Concetti appresi nei corsi di Fisica Generale II e conoscenze di base su elettronica circuitale

Il corso ha l’obiettivo di fornire una solida preparazione sulle più avanzate tecnologie per monitorare parametri biometrici. Saranno introdotti l’origine dei segnali biochimici, elettrici e meccanici all’interno del corpo umano e le motivazioni per cui è utile monitorarne l’andamento.

Saranno introdotte le tecnologie, le funzioni e le tecniche di progettazione e di simulazione di biosensori in applicazioni in-vitro (sistemi cellulari e organ-on-chip che simulano gli organismi viventi), ex-vivo (tessuti provenienti da organismi) and in-vivo (sperimentazioni cliniche sull’uomo). Saranno inoltre studiati i principali circuiti elettronici per la gestione dei sensori. Le attività teoriche saranno affiancate da attività di laboratorio per la fabbricazione, simulazione e test di biosensori.

L'obiettivo primario del corso è fornire le conoscenze necessarie a comprendere il funzionamento dei più diffusi ed avanzati biosensori, per misurare e monitorare la presenza e la quantità di agenti biochimici e parametri fisiologici del corpo umano.

Saranno discusse diverse tipologie di sensori: sensori per strumentazioni da laboratorio, point-of-care (PoC) e sensori indossabili.

I diversi blocchi costituenti dei sensori saranno introdotti e spiegati:

- Elemento per il riconoscimento (recettore);

- Trasduttore;

- Acquisizione, condizionamento dei dati e trasmissione.

Saranno inoltre discusse le diverse tecnologie dei biosensori, anche in collaborazione con esperti internazionali (KU Leuven, Denmark Technical University):

- sensori elettrochimici;

- sensori ottici;

- sensori termici;

- sensori piezoelettrici.

Durante il corso saranno effettuati laboratori dove saranno realizzati biosensori e la corrispondente elettronica di controllo e lettura.

Lezioni frontali in aula ed attività laboratoriale

Esame orale

1. Definizioni

Sensori, biosensori, trasduttori, segnali biochimici.
Classificazione dei sensori sulla base di: misurando, energia, conversione del segnale, materiali, specifiche, segnale d'uscita, applicazione.

 

2. Blocchi costituenti dei biosensori

Analiti: Molecole, DNA/RNA, Proteine, Batteri, Virus;

Elementi di riconoscimento (recettori): Anticorpi, enzimi, virus, batteri, cellule, aptameri.

Trasduttori: Elettrochimici, ottici, termici e piezoelettrici.

Elettronica per l'acquisizione, analisi, condizionamento e trasmissione del dato.

Tipologia di risultato.

 

3. Fondamenti di elettronica circuitale per la lettura ed il condizionamento del segnale

Dispositivi elettronici e circuiti elettronici per biosensori.

 

4. Laboratori per la realizzazione di biosensori e dell'elettronica di readout.

 

5. Sensori indossibili.

Fondamenti, implementazioni ed applicazioni

 

 

• Flexible and Wearable Sensors: Materials, Technologies, and Challenges (CRC press)
• Introduction to Biosensors: From Electric Circuits to Immunosensors (Springer)
• Edward Sazonov Wearable Sensors: Fundamentals, Implementation and Applications (2020, Academic Press).
• Dispense del docente