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BIOELETTRONICA

CODICE 84363
ANNO ACCADEMICO 2022/2023
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
    PROPEDEUTICITA
    Propedeuticità in ingresso
    Per sostenere l’esame di questo insegnamento è necessario aver sostenuto i seguenti esami:
    • INGEGNERIA BIOMEDICA 8713 (coorte 2021/2022)
    • FISICA GENERALE 80527
    • ANALISI MATEMATICA 84362
    Propedeuticità in uscita
    Questo insegnamento è propedeutico per gli insegnamenti:
    • INGEGNERIA BIOMEDICA 8713 (coorte 2021/2022)
    • ELETTRONICA E MISURE BIOMEDICHE 80221
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    ”Bioelettronica” è un corso di base introduttivo ai dispositivi elettronici e ai sistemi biofisici. Il corso è di tipo teorico è ha l'obiettivo di fornire allo studente conoscenze e capacità operative relative alla fisica dello stato solido e alla biofisica, con particolare approfondimenti sugli aspetti teorico-modellistici dei dispositivi elettronici e delle membrane biologiche. Dal punto di vista metodologico il corso cerca di evidenziare i parallelismi tra lo studio dei sistemi naturali e quelli artificiali attraverso il linguaggio unificante della matematica.

    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

    Descrivere i fenomeni di conduzione elettrica in sistemi elettronici e dispositivi e in semplici strutture biofisiche con particolare enfasi sulle membrane cellulari.

    Dimostrare le fondamentali leggi che governano il funzionamento elettrico e bio-elettrico di dispositivi elettronici e di membrane sintetiche e cellulari.

    Descrivere semplici modelli circuitali della realtà fisica di componenti elettronici e strutture biofisiche.

    Risolvere semplici problemi applicativi relativi a circuiti elettronici di base e semplici sistemi biofisici. Sviluppare e utilizzare in base alle condizioni al contorno modelli circuitali per cellule neuronali.

    PREREQUISITI

    Elementi di chimica, fisica e matematica. Esame di Analisi Matematica 1

    MODALITA' DIDATTICHE

    Lezioni teoriche ed esercitazioni

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    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 fotoconduzione.

    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 e della sinapsi.

    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

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

    L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    Esame orale preceduto da una prova scritta.

    La verifica dell’apprendimento avviene attraverso due prove intermedie scritte rispettivamente a metà corso (gennaio) e alla fine del corso (giugno).

    Le due prove intermedie sono sostitutive della prova scritta.

     

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    Esercizi sul programma di esame. Esposizione dei concetti teorici. Dimostrazione dei principi di funzionamento dei sistemi biofisici e dei dispositivi elettronici.

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note

    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.