Obiettivi Formativi

OF 1 (Conoscenza e comprensione): Fornire le conoscenze di base circa lo studio delle proprietà fondamentali della materia utili a definire una corrispondenza fra la struttura microscopica dei materiali e le loro caratteristiche fisiche macroscopiche di interesse biomedico. OF 2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): Sviluppare competenze circa le proprietà funzionali, ottiche, elettriche, magnetiche a fini applicativi come, ad esempio lo sviluppo di sensori. Comprendere come alcuni materiali opportunamente strutturati (nanostrutture) possano essere impiegati nell’ambito della sensoristica per applicazioni biomedicali volte, ad esempio, al monitoraggio fisiologico e alla diagnostica non invasiva. OF 3 (Autonomia di giudizio): Sviluppo di un adeguato grado di autonomia di giudizio nella valutazione delle caratteristiche fisiche dei materiali funzionali e del loro impiego in ambito biomedicale. OF 4 (Abilità comunicative): Contribuire allo sviluppo di un linguaggio tecnico che consenta di interagire e lavorare in ambiti interdisciplinari. OF 5 (Capacità di apprendimento): Sviluppo della capacità di aggiornamento sull’evoluzione scientifica e tecnologica finalizzata alla funzionalizzazione dei materiali e al loro impiego.

Learning Goals

OF 1 (Knowledge and understanding): To provide basic knowledge about the study of the fundamental properties of matter useful for defining a correspondence between the microscopic structure of materials and their macroscopic physical characteristics of biomedical interest. OF 2 (Ability to apply knowledge and understanding): Develop skills about functional, optical, electrical, magnetic properties for application purposes such as, for example, the development of sensors. Understanding how some appropriately structured materials (nanostructures) can be used in the field of sensors for biomedical applications aimed, for example, at physiological monitoring and non-invasive diagnostics. OF 3 (Autonomy of judgment): Development of an adequate degree of autonomy of judgment in the evaluation of the physical characteristics of functional materials and their use in the biomedical field. OF 4 (Communication skills): To contribute to the development of a technical language suited to interact and to work in interdisciplinary areas. OF 5 (Learning skills): Development of the ability to update on scientific and technological evolution aimed at the functionalization of materials and their use.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula svolte dal docente o dagli studenti. Le lezioni frontali in aula saranno supportate da presentazioni PowerPoint per una migliore comprensione degli argomenti. Alle lezioni frontali saranno affiancate esercitazioni in aula sotto la supervisione del docente al fine di stimolare la capacità di applicazione della conoscenza acquisita durante le lezioni e di sviluppare la capacità di impostazione, analisi e risoluzione di problemi con autonomia e senso critico

Teaching Methods

Frontal lectures and exercises in the classroom, these last carried out by the teacher or by the students. Frontal lectures will be supported by power point presentations for a better understanding of the topics. Frontal lectures will be accompanied by classroom exercises under the supervision of the teacher to stimulate the ability to apply the knowledge acquired during the lessons and to develop the capacity to set up, analyze and solve problems on your own and with critical sense

Prerequisiti

Conoscenze di Fisica generale, Conoscenze di chimica.

Prerequisites

Knowledge of Physics and Chemistry

Verifiche dell'apprendimento

L’esame consiste in una in una prova scritta seguita da una prova orale. Durante la prova scritta si chiede allo studente di svolgere in modo completo tre esercizi. Gli esercizi saranno di difficoltà confrontabile a quella degli esercizi affrontati durante il corso. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. Durante la prova scritta è possibile utilizzare una calcolatrice. La valutazione della prova scritta è fatta in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione non è inferiore a 15/30. Superata la prova scritta, essa ha validità per tutto l’anno accademico entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso. Ogni studente verrà esaminato da almeno 2 componenti della Commissione e sarà tenuto a rispondere ad almeno 3 domande inerenti gli argomenti illustrati nel programma oltre a discutere la prova scritta. Per il superamento dell’esame lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito una conoscenza sufficiente su ciascuno degli argomenti trattati ed una adeguata proprietà di linguaggio scientifico. La valutazione finale, espressa in trentesimi e derivata dalla media delle valutazioni ottenute nella prova scritta e in quella orali, terrà conto del livello di conoscenza dei contenuti, delle capacità di ragionamento dimostrate nella discussione condotta sugli argomenti richiesti, della valutazione ottenuta durante la prova scritta. L’esame si intende superato se il punteggio medio tra parte scritta e parte orale è pari o superiore a 18/30. Il corso prevede anche due prove scritte in itinere, facoltative, finalizzate all’esonero dalla prova scritta finale, che si svolgono rispettivamente a metà e a fine corso (in date che vengono concordate durante le lezioni con gli studenti). La prova scritta è superata se la media delle due prove di verifica in itinere è pari o maggiore a 15/30. Superate le due prove in itinere lo studente potrà sostenere la prova orale. Il tempo assegnato per ogni prova scritta in itinere è di due ore. La prima prova scritta in itinere (esercizi e/o domande) verte sugli argomenti svolti a lezione precedentemente alla data della prova. La seconda prova scritta in itinere (esercizi e/o domande) verte sugli argomenti svolti a lezione a partire dalla data della prima prova fino alla fine del corso. Per entrambe le prove la valutazione è espressa in trentesimi. Durante le prove scritte è possibile utilizzare una calcolatrice Superate le prove scritte in itinere, esse hanno validità per tutto l’anno accademico entro il quale dovrà essere sostenuta la prova orale. Coloro che non avessero superato una delle prove intermedie o non avessero partecipato ad alcuna delle prove in itinere dovranno sostenere la prova scritta finale e la prova orale, in una qualsiasi delle date previste dal calendario d'esami.

Assessment

The exam consists of a written exam followed by an oral one. During the written test the student is asked to complete 3 exercises. The exercises will be of comparable difficulty to that of the exercises addressed during the course. The allotted time for the written test is 2 hours. During the written test the student may use a calculator. The evaluation of the written test is out of thirty. The written test is considered passed if the score is not less than 15/30. Once the written test has been passed, it is valid for the whole academic year within which the oral exams be taken The oral exam focuses on the topics covered during the course. Each student will be examined at least by two members of the Commission and will be asked to answer at least 3 questions relative to the topics illustrated in the program in addition to discuss the written test. To pass the exam, the student must show that he has acquired a sufficient knowledge about each discussed topic and an adequate property of scientific language. The final evaluation, expressed out of thirty and derived from the average of the written and oral evaluations, will consider the level of knowledge of the contents, the expositive and reasoning skills demonstrated in the discussion about the required topics, the evaluation obtained during the written test. The exam is passed if the average score between the written and oral parts is equal to or greater the 18/30. The course also includes 2 optional ongoing written tests aimed at exempting the final written test, which are held respectively in the middle and at the end of the course (on dates that are agreed during the lessons with the students). The written test is passed if the average of the 2 ongoing tests scores is equal to or greater than 15/30. After passing the 2 ongoing tests, the student may take the oral exam. The allotted time for each ongoing written test is 2 hours. The first ongoing written test (exercises and /or questions) focuses on the topics discussed in class prior to the test date. The second ongoing written test (exercises and /or questions) focuses on the topics covered in class from the date of the first test to the end of the course. For both tests the evaluation is expressed out of thirty. During the ongoing written tests the student may use a calculator. Once the ongoing written tests have been passed, they are valid for the whole academic year within which the oral test must be taken. Those who have not passed one of the ongoing written tests or have not participate in any ongoing written test will have to take the final written test and the oral one, on any of the dates provided for in the exam calendar.

Programma del Corso

Il corso intende approfondire le conoscenze sulla struttura, sulle proprietà elettriche, ottiche, meccaniche e magnetiche, sulle tecniche di preparazione e sulle principali applicazioni dei materiali funzionali di interesse nell’ambito biomedico. Le più importanti classi di materiali funzionali verranno trattate fornendo informazioni sulle proprietà di bulk e di superficie e sulle possibili tecniche di analisi, sulla biocompatibiltà, sulle possibili applicazioni biomediche. Materiali funzionali avanzati, quali nanostrutture per sensori biomedici volti al monitoraggio fisiologico e alla diagnostica non invasiva saranno argomenti del corso PROGRAMMA: - Introduzione al corso e obiettivi. - Materiali tradizionali e materiali innovativi: definizione e differenze. - Macrostruttura, microstruttura e struttura atomica o molecolare dei materiali - I materiali funzionali: definizione e differenze con i materiali innovativi - Classificazione dei materiali funzionali - Proprietà di bulk dei materiali funzionali: richiami su tipi di legami e microstruttura, lo stato solido e le sue diverse tipologie, le strutture cristalline difettive, polimorfismo, allotropia ed isomorfismo - Proprietà ottiche ed elettriche dei materiali funzionali e relative tecniche di indagine - Introduzione alle proprietà magnetiche dei materiali funzionali e cenni su relative tecniche di indagine -Introduzione alle proprietà meccaniche dei materiali funzionali e cenni su relative tecniche di indagine -Proprietà superficiali dei materiali funzionali e tecniche di analisi di superficie -Cenni ai biomateriali, alle varie tipologie (metallici, polimerici, vetri bioattivi, compositi) e alle possibili applicazioni biomediche: -Materiali funzionali avanzati (nanocoating e film sottili; nanostrutture; bionanomateriali ) e loro possibili applicazioni biomediche -Introduzione ai sensori biomedici, loro classificazione e cenni sui principi di funzionamento e loro applicazioni Alcuni di questi argomenti saranno supportati da esercitazioni in aula o in laboratorio -

Course Syllabus

The course intends to deepen the knowledges about the structure, the electrical, optical, mechanical and magnetic properties, the processing techniques and the main applications of the functional materials of interest in the biomedical field. The most important functional materials classes will be dealt providing information on the bulk and surface properties and on the possible analysis techniques, on the biocompatibility, on the possible biomedical applications. Advanced functional materials, such as nanostructures for biomedical sensors aimed at physiological monitoring and non-invasive diagnostic, will be further topics of the course. PROGRAM: - Introduction to the course and objectives. - Traditional materials and innovative materials: definition and differences - Macrostructure, microstructure and atomic or molecular structure of materials -Functional materials: definition and differences with innovative materials. -Classification of functional materials -Functional materials bulk properties: recalls on types of bonds and microstructure, the solid state and its different types, defective crystal structures, polymorphism, allotropy and isomorphism. Functional materials’ optical and electrical properties and relative analysis techniques. Introduction to magnetic properties of functional materials and notes on related analysis techniques. -Introduction to mechanical properties of functional materials and notes on related analysis techniques. -Functional materials surface properties and surface analysis techniques. -Hints on biomaterials, on the various typologies (metallic, polymeric, bioactive glasses, composites) and their possible biomedical applications.. -Advanced functional materials (nanocoating and thin films; nanostructures; bionanomaterials) and their possible biomedical applications. - Introduction to biomedical sensors, their classification and notes on operating principles and their applications. Some of these topics will be supported by classroom or laboratory exercises