Conoscenza e capacità di comprensione. Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito le conoscenze di base della biofisica molecolare. Lo studente dovrà essere in grado di analizzare, comprendere e discutere aspetti del comportamento dei polimeri, della loro caratterizzazione e delle proprietà tecnologiche nonché l’applicazione alle nanotecnologie. Lo studente dovrà essere in grado di elaborare in maniera fluente approcci adatti alla spiegazione delle proprietà dei biopolimeri e al loro utilizzo in campo della ricerca e tecnologico.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate. Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di applicare le conoscenze acquisite alla descrizione delle proprietà dei polimeri, con particolare riguardo ai biopolimeri, e al loro corretto utilizzo e caratterizzazione. Lo studente dovrà anche essere in grado di proporre approcci sperimentali e teorici adeguati a spiegare i comportamenti osservati delle biomolecole. Lo studente dovrà essere in grado di comprendere gli sviluppi delle biomolecole nelle applicazioni delle biotecnologie.

Autonomia di giudizio. Lo studente dovrà essere in grado di affrontare la descrizione chimico-fisica delle macromolecole, con particolare attenzione ai biopolimeri, giustificando le loro proprietà e comportamenti in soluzione su basi chimico-fisiche adeguate. Lo studente dovrà essere in grado di scegliere le metodologie per caratterizzare e selezionare i polimeri più opportuni per applicazioni tecnologiche e nanotecnologiche

Abilità comunicative. Lo studente dovrà essere in grado di intervenire in una discussione sulle biomacromolecole esponendo in maniera fluente le nozioni imparate. Lo studente dovrà essere in grado di contribuire con le proprie conoscenze alla discussione e risoluzione di problematiche pratiche nel campo dell’utilizzo di biopolimeri in biotecnologie.

Capacità di apprendere. Lo studente dovrà essere in grado di trasferire le nozioni imparate nel campo applicativo e della ricerca relativa ai biopolimeri.

Conoscenza degli elementi di base di chimica, fisica, biochimica e termodinamica.

L’insegnamento mira a fornire allo studente le conoscenze di base nel campo della biofisica molecolare e dell'utilizzo dei biopolimeri. L’insegnamento affronta la descrizione di massa, forma e dimensioni dei biopolimeri, le loro conformazioni ordinate e disordinate, la statistica configurazionale, la descrizione delle catene Gaussiane e di Kratky-Porod, la termodinamica delle soluzioni polimeriche, le transizioni ordine-disordine, la cooperatività, la reologia. L’insegnamento descrive i polielettroliti, le loro proprietà chimico-fisiche e discute le loro applicazioni pratiche ed in campo biologico. Inoltre, vengono descritti i sistemi semidiluiti e di gel e le loro applicazioni in campo industriale, biomedico, biotecnologico, cosmetico, cellulare. Vengono descritte le tecniche di caratterizzazione dei biopolimeri.
Un obiettivo fondamentale dell’insegnamento è approfondire le applicazioni dei biopolimeri nel campo biomedico e biotecnologico.
Sono previste attività laboratoriali.

1. Biopolymer Chemistry, Smidsrod and Moe.
2. Biophysical Chemistry (3 voll) (C.R. cantor & P.R. Schimmel, W.H. Freeman & Co., NY) (per le parti indicate).
3. Fondamenti di Scienza dei Polimeri - AIM - a cura di M. Guaita et al. Pacini Editore, Pisa, 1998. Capitolo 1 (pg 1-9), Capitolo 2 (pg 23-31 e 36-46); capitolo 7; capitolo 8.

Verranno forniti appunti del corso da parte del docente.

Massa, forma e dimensioni dei biopolimeri. Peso molecolare (MW) e distribuzioni del peso molecolare (MWD). Conformazioni ordinate e disordinate dei biopolimeri. Statistica configurazionale: dimensioni perturbate ed imperturbate delle catene biopolimeriche. Effetto dei vincoli sulle dimensioni. Catene Gaussiane. Catene worm-like (Kratky-Porod). Descrizione dei sistemi biopolimerici e loro applicazione. Comportamento dei biopolimeri in soluzione (Cromatografia ad esclusione di massa, viscosità, diffusione statica e dinamica della luce). Termodinamica delle soluzioni e delle soluzioni polimeriche. Associazioni di biopolimeri. Polielettroliti. Cenni di teoria degli elettroliti semplici. Effetto della forza ionica. Teoria dei polielettroliti. Proprietà ed applicazioni dei polielettroliti. Effetto Donnan. Viscosità di una soluzione polielettrolitica. Esempi di effetti polielettolitici ed applicazioni biologiche. Sistemi biopolimerici semidiluiti e concentrati. Idrogeli. Teoria dell’elasticità della gomma. Idrogeli di biopolimeri ed esempi di applicazione in ambito cellulare e biomedico. Correlazione tra proprietà elastiche e caratteristiche delle catene biopolimeriche. Elementi di reologia e comportamento viscoelastico dei materiali. Biopolimeri e meccanica cellulare. Effetti delle proprietà fisiche del materiale sulle risposte cellulari. Esempi di materiali e biomateriali a base di biopolimeri e loro impiego in campo medico e biotecnologico. Transizioni conformazionali di biopolimeri. Cooperatività e transizioni conformazionali indotte dalla temperatura. Interazioni di biopolimeri con ligandi. Diagramma di Scatchard e deviazioni. Dicroismo circolare (CD). Calorimetria differenziale a scansione (DSC). Risonanza nucleare magnetica (cenni). Esperienze di laboratorio. Verranno eseguite tre differenti misurazioni delle proprietà di polisaccaridi. Gli studenti dovranno effettuare le misurazioni e preparare una relazione scritta. Verranno discusse anche le modalità di analisi statistica dei dati ottenuti e l’utilizzo del sistema Solver di Excel.

Lezioni frontali in aula supportate da alcune presentazioni in formato elettronico contenenti gli argomenti trattati che verranno fornite agli studenti. Durante le lezioni gli studenti verranno stimolati a discutere in maniera critica dati di letteratura ed approcci tecnici e pratici comunemente impiegati da aziende biotecnologiche.

Materiale didattico aggiuntivo verrà caricato sulle piattaforme fornite dall'Università degli Studi di Trieste e potrà essere richiesto contattando il docente attraverso la mail istituzionale.

La verifica dell'apprendimento riguarda la conoscenza dell'argomento, la capacità di affrontare una discussione sul tema della biofisica molecolare, dei biopolimeri e dei loro utilizzi in ricerca e nel campo biotecnologico. La prova orale, in forma di colloquio con l’esaminatore, verterà su argomenti e concetti spiegati ed esposti durante le lezioni frontali. Allo studente vengono rivolti almeno tre quesiti riguardanti argomenti trattati. Lo studente durante la prova orale dovrà dimostrarsi in grado di esporre con chiarezza le conoscenze acquisite, dimostrando la loro completa comprensione. Lo studente dovrà essere in grado di collegare tra loro argomenti diversi affrontati durante le lezioni. Lo studente dovrà essere in grado di discutere con appropriatezza terminologica l’applicazione dei concetti appresi nel campo della chimica-fisica dei biopolimeri al loro utilizzo tecnologico nei diversi campi, da quello cosmetico a quello medico a quello alimentare.
Durante la valutazione, verranno anche discusse le relazioni sulle esperienze di laboratorio preparate dallo studente.

Graduazione della valutazione:
-Eccellente (30 -30 e lode): ottima conoscenza degli argomenti, ottima proprietà di linguaggio, ottima capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare brillantemente le conoscenze teoriche a casi concreti.
-Molto buono (27 -29): buona conoscenza degli argomenti, notevole proprietà di linguaggio, buona capacità analitica; lo/la studente/essa è in grado di applicare correttamente le conoscenze teoriche a casi concreti.
-Buono (24-26): buona conoscenza dei principali argomenti, discreta proprietà di linguaggio; lo/la studente/essa mostra una adeguata capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti.
-Soddisfacente (21-23): lo/la studente/essa non mostra piena padronanza degli argomenti principali dell'insegnamento, pur possedendone le conoscenze fondamentali; mostra comunque soddisfacente proprietà di linguaggio e sufficiente capacità di applicare le conoscenze teoriche a casi concreti.
-Sufficiente (18-20): minima conoscenza degli argomenti principali dell'insegnamento e del linguaggio tecnico, limitata capacità di applicare in modo adeguato le conoscenze teoriche a casi concreti.
-Insufficiente (inferiore a 18): conoscenza non accettabile dei contenuti dei diversi argomenti del programma.

Questo insegnamento approfondisce argomenti strettamente connessi a uno o più obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite