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Scienze propedeutiche - C.I. (I ANNO)
ROSARIA GESUITA

Sede Medicina e Chirurgia
A.A. 2017-2018
Crediti 8
Ore 80
Periodo 1^ semestre
Lingua ITA
Codice U-gov MT05-11-11 MT244

Prerequisiti

Sono requisiti essenziali la conoscenza dei concetti di base della matematica e della geometria. Conoscenze basilari di Fisica e Chimica.

Modalità di svolgimento del corso

Sono previste sia lezioni teoriche tenute in aula con l’utilizzo di apposite diapositive proiettate con PowerPoint che saranno rese disponibili agli studenti e con lezioni al computer in aula di informatica con l’utilizzo di specifico programma (3 crediti di Fisica, 30 ore; 3 crediti di Misure Elettriche, 30 ore; 2 crediti di statistica, 20 ore).

Risultati di apprendimento attesi

• Conoscenze e comprensione:

Al termine del corso lo studente dovrà essere in grado di riconoscere su quali principi fisici fondamentali sono basati sia i principali fenomeni biologici e fisiologici, sia le principali tecniche diagnostiche fisiche utilizzate in Medicina.

Lo studente alla fine del corso dovrà aver acquisito un’adeguata conoscenza delle metodologie di base della Statistica Medica allo scopo di saper organizzare ed analizzare i dati nella ricerca medica.

Capire i principi di funzionamento e i principali metodi di misurazione implementati nelle più comuni apparecchiature di un laboratorio biomedico

• Capacità di applicare le conoscenze:

Alla fine del percorso gli studenti dovranno:

essere in grado di conoscere e ricavare le leggi fisiche fondamentali, nonché di applicare tali leggi per la risoluzione di problemi; riconoscere come tali leggi influiscono su fenomeni inerenti altri ambiti scientifici, con particolare riguardo a quello biomedico;

avere acquisito la capacità di effettuare le procedure informatiche richieste per l'analisi statistica dei dati utilizzando un pacchetto statistico open-source largamente utilizzato a livello nazionale ed internazionale;

saper esprimere il risultato di una misura e capire gli errori dalle quali può essere affetta, saper lavorare in autonomia su un’apparecchiatura e interpretarne i risultati

• Competenze trasversali:

Le conoscenze acquisite contribuiscono a migliorare il grado di autonomia di giudizio e la capacità comunicativa.

Programma

mod. FISICA MEDICA

Dott. F. Fiori

Introduzione: Richiami di matematica, elementi di calcolo vettoriale. Grandezze fisiche, unità di misura.

Meccanica: Cinematica: spostamento, velocità e accelerazione; moti notevoli. Le forze e le leggi della dinamica. Quantità di moto e sua conservazione. Lavoro ed energia, forze conservative, conservazione dell’energia meccanica. Momento di una forza. Elementi di statica e leve. Elementi di meccanica rotazionale: momento angolare e sua conservazione.

Statica e dinamica dei fluidi:Pressione. Principio di Pascal. Legge di Stevino. Misure di pressione. Principio di Archimede. Fluidi in movimento: legge di Bernoulli, legge di Poiseuille.

Elettromagnetismo: Carica elettrica. Campo elettrico e Potenziale elettrico. Legge di Gauss. Capacità e condensatori. Corrente elettrica e legge di Ohm, circuiti elettrici. Campo magnetico, legge di Ampère. Equazioni di Maxwell, onde elettromagnetiche.

 

mod. STATISTICA

Dott.ssa R.Gesuita

Il corso prevede la focalizzazione delle metodologie quantitative di analisi e la trattazione dei seguenti argomenti attraverso l’applicazione del Software R per l’elaborazione dei dati:

1. Metodi statistici per la sintesi e la rappresentazione dei dati quantitativi e qualitativi (codifica e la registrazione delle informazioni, classificazione delle variabili, tabelle e grafici, misure di centralità e variabilità)

2. Principi del calcolo delle probabilità e loro applicazione nello studio dei fenomeni bio-medici (probabilità di un evento semplice e composto, probabilità condizionata e teorema di Bayes, distribuzione di probabilità normale e sue applicazioni)

3. Concetti generali di inferenza statistica (distribuzione di campionamento, parametro, stima e stimatore)

4. Intervallo di confidenza di un parametro (media, differenze fra medie)

 

mod. MISURE ELETTRICHE ED ELETTRONICHE

Prof. L. Scalise

Principi generali sulla misura

- unità e campioni di misura; servizi di taratura, il laboratorio di taratura accreditato

- metodi di misura; espressione dei risultati; errori nella misura; concetto di incertezza, deriva, accuratezza, precisione, risoluzione; cifre significative; misure dirette e indirette.

Misura di grandezze elettriche

- il potenziale elettrico, la corrente elettrica, legge di Ohm, la resistenza elettrica, la potenza elettrica, esempi di calcolo di grandezze elettriche in circuiti semplici, la caduta di tensione ai capi di una resistenza, la resistenza interna di un generatore di tensione

- misure di tensione, il voltmetro a bobina mobile, resistenza interna di un voltmetro ideale e un voltmetro reale, l’oscilloscopio, il potenziale di membrana delle cellule

- misure di corrente, l’amperometro a bobina mobile, la resistenza di shunt, resistenza interna di un amperometro ideale e un amperometro reale

- comportamento tensione-corrente dei tubi a gas, lampade a gas in spettrofotometria UV e microscopia a fluorescenza

- generatori elettrici, gruppi elettrogeni

- convertitori di tensione e forma d’onda, gli inverter

- accumulatori di energia, accumulatori al piombo, al NiMH, agli ioni di Litio, ai polimero di Litio, capacità, effetto memoria, nuovi accumulatori a bassa auto scarica (LSD)

Conversione analogico-digitale

- la quantizzazione, il campionamento, analisi spettrale, teorema del campionamento di Nyquist-Shannon, perdita di informazione

- l’analizzatore di spettro, esempi di frequenza fondamentale e armoniche, il concetto di risonanza

Sicurezza elettrica in laboratorio

- l’interruttore differenziale, il magneto-termico, l’impianto di terra, impianti parafulmine, l’elettricità statica in presenza di miscele potenzialmente esplosive, la triboelettricità

- comfort negli ambienti di lavoro; inquinamento acustico, materiali fono-assorbenti e fono-isolanti; l’illuminazione, quando la resa cromatica di una fonte di illuminazione è più importante dell’efficienza, effetti neuroendocrini delle luci calde e delle luci fredde

I trasduttori

- sensibilità; risoluzione; linearità; saturazione; banda passante; offset; tempo di risposta

- gli amplificatori in elettronica, resistenza d’ingresso, banda passante, rumore

- cenni agli amplificatori lock-in

Sensori di temperatura

- termoresistenze, termocoppie, termistori. Requisiti nella misura della temperatura nei termociclatori PCR

- lo spettro della radiazione di un corpo nero, misura delle temperature elevate, pirometri.

Sensori di forza e pressione

Sensori di portata, sensori ad effetto Doppler

Sensori di intensità luminosa

- fotoresistenze, fotodiodi, fotodiodo a valanga

- fotomoltiplicatori; scintillatori; i fotomoltiplicatori negli spettrofluorimetri, i fotomoltiplicatori nei microscopi elettronici

Rivelatori della radiazione ionizzante

- le radiazioni ionizzanti, marcatori radioattivi nel laboratorio biomedico

- camera a ionizzazione; contatore proporzionale; rivelatore Geiger-Muller, il quenching;  scintillatori e fotomoltiplicatori

- cenni di radioprotezione, il fall-out radioattivo, lo iodio freddo

- effetti biologici delle radiazioni ionizzanti, il batterio Deinococcus radiodurans resiste a 1000 volte la dose di radiazioni che ucciderebbe un uomo, spiegazione molecolare, struttura del genoma di tale batterio; effetti delle radiazioni sul DNA umano, rottura del DNA e meccanismi biologici di riparo del danno

Generatori di radiazione X

- il tubo ad anodo rotante, spettro di emissione, relazione tra la tensione anodica e lo spettro di emissione

- generatori di raggi X a stato solido

- cenni alle tecniche di diffrazione X per lo studio della struttura proteica; fluorescenza ai raggi X

Le celle di Peltier

- vantaggi e svantaggi, impiego nei termociclatori PCR

Lo spettrofotometro e lo spettrofluorimetro

- struttura interna; lampade; monocromatori; rivelatori

- cenni alle tecniche immunoenzimatiche (ELISA); supporti MaxiSorp, MediSorp, PolySorp, covalenti; tanti agenti di blocking per diverse esigenze, esempi: BSA, caseina, polivinilpirrolidone, il Tween 20 è sia un agente di blocking che un detergente; sistemi di rivelazione e amplificazione del segnale: horseradish peroxidase, substrati cromogeni, fluorescenti o chemiluminescenti

- requisiti dei lettori di micropiastre per l’applicazione alle tecniche immunoenzimatiche

- sistemi a diffrazione ottica per il tracciamento di nanoparticelle, applicazione alla quantificazione degli esosomi

- cenni al turbidimetro e al nefelometro

Il luminometro

- struttura, luminometri con fluidica

- applicazioni, luciferase assay, ATP assay, gene reporter assay, enzyme activity assay

Il citofluorimetro a flusso

- struttura interna, sorgenti laser, filtri

- applicazioni, gli anticorpi monoclonali coniugati a fluorocromi

- interpretazione delle misure di forward scattering e side scattering

- il cell sorter; principi; esempio dell’isolamento di macrofagi in stato M1 o in M2

Cromatografo liquido ad alte pressioni

- struttura interna, tipi di pompe, lo smorzatore di impulsi, colonne cromatografiche

- rivelatori fotometrici, fluorimetrici e a indice di diffrazione

Cromatografo a gas

- struttura interna, forno

- rivelatori a ionizzazione di fiamma (FID), a conducibilità termica (TCD), a cattura di elettroni (ECD), a fotoionizzazione (PID), fotometrici a fiamma (FPD)

Lo spettrometro di massa

- struttura interna, applicazioni

- lo spettrometro di massa MALDI/TOF, principi, applicazioni alla proteomica, la possibilità di studiare le modificazioni post-traduzionali proteiche

 

Durante il corso sono svolte esercitazioni e dimostrazioni pratiche:

- Prima esercitazione: tramite l’utilizzo di un voltmetro e un amperometro a bobina mobile, un generatore di tensione variabile e resistori gli studenti effettuano misure di correnti e tensioni. Agli studenti è mostrato un modello di strumento a bobina mobile di grandi dimensioni, che collegato a un generatore di tensione variabile permette di vederne il funzionamento e vedere l’effetto dell’inserimento o meno della molla di richiamo. Inoltre viene mostrato un modello ricostruito di motore elettrico a spazzole e ne viene mostrato il funzionamento tramite un generatore elettrico. Un altro modello collega un motorino elettrico ad una dinamo per mostrare come si genera l’energia elettrica, un carico resistivo viene collegato alla dinamo per mostrare l’effetto frenante della forza contro-elettromotrice.

- Seconda esercitazione: agli studenti vengono mostrati alcuni sensori tra cui fotoresistenze, resistenze PTC e NTC e, con l’utilizzo di un Ohm-metro, ne viene mostrato il funzionamento. Tramite un generatore variabile di alta tensione viene mostrato l’innesco di vari tubi a gas. Vengono mostrati vari tubi fotomoltiplicatori provenienti da apparecchiature scientifiche.

- Terza esercitazione: viene mostrato il funzionamento di una cella di Peltier e di un blocco smontato da un termociclatore PCR. Agli studenti si fa notare l’importanza dei radiatori, della trasmissione del calore, dell’uso delle paste termoconduttive e vengono sensibilizzati sull’importanza di tenere puliti i condotti di aerazione e le alette dei dissipatori nelle apparecchiature.

- Quarta esercitazione: viene mostrato un tubo radiogeno ad anodo rotante, vari tubi Geiger-Muller tra cui uno per la misura di radiazioni in campioni liquidi. Sono mostrati e fatti utilizzare alcuni rivelatori a tubo Geiger-Muller tra cui uno sensibile alle particelle alfa.

- Quinta esercitazione: vengono mostrati alcuni sensori per gas-cromatografia, alcuni reticoli di diffrazione, lampade per spettrofotometria

Modalità di svolgimento dell'esame

• Modalità di valutazione dell’apprendimento:

L’esame consiste in: una prova scritta di Fisica riguardante la risoluzione di alcuni esercizi e/o la risposta ad alcuni quesiti di teoria; una prova pratica di Statistica al computer seguita da un  colloquio orale; una prova orale di Misure Elettriche.

• Criteri di valutazione dell’apprendimento:

Nelle prove lo studente verrà valutato sulla conoscenza dei principi e metodi. Nelle prove scritte lo studente deve dimostrare di saper risolvere semplici esercizi e di aver appreso i temi teorici proposti a lezione. Particolare attenzione verrà posta nel valutare le capacità dello studente nel giustificare rigorosamente le proprie affermazioni e nel corretto utilizzo dei termini del linguaggio scientifico. Nella prova di statistica lo studente deve mostrare conoscenza degli indicatori statistici utilizzati nel suo lavoro e capacità di interpretazione dei risultati ottenuti.

• Criteri di misurazione dell’apprendimento:

Ogni prova avrà un voto attribuito in trentesimi in base al numero di risposte esatte riportate ai quesiti sottoposti. Le prove si intendono superate quando il voto è maggiore o uguale a 18.

• Criteri di attribuzione del voto finale:

Il voto finale, in trentesimi, è stabilito come media dei voti conseguiti nelle prove relative ai tre moduli (Fisica, Statistica e Misure Elettriche). La sufficienza corrisponde al voto di 18/30. La votazione di “30 e lode” viene attribuita quando il punteggio ottenuto è pari a 30/30 e contemporaneamente lo studente abbia dimostrato una particolare padronanza delle materie, unita a brillantezza e proprietà di linguaggio scientifico nell’esposizione. 

Testi consigliati

Dott. F. Fiori

• F.Rustichelli, Introduzione alla Fisica Biomedica, Ed. Libreria Scientifica Ragni, Ancona.
• G.Bellini, G.Manuzio, Fisica per le Scienze della Vita, Ed. Piccin, Padova.
• A.Giambattista, B.McCarthy-Richardson, R.C.Richardson, Fisica Generale - Principi e Applicazioni, Ed. McGraw-Hill, Milano.

Dott.ssa R.Gesuita

• Martin Bland, Statistica Medica, Ed. Apogeo.

Prof. L. Scalise

• Cozzi-Protti-Ruaro, Analisi chimica. Moderni metodi strumentali, Ed. Zanichelli.

Corsi di laurea

• Tecniche di Laboratorio Biomedico