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

Commissione d'esame

SERGIO MARTINOIA (Presidente)

GIUSEPPE MASSOBRIO

PAOLO MASSOBRIO (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8713/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale 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

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.