Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di fornire allo studente le conoscenze teoriche dei principi di funzionamento fisico-chimici che riguardano le moderne tecnologie in ambito sensoristico e dei sistemi di misura nel settore biomedicale con particolare riferimento alle conoscenze generali sulle caratteristiche e specifiche dei sistemi di sensing e piattaforme di trasduzione, nonché i principi fondamentali delle metodologie di progettazione delle soluzioni tecnologiche per la realizzazione di sensori biomedicali. Un ulteriore obiettivo del corso è quello di fornire ai futuri ingegneri la capacità di individuare e risolvere problemi di media difficoltà per la realizzazione di sensori e trasduttori e per la progettazione di base delle tecnologie più appropriate per le varie applicazioni nel settore biomedicale. Obiettivo del corso è inoltre quello di mettere in grado lo studente di analizzare con senso critico le specifiche di sensori, raccogliere i dati necessari alla valutazione delle prestazioni e interpretare i risultati. Durante il corso lo studente acquisisce un’adeguata capacità comunicativa con linguaggio tecnico appropriato. Obiettivo del corso è consentire allo studente di maturare un metodo di studio individuale adeguato ad approfondire le proprie conoscenze e ad affrontare ulteriori tematiche nell’ambito dell’applicazione della sensoristica all’ingegneria industriale.

Learning Goals

The course aims to provide the theoretical knowledge of the principles of physical-chemical operation that relate to modern sensor technology and measurement systems in the biomedical sector with particular reference to general knowledge of the characteristics and specifications of the sensing systems and transduction platforms, as well as the fundamental of the methodologies for designing technological solutions for the realization of biomedical sensor A further objective of the course is to provide future engineers with the ability to identify and solve problems of medium difficulty for the realization of sensors and transducers and for the basic design of the most appropriate technologies for the various applications in the biomedical sector. The aim of the course is also to enable the student to critically analyze the sensor specifications, collect the data necessary for performance evaluation and interpret the results. During the course, the student acquires adequate communication skills with appropriate technical language. The aim of the course is to allow students to develop an individual study method suitable to deepen their knowledge and to address further issues in the field of application of sensors to industrial engineering

Metodi didattici

Il corso è impostato in: lezioni frontali svolte anche con l’ausilio di strumenti multimediali; esercitazioni pratiche in laboratorio per la valutazione delle caratteristiche dei sensori e sistemi di misura di variabili di interesse medico. I risultati attesi riguardano la conoscenza della struttura e del principio di funzionamento dei sensori per applicazioni biomedicali. Lo studente dovrà poi essere in grado di analizzare le specifiche di strumenti e di sensori commerciali e di operare scelte progettuali volte ad ottenere le migliori prestazioni.

Teaching Methods

The course is set in: frontal lessons also carried out with the aid of multimedia tools; practical experiments in the laboratory for the evaluation of the characteristics of the sensors and measurement systems for variables of medical interest. The expected results concern the knowledge of the structure and functioning principle of sensors for biomedical applications. The student must then be able to analyze the specifications of commercial instruments and sensors and make design choices aimed at obtaining the best performance.

Prerequisiti

È richiesta una conoscenza di base dei principi fondamentali di Fisica, Chimica ed Elettronica.

Prerequisites

A basic knowledge of the basic principles of Physics, Chemistry and Electronics is required.

Verifiche dell'apprendimento

Verifica intermedia, a metà corso, durante il corso volta ad accertare le conoscenze acquisite. Obiettivo della verifica consiste nel valutare se lo studente abbia acquisito una buona conoscenza dei fenomeni fisici e chimici legati alle piattaforme di trasduzione utilizzate nei sistemi di sensing e del loro impiego nei dispositivi di misura biomedicali più comuni. L’esame finale consiste in una prova orale finale sugli argomenti del programma finalizzata ad accertare le conoscenze acquisite, la padronanza dei concetti e le capacità di applicarle in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati.

Assessment

Intermediate check during the course aimed at ascertaining the knowledge acquired. The aim of the test is to evaluate whether the student has acquired a good knowledge of the physical and chemical phenomena related to the transduction platforms used in sensing systems and their use in the most common biomedical measuring devices. The final exam consists of a final oral exam on the topics of the program aimed at ascertaining the knowledge acquired and the ability to apply them critically using an appropriate technical language and methodological approach.

Programma del Corso

-SENSORI. Classificazione dei sensori. Caratteristiche dei sensori per applicazioni biomedicali. Principi di funzionamento. -SENSORI A SEMICONDUTTORE: richiami di fisica dello stato solido, proprietà dei semiconduttori, resistenze, giunzioni pn, dispositivi a semiconduttore: diodo a giunzione, transistor a giunzione, transistor a effetto di campo (JFET e MOSFET). - TECNOLOGIE: produzione di wafer di silicio, tecnologia planare del Si, fotolitografia, tecniche di drogaggio. Sensori resistivi di temperatura (RTD, Termistori NTC, Termistori PTC), magnetoresistenze, sensori resistivi di radiazione luminosa (LDR), sensori di gas resistivi, sensori di liquidi; sensori capacitivi. -SENSORI ELETTROCHIMICI. -BIOSENSORI. -TECNOLOGIE A FIBRE OTTICHE: principi di funzionamento e applicazioni nel settore biomedicale. -SENSORI MEMS. Sensori indossabili. Sistemi per la diagnosi basata su immagini. -METODI E STRUMENTI PER IL LABORATORIO DI ANALISI CLINICA.

Course Syllabus

-SENSORS. Classification of sensors. Characteristics of sensors for biomedical applications. Operating principles. -SEMICONDUCTOR SENSORS: references to solid state physics, semiconductor properties, resistors, pn junctions, semiconductor devices: junction diode, junction transistor, field effect transistor (JFET and MOSFET). -TECHNOLOGIES: silicon wafer production, Si planar technology, photolithography, doping techniques. Resistive temperature sensors (RTD, NTC thermistors, PTC thermistors), magnetoresistors, resistive light radiation sensors (LDR), resistive gas sensors, liquid sensors; capacitive sensors. -ELECTROCHEMICAL SENSORS. -BIOSENSORS. -FIBER OPTIC TECHNOLOGIES: operating principles and applications in the biomedical sector. -MEMS SENSORS. Wearable sensors. Systems for image-based diagnosis. -METHODS AND INSTRUMENTS FOR THE CLINICAL ANALYSIS LABORATORY.