CODICE 84363 ANNO ACCADEMICO 2018/2019 CFU 12 cfu anno 2 INGEGNERIA BIOMEDICA 8713 (L-8) - GENOVA SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-INF/06 LINGUA Italiano SEDE GENOVA PERIODO Annuale MATERIALE DIDATTICO AULAWEB PRESENTAZIONE Il corso è un corso di base introduttivo ai dispositivi elettronici e ai sistemi biofisici. Il corso è di tipo teorico con l'obiettivo di fornire allo studente elementi di base di fisica dello stato solido e di biofiisca. La parte applicativa riguarda lo studio di dispoitivi elettronici e di sistemi biologici. Nello sviluppo del corso si cerca di evidenziare i parallelilsmi tra lo studio dei sistemi naturali e quelli artificiali. OBIETTIVI E CONTENUTI OBIETTIVI FORMATIVI Corso di introduzione ai dispositivi elettronici e ai sistemi biofisici. Materiali semiconduttori; proprietà ottiche. Molecole di interesse biologico: soluzioni acquose; proteine; proprietà ottiche. Movimento dei portatori di carica nei semiconduttori. Interazione delle molecole di interesse biologico. Dispositivi elettronici: il diodo; Il transistore MOSFET. Strutture e sistemi in biologia cellulare. Modelli biofisici semplificati del neurone; analogie neurone e transistore. OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO Introduzione e problematiche relative ai sistemi bio-elettronici. Materiali semiconduttori: conduttori, semiconduttori, isolanti; portatori di carica in semiconduttori intrinseci e drogati; proprietà ottiche dei semiconduttori e fotocoduzione. Molecole e sistemi biologici: soluzioni acquose; struttura e funzione di proteine, acidi nucleici e lipidi; proprietà ottiche delle macromolecole. Movimento dei portatori di carica nei semiconduttori: trascinamento e diffusione; ricombinazione. Movimento e interazione di ioni e molecole in soluzione: elettroforesi e diffusione; reazioni chimiche; catalisi enzimatica; trasporto di membrana e membrane biologiche. Dispositivi elettronici: La giunzione pn. La struttura Metallo-Ossido-Semiconduttore (MOS) in accumulo, svuotamento, inversione. Il transistore MOSFET “enhancement” e “depletion”. Strutture e sistemi in biologia cellulare: trasporto di membrana; il neurone; la sinapsi. Modelli biofisici semplificati del neurone; analogie neurone e transistore. Risultati d’apprendimento previsti: Capacità di analizzare semplici sistemi biologici (membrane cellulari) e dispositivi elettronici; modellizzazione dei sistemi; e conoscenze sulle principali tecniche sperimentali di caratterizzazione di tali sistemi. PREREQUISITI Elementi di chimica, fisica e matematica. Esame di Analisi Matematica 1 MODALITA' DIDATTICHE Lezioni teoriche ed esercitazioni PROGRAMMA/CONTENUTO Materiali: conduttori, semiconduttori, isolanti. Sistemi elettronici all'equilibrio termodinamico. Statistica di Fermi-Dirac e teoria delle bande. Portatori di carica in semiconduttori intrinseci e drogati; proprietà ottiche dei semiconduttori e fotoconduzione. Movimento di carica nei semiconduttori (equazione drift-diffusion). Dispositivi elettronici: La giunzione pn e il diodo. La struttura Metallo-Ossido-Semiconduttore (MOS) in accumulo, svuotamento, inversione. Il transistore MOSFET “enhancement” e “depletion”. Molecole e sistemi biologici: soluzioni acquose; struttura e funzione di proteine, acidi nucleici e lipidi; proprietà ottiche delle macromolecole. Movimento e interazione di ioni e molecole in soluzione: elettroforesi e diffusione; reazioni chimiche; catalisi enzimatica; trasporto di membrana e membrane biologiche. Strutture e sistemi in biologia cellulare: trasporto di membrana; il neurone; la sinapsi. Modelli biofisici semplificati del neurone. Analogie neurone e transistore. Introduzione alle interfacce bio-elettroniche. TESTI/BIBLIOGRAFIA M. Grattarola, G. Massobrio :”Bioelectronics handbook : MOSFETs, Biosensors & neurons” , McGraw-Hill, (1998). S.M. Zse: “Physics of Semiconductor devices”, Wiley Inter science (1981). Dispense del corso su aulaweb e traccia delle lezioni. DOCENTI E COMMISSIONI SERGIO MARTINOIA Ricevimento: Previo appuntamento via e-mail. Viene concordata con gli studenti un'ora di question-time alla settimana. PAOLO MASSOBRIO Ricevimento: Previo appuntamento via e-mail. Commissione d'esame SERGIO MARTINOIA (Presidente) PAOLO MASSOBRIO (Presidente) LEZIONI Orari delle lezioni L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy ESAMI MODALITA' D'ESAME Scritto e orale. Sono previste due prove in itinere: la prima a gennaio; la seconda a fine corse (inizio giugno). MODALITA' DI ACCERTAMENTO Esercizi sul programma di esame. Esposizione dei concetti teorici. Calendario appelli Data appello Orario Luogo Tipologia Note 16/01/2019 09:30 GENOVA Scritto 15/02/2019 09:30 GENOVA Scritto 14/06/2019 09:30 GENOVA Compitino 21/06/2019 09:30 GENOVA Scritto 19/07/2019 09:30 GENOVA Scritto 09/09/2019 14:30 GENOVA Scritto ALTRE INFORMAZIONI Per gli studenti stranieri è prevista la possibilità di sostenere l'orale in lingua inglese e di avere il testo dello scritto in inglese.