Il Corso fornisce i fondamenti della biofotonica e dei sistemi, dispositivi, e della strumentazione biofotonica. La loro progettazione, fabbricazione e le differenti applicazioni sono analizzate, evidenziando l'avanguardia tra biologia e fotonica. Il contenuto del Corso comprende: i laser e le loro applicazioni in medicina, i tweezer laser, i sensori in fibra ottica, l’analisi ottica dei tessuti per diagnostica biomedica, le tecniche di imaging foto-acustiche, la microscopia confocale e a fotoni multipli, la tomografia ottica, la nanoscopia per l'imaging delle cellule, l’imaging molecolare basata su metodi ottici, la tomografia ottica coerente e metodi coerenti ottici per la biomedicina.
scheda docente materiale didattico
Propagazione della luce nel vuoto e attraverso mezzi dielettrici, interferenza, diffrazione, coerenza; Polarizzazione della luce, attività ottica e birifrangenza. Sorgenti luminose e fotoni; Equazione di Schrödinger; Stati quantizzati in atomi e molecole; Stati elettronici e vibrazionali di una molecola; Stereoisomeri;
• Fondamenti di biologia
Struttura e tipi di cellule; Composti chimici strutturali; Processi cellulari: replicazione, biosintesi e produzione di energia; Classificazione e funzione delle proteine; Organizzazione delle cellule nei tessuti.
• Interazioni luce-materia
Interazioni tra luce e una molecola; Il modello di assorbimento ed emissione di Einstein; Interazione della luce con un materiale; Modi di decadimento degli stati eccitati; Spettroscopia di assorbimento; Spettroscopia di luminescenza dell’elettrone; Spettroscopia Raman; Spettroscopia che utilizza l'attività ottica di mezzi chirali; Spettroscopia di correlazione di fluorescenza.
• Laser
Principi di funzionamento dei laser; Classificazione dei laser; Applicazioni in biofotonica; Radiometria; Ottica non lineare; Assorbimento multifotone; Approcci nel dominio del tempo; Sicurezza laser.
• Photonbiology
Interazione della luce con cellule e tessuti; Fotoeccitazione e spettroscopia in vivo; Biopsia ottica; Rilevamento di singole molecole.
• Bioimaging
Panoramica dell'imaging ottico; Microscopia a trasmissione; Tipologie di microscopio; Apertura e risoluzione numerica; Microscopia a contrasto di fase; Microscopia in fluorescenza; Microscopia a scansione; Microscopia confocale; Tomografia a coerenza ottica; Immagini spettrali e risolte nel tempo; Spettroscopia localizzata; Imaging a trasferimento di energia di risonanza in fluorescenza (FRET); Microscopia di imaging a con tempo di vita della fluorescenza(FLIM); FLIM nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza.
• Citometria a flusso
Componenti di un citometro a flusso; Risposta ottica; Fluorocromi per citometria a flusso; Manipolazione e presentazione dei dati; immunofenotipizzazione; Analisi del DNA.
Programma
• Fondamenti di luce e materiaPropagazione della luce nel vuoto e attraverso mezzi dielettrici, interferenza, diffrazione, coerenza; Polarizzazione della luce, attività ottica e birifrangenza. Sorgenti luminose e fotoni; Equazione di Schrödinger; Stati quantizzati in atomi e molecole; Stati elettronici e vibrazionali di una molecola; Stereoisomeri;
• Fondamenti di biologia
Struttura e tipi di cellule; Composti chimici strutturali; Processi cellulari: replicazione, biosintesi e produzione di energia; Classificazione e funzione delle proteine; Organizzazione delle cellule nei tessuti.
• Interazioni luce-materia
Interazioni tra luce e una molecola; Il modello di assorbimento ed emissione di Einstein; Interazione della luce con un materiale; Modi di decadimento degli stati eccitati; Spettroscopia di assorbimento; Spettroscopia di luminescenza dell’elettrone; Spettroscopia Raman; Spettroscopia che utilizza l'attività ottica di mezzi chirali; Spettroscopia di correlazione di fluorescenza.
• Laser
Principi di funzionamento dei laser; Classificazione dei laser; Applicazioni in biofotonica; Radiometria; Ottica non lineare; Assorbimento multifotone; Approcci nel dominio del tempo; Sicurezza laser.
• Photonbiology
Interazione della luce con cellule e tessuti; Fotoeccitazione e spettroscopia in vivo; Biopsia ottica; Rilevamento di singole molecole.
• Bioimaging
Panoramica dell'imaging ottico; Microscopia a trasmissione; Tipologie di microscopio; Apertura e risoluzione numerica; Microscopia a contrasto di fase; Microscopia in fluorescenza; Microscopia a scansione; Microscopia confocale; Tomografia a coerenza ottica; Immagini spettrali e risolte nel tempo; Spettroscopia localizzata; Imaging a trasferimento di energia di risonanza in fluorescenza (FRET); Microscopia di imaging a con tempo di vita della fluorescenza(FLIM); FLIM nel dominio del tempo e nel dominio della frequenza.
• Citometria a flusso
Componenti di un citometro a flusso; Risposta ottica; Fluorocromi per citometria a flusso; Manipolazione e presentazione dei dati; immunofenotipizzazione; Analisi del DNA.
Testi Adottati
P. N. Prasad - Introduction to Biophotonics