Il corso si articola in esercitazioni al computer svolte in classe per la modellazione e l’analisi statistica dei dati e in esercitazioni in laboratorio. Le esercitazioni al computer riguardano sia la parte di modellazione dei dati sperimentali inerenti i tre casi di studio sia l’analisi dei dati sperimentali mediante inferenza statistica secondo la seguente articolazione (20h) - Esercitazione A: modellazione di titolazioni potenziometriche di sospensioni di biomasse mediante approccio continuo e discreto - Esercitazione B: modellazione mediante modelli non lineari e linearizzati delle proprietà adsorbenti di una biomassa - Esercitazione C: sviluppo e regressione di modelli meccanicistici per la rappresentazione dell’effetto del pH sul bioadsorbimento di un metallo - Esercitazione D: sviluppo e regressione di modelli con approssimazione della crescita bilanciata (transienti batch) - Esercitazione E: modelli strutturati e segregati per la crescita microalgale - Esercitazione F: rappresentazione del transiente di corrente mediante modelli semiempirici - Esercitazione G: intervalli di confidenza e test d'ipotesi - Esercitazione H: analisi della varianza per un fattore a piu livelli, Anova per sperimentazioni fattoriali a due fattori, verifica della distribuzione normale degli errori - Esercitazione I: determinazione della retta di calibrazione di uno strumento, verifica del campo di linearità mediante analisi di regressione, regressione inversa per la stima dell’errore sulla concentrazione Le esercitazioni in laboratorio riguardano caratterizzazione dei biosistemi con specifica applicazione ai tre casi di studio (25h): - Esercitazione 1: titolazione potenziometrica di una biomassa - Esercitazione 2: immobilizzazione di biomassa in matrice polimerica - Esercitazione 3: adsorbimento di un metallo e analisi dei metalli in soluzione mediante spettrofotometria di assorbimento atomico - Esercitazione 4: preparazione di un uniculo microalgale e determinazione della concentrazione cellulare (peso secco e spettroscopia Uvvis) - Esercitazione 5: valutazione della contaminazione da batteri in inoculi microalgali mediante citofluorimetria - Esercitazione 6: estrazione dei carboidrati e determinazione analitica mediante spettroscopia UV vis - Esercitazione 7: estrazione di lipidi e determinazione di carboidrati target mediante cromatografia liquida ad alta prestazione - Esercitazione 8: elettrodeposizione di nanoparticelle e analisi dei depositi mediante microscopia a scansione elettronica

Dispense fornite dal docente

Il corso presenta approcci avanzati di modellazione dei sistemi in ambito biologico e della sintesi di nanomateriali ponendo l’accento sull’importanza della caratterizzazione sperimentale nello sviluppo dei modelli e nella regressione dei parametri. Il corso utilizza tre casi di studio (bioadsorbimento di metalli pesanti, coltivazioni microalgali e elettrodeposizione di nanoparticelle) per introdurre tecniche di caratterizzazione sperimentali come passo fondamentale nello sviluppo dei modelli di tali sistemi. Le lezioni teoriche includono la descrizione degli aspetti teorici fondamentali inerenti i tre casi di studio scelti nel campo delle biotecnologie e delle nanotecnologie, la descrizione di modelli avanzati nei tre casi, la descrizione delle tecniche analitiche utili alla caratterizzazione dei tre sistemi, le nozioni di base per l’analisi statistica dei dati sperimentali raccolti: - Case study 1: bioadsorbimento di metalli pesanti: biomasse; siti attivi; meccanismi di rimozione; effetto dei parametri operativi sull’adsorbimento di metalli; modellazione empirica e meccanicistica dell’adsorbimento di specie ioniche mediante approccio continuo e discreto (4h) - Case study 2: coltivazioni microalgali: metabolismi: fototrofia, eterotrofia e mixotrofia; bioproduzioni; effetto dei parametri operativi sulla crescita e sulla composizione della biomassa; modellazione della crescita mediante modelli basati sulle approssimazione della cellula media e della crescita bilanciata; modelli strutturati in condizioni di crescita non bilanciata; modelli segregati per popolazioni miste microalghe batteri (4h) - Case study 3: elettrodeposizione di nanoparticelle su supporti conduttivi; effetto delle condizioni operative su dimensioni, morfologia e densità dei depositi; modellazione dei transienti di corrente mediante modelli semiemipirici e a principi primi (4h) - Nozioni di base su tecniche analitiche per la caratterizzazione di biofase e biocomponenti (potenziometria; spettrofotometria di assorbimento atomico; spettroscopia molecolare UVVis, citofluorimetria, cromatografia liquida ad alta prestazione) e loro utilizzo per lo sviluppo di modelli avanzati di bioadsorbimento e bioproduzione nei case-study biologici proposti (titolazione potenziometrica di una biomassa per la modellazione dell’effetto del pH sull’adsorbimento di un metallo, determinazione della concentrazione cellulare totale mediante spettroscopia Vis per la determinazione del transiente di crescita in batch; caratterizzazione della biofase mediante cifofluorimetria e del contenuto di lipidi, carotenoidi e carboidrati mediante estrazione selettiva e analisi con HPLC e Spettroscopia UVvis per la modellazione della crescita in condizioni non bilanciate; determinazione della dinamica di popolazioni mediante citofluorimetria per la modellazione della crescita in presenza di specie diverse) (12 h) - Nozioni di base su inferenza statistica e design sperimentale: test d’ipotesi e intervalli di confidenza; analisi della varianza per sperimentazioni a uno e due fattori; analisi di regressione (6h)

Dispense fornite dal docente