Regressione-calibrazione.
0.5 CFU (4 ore) Biosensori: enzimatici, immunosensori, genosensori.
0.5 CFU (4 ore) Classificazione dei sensori in base al tipo di trasduzione.
0.5 CFU (4 ore) Sensori ottici – fibre ottiche - optodi.
1.5 CFU (12 ore) Sensori elettrochimici (potenziometrici, conduttimetrici, amperometrici). Biosensori elettrochimici.
0.5 CFU (4 ore) Materiali e strategie per la modifica superficiale.
0.5 CFU (4 ore) Sensori microgravimetrici. Sensori termici.
0.5 CFU (4 ore) Nasi e lingue elettronici.
0.5 CFU (4 ore) Discussione su varie tipologie di sensori commerciali o presenti in letteratura.
Metodi didattici
Il corso è articolato in lezioni frontali in cui verranno proiettate e discusse in aula presentazioni a slide fornite anticipatamente agli studenti; in parallelo, si farà uso della lavagna per schemi utili ad illustrare quanto detto a voce. Si farà inoltre ricorso a filmati audiovisivi per illustrare il meccanismo di funzionamento di alcuni sensori. Possono essere previsti interventi di ricercatori esperti del settore e visite a laboratori di ricerca dedicati alla sensoristica del Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche e di altri Dipartimenti del Campus.
Testi di riferimento
Principles of Chemical Sensors
Authors: Janata, Jiri
ISBN 978-1-4899-8338-1
Verifica dell'apprendimento
Gli studenti dovranno lavorare in singolo alla realizzazione di una presentazione powerpoint relativa ad un sensore chimico a scelta riportato in letteratura o in siti commerciali.
La prova finale orale consisterà in due parti:
1. presentazione orale da parte dello studente del file powerpoint preparato. La valutazione massima pari a 15/30 verrà data in base alla chiarezza della presentazione nel suo complesso e alle abilità comunicative dello studente (5 punti); alla capacità di applicare le conoscenze teoriche acquisite nella descrizione del principio di funzionamento del sensore scelto (5 punti); all’autonomia di giudizio determinata in base ad un’analisi critica delle prestazioni del sensore in termini di indicatori di prestazione, applicabilità del dispositivo e confronto con altri sensori o altre tecniche d’analisi(5 punti);
2. 1-3 domande da parte del docente sugli argomenti presentati a lezione. La valutazione massima pari a 15/30 verrà data in base al livello delle conoscenze teoriche acquisite (10 punti) e alle abilità comunicative (5 punti).
Il punteggio finale dell'esame sarà una somma dei punteggi acquisiti nelle due prove con eventuale attribuzione della lode.
Risultati attesi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE
Con lezioni, esercitazioni in laboratorio, materiale didattico online e libri ti testo consigliati lo studente affronterà lo studio dei sensori e biosensori chimici (procedure di preparazione, principi di funzionamento, applicazioni) per la risoluzione di un problema analitico in matrice reale. Comprenderà le potenzialità e i limiti delle varie tipologie di sensori.
CAPACITA’ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE
Attraverso le lezioni in aula e le esercitazioni in laboratorio, lo studente svilupperà la capacità di selezionare e/o progettare la realizzazione di un sensore chimico per una determinata condizione operativa; determinarne le prestazioni tramite la valutazione dei relativi indicatori; trattare correttamente i dati analitici.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO
Alla fine del corso, lo studente avrà sviluppato la capacità di riconoscere autonomamente la tipologia di sensore più adatta in base alle caratteristiche della matrice da analizzare nonché di progettare i componenti strutturali del dispositivo, in particolare dell’elemento sensibile, indispensabili per una sua applicazione. A questo scopo, la preparazione di una presentazione relativa ad un sensore già sviluppato per una precisa applicazione , permetterà allo studente di giudicare criticamente prestazioni e risultati.
ABILITÀ COMUNICATIVE
L’abilità di trattare in forma orale gli argomenti del corso con linguaggio tecnico appropriato viene sviluppata mediante discussioni in aula e in laboratorio.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO
Le attività descritte, le esercitazioni di laboratorio e lo studio permettono allo studente di acquisire gli strumenti metodologici necessari per potere approfondire specifici argomenti e affrontare i tipici problemi analitici in matrice reale, fissate determinate condizioni operative, quali caratteristiche della matrice, possibili interferenze, situazione di staticità o in flusso, ecc.