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BIOELETTRONICA

CODICE 84363
ANNO ACCADEMICO 2020/2021
CFU
  • 12 cfu al 2° anno di 8713 INGEGNERIA BIOMEDICA (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

    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 tutti gli insegnamenti è consultabile su 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 Ora Luogo Tipologia Note
    11/01/2021 09:00 GENOVA Compitino
    12/01/2021 09:00 GENOVA Compitino
    15/01/2021 09:00 GENOVA Scritto L'esame scritto di Bioelettronica è destinato a coloro che hanno seguito il corso nei precedenti anni accademici.
    16/02/2021 09:00 GENOVA Scritto
    11/06/2021 09:30 GENOVA Compitino
    15/06/2021 09:00 GENOVA Compitino
    28/06/2021 09:00 GENOVA Scritto
    28/06/2021 09:30 GENOVA Scritto
    20/07/2021 09:00 GENOVA Scritto
    10/09/2021 09:00 GENOVA Scritto
    10/09/2021 09:30 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.