CHIMICA FISICA DELLE BIOINTERFACCE

Matematica di base, fisica di base, chimica generale, biochimica

Obbligatoria (almeno 60% di presenze)

Chimica fisica delle interfacce. Introduzione al concetto di biointerfaccia. Definizione e proprietà di superficie. Nano-bio-interfacce.

Aspetti teorici e applicativi delle biointerfacce. Biomateriali. Biosensori. Bioelettronica. Ingegneria tissutale. Nanomedicina e teranostica.

Forze intermolecolari e processi di ‘self assembling’. Aspetti strutturali di superfici asciutte e bagnate (doppio strato), aspetti energetici (energie di interfaccia, superidrofobicità). Carica superficiale e chimica superficiale dei colloidi. Elasticità e viscoelasticità di sistemi biomolecolari. Casi studio di sistemi biomolecolari auto-organizzati.

Biomateriali. Preparazione di biomateriali e protesi biomedicali e caratterizzazione chimico-fisica delle loro proprietà di superficie. La reazione del corpo esterno ed incapsulazione dell’impianto.

Microfabbricazione e nanofabbricazione applicati alle biointerfacce. Strutturazione di superfici; imprinting molecolare; monostrati autoassemblanti; tecniche di sintesi di micro- e nanomateriali. Influenza di topografia, proprietà meccaniche e gruppi funzionali chimici sulla risposta cellulare.

Esempi di caratterizzazione di superfici ed interfacce biologiche. Membrane supportate a doppio strato lipidico (SLB). Confronto tra tecniche acustiche (microbilancia a cristallo di quarzo con monitoraggio della dissipazione, QCM-D), ottiche (risonanza plasmonica di superficie, SPR; spettroscopia ottica a guida d’onda, OWLS) e microscopiche (microscopia a forza atomica, AFM; microscopia confocale a scansione laser, LSM).

Biointerfacce su scala nanometrica. Interazioni cellula-intorno biologico. Interazioni cellula-cellula e cellula-matrice extracellulare (ECM). Adsorbimento di proteine da un mezzo biologico. Interazione proteina-superficie solida. Ruolo dell’acqua nell’adsorbimento di superficie. La superficie di ‘Goldilocks’. Concentrazione di superficie, cinetica, conformazione, effetto sul comportamento cellulare.

Esercitazioni in laboratorio su sistemi modello di interesse per le biointerfacce in aspetti relativi al drug delivery, biosensori ed imaging.

1. Dispense e lucidi delle lezioni fornite dal docente

2. P. W. Atkins, J. de Paula- Chimica fisica biologica - Zanichelli

3. P. Atkins- J. DePaula –Chimica Fisica-Zanichelli

http://www.dipchi.unict.it/cat/docenti/satriano-cristina-2/

Scritto e orale.

La prova finale (scritta ed orale) consiste in un esame scritto, per accertare che siano stati appresi i rudimenti di calcolo numerico per l’analisi quantitativa delle biointerfacce, e di un colloquio orale per valutare la conoscenza del programma. Almeno una settimana prima della data di esame lo studente dovrà fornire la relazione scritta relativa alle esercitazioni di laboratorio svolte.

- Calcolo del ricoprimento superficiale di una nanoparticella da parte di una proteina in conformazione ‘side-on’

- Tensione superficiale ed energia libera di superficie di un biomateriale ‘anti-fouling’