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

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

Commissione d'esame

SERGIO MARTINOIA (Presidente)

GIUSEPPE MASSOBRIO

PAOLO MASSOBRIO (Presidente Supplente)

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

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.