Insegnamento TECNOLOGIE DI IMAGING
- Corso
- Biotecnologie
- Codice insegnamento
- A000992
- Curriculum
- Comune a tutti i curricula
- Docente
- Maurizio Mattarelli
- Docenti
-
- Maurizio Mattarelli
- Ore
- 42 ore - Maurizio Mattarelli
- CFU
- 6
- Regolamento
- Coorte 2019
- Erogato
- 2021/22
- Attività
- Affine/integrativa
- Ambito
- Attività formative affini o integrative
- Settore
- FIS/03
- Tipo insegnamento
- Opzionale (Optional)
- Tipo attività
- Attività formativa monodisciplinare
- Lingua insegnamento
- ITALIANO
- Contenuti
- Elementi di elettromagnetismo, ottica ondulatoria, e ottica geometrica per la comprensione delle principali tecniche di imaging.
Principio di funzionamento ed esempi di applicazione delle principali tecniche di microscopia, rilevanti per applicazioni biotecnologiche. - Testi di riferimento
- Fundamentals of Light Microscopy and Electronic Imaging, 2nd Edition Douglas B. Murphy Michael W. Davidson (Wiley-Blackwell Ed). Disponibile anche tra le risorse elettroniche di Ateneo (in particolare su Proquest Ebook Central).
Un testo universitario di Fisica generale II (elettromagnetismo e ottica).
Per esempio: P. Mazzoldi, M. Nigro, C. Voci, Elementi di Fisica, Vol. 2, (Ed. EdiSES).
D. Halliday, R. Resnik, J. Walker, Fondamenti di Fisica (Vol. 2), Casa Editrice Ambrosiana, Milano.
Dispense del docente, articoli e capitoli di libri di testo ivi indicati (disponibili tra le risorse online dell’Ateneo). - Obiettivi formativi
- L'obiettivo principale del corso è quello di fornire agli studenti le conoscenze di base per comprendere i fondamenti teorici ed alcuni metodi sperimentali di imaging della materia biologica.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno i principi e le potenzialità di alcuni metodi sperimentali di imaging ottico e spettroscopico, microscopia elettronica e a scansione di sonda.
Le principali abilità che il corso si propone di trasmettere sono:
- saper usare le leggi fisiche fondamentali per comprendere il principio di funzionamento delle moderne tecnologie di imaging, le loro potenzialità ed i loro limiti.
- saper utilizzare ed analizzare i risultati di dei principali metodi di imaging per applicazioni rilevanti nel campo delle Biotecnologie. - Prerequisiti
- Al fine di comprendere i contenuti del corso è opportuno aver acquisito conoscenze di base di Fisica, quali quelle fornite nell’Insegnamento Fisica al primo anno di corso.
- Metodi didattici
- Sono previste lezioni frontali su tutti gli argomenti trattati nel corso e l’analisi di esperimenti riguardanti le microscopie ottiche, SEM ed imaging spettroscopico
- Modalità di verifica dell'apprendimento
- La verifica degli obiettivi formativi dell’insegnamento prevede una prova orale di circa 30 minuti di durata. La prova consisterà nella breve esposizione di una tecnica di imaging studiata durante il corso (15 minuti indicativamente). L’esposizione deve prevedere la descrizione della strumentazione, del meccanismo fisico di interazione, della capacità della tecnica in termini di risoluzione e un esempio di applicazione in campo biologico. Oltre a possibili richieste di chiarimento o approfondimento durante l’esposizione, l’esame continuerà poi con alcune domande di carattere più generale.
La prova ha lo scopo di verificare: 1) la conoscenza acquisita delle problematiche teoriche e delle varie tecniche e strumentazioni studiate durante il corso; 2) l’acquisizione di una capacità critica finalizzata alla scelta della tecnica sperimentale più adatta allo studio del campione in esame; 3) l'abilita` di comunicare in modo efficace e pertinente in forma orale. - Programma esteso
- Campi e onde elettromagnetiche. Cenni sulla polarizzazione della materia. Indice di rifrazione. Assorbimento.
Elementi di ottica geometrica. Rifrazione e Riflessione. Leggi di Snell. Angolo limite. Lenti e specchi. Sistemi ottici: occhio, telescopio, microscopio. Aberrazione ottiche.
Onde Coerenti. Esperimento di Young. Interferenza e diffrazione. Disco di Airy e limite di diffrazione. Interferenza da film sottili. Legge di Bragg.
Analisi spettrale. Interferometro Reticoli. Filtri ottici. Risoluzione spettrale.
Effetto fotoelettrico e natura quantistica della radiazione.
Sorgenti luminose: Sole, lampade a incandescenza, lampade a gas, LED. LASER.
Detector termici. Fotomoltiplicatori. Detector a semiconduttore. Fotodiodi. Detector spaziali (FPA, CCD, CMOS).
Imaging iperspettrale di riflettanza. Il colore: stimolo e percezione. Riflettanza diffusa e speculare. Colorimetria. L'occhio umano. Strategie di mapping. Applicazione allo studio della vegetazione. Dispositivi. Gli indici spettrali.
Microscopia ottica. Elementi di un microscopio combinato. Illuminazione. Risoluzione spaziale laterale e assiale. Limite di Abbe. Criterio di Rayleigh. Formazione del contrasto. Microscopie: campo chiaro, campo scuro, a contrasto di fase, in luce polarizzata. Microscopia in fluorescenza. Meccanismo fisico della fluorescenza. Molecole fluorescenti. Marcatori. Tecniche: FRET, FRAP, FLIM. Microscopia confocale a fluorescenza.
Strategie per aumentare la risoluzione: ingegnerizzazione del volume di scattering e eccitazione non lineare. Tecniche: 4Pi, SIM, SMLM STED, TIRF, 2P, SNOM.
Spettroscopia Vibrazionale. Modi normali di vibrazione in molecole e solidi. Assorbimento infrarosso. Microscopia FTIR. Effetto Raman. Microscopia Raman. Apparati di misura. Cenni di spettroscopia Brillouin. Sistemi ottici combinati.
Microscopia elettronica. Lunghezza d'onda degli elettroni. Strumentazione: sorgenti, lenti, detector. Interazione elettrone-materia. Elettroni secondari e retrodiffusi. EDX. Spettroscopia elettronica. Risoluzione spaziale. Apparati: SEM, TEM, STEM. Preparazione di campioni biologici per microscopia elettronica.
Microscopia a scansione di sonda. Microscopio a effetto tunnel. Microscopia a forza atomica. Modalità di imaging.
Immagini digitali. Campionamento. Criterio di Nyquist. Caratteristiche dei detector. L'MTF come misura della risoluzione di un sistema di imaging. Elaborazione delle immagini. Calibrazione. Filtri digitali. Segmentazione. Riduzione di dimensionalità di immagini multispettrali. Analisi delle componenti principali