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Percorso della pagina
  1. Medicine and Surgery
  2. Master Degree
  3. Biotecnologie Mediche [F0902D - F0901D]
  4. Courses
  5. A.A. 2025-2026
  6. 2nd year
  1. Nanobiotechnology Methods
  2. Summary
Insegnamento Course full name
Nanobiotechnology Methods
Course ID number
2526-2-F0901D057
Course summary SYLLABUS

Course Syllabus

  • Italiano ‎(it)‎
  • English ‎(en)‎
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Obiettivi

Il corso fornisce le basi teoriche e applicative delle principali tecniche di manipolazione e caratterizzazione su scala nanometrica utilizzate nello studio dei sistemi biologici a livello di singola molecola. Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di comprendere i principi fisici, il funzionamento strumentale e le principali applicazioni di diverse metodologie, tra cui Atomic Force Microscopy (AFM), Magnetic Tweezers e Optical Tweezers.
Conoscenza e capacità di comprensione – Al termine del corso di Nanobiotechnology Methods, lo studente sarà in grado di comprendere i principi fisico-chimici alla base delle principali tecniche di caratterizzazione dei nanobiomateriali a livello di singola molecola.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione – Al termine del corso, lo studente sarà in grado di utilizzare le conoscenze acquisite per valutare e comprendere le potenzialità delle tecniche di caratterizzazione dei sistemi biologici a livello di singola molecola.
Autonomia di giudizio – Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di valutare criticamente l’utilità e l’affidabilità delle tecniche di caratterizzazione dei nanobiomateriali a livello di singola molecola.
Abilità comunicative – Alla fine del corso, lo studente avrà acquisito una terminologia scientifica adeguata e sarà in grado di esporre con chiarezza e proprietà di linguaggio gli argomenti trattati.
Capacità di apprendimento – Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di comprendere e valutare criticamente la letteratura scientifica relativa alle tecniche di caratterizzazione dei sistemi biologici a livello di singola molecola.

Contenuti sintetici

Conoscere i principi di funzionamento delle piu’ importanti tecniche e dei piu’ diffusi strumenti di analisi biofisica utilizzati per lo studio delle caratteristiche di sistemi biologici a livello di singola molecola.

Programma esteso

  1. Introduzione alla nanomanipolazione di singola molecola. Concetto di forza a scala nanometrica. Regimi di forza in sistemi biologici.
  2. Tecniche di microscopia non ottica: AFM (Atomic Force Microscopy). Principi di funzionamento dell’AFM. Cantilever, punta e sistemi di rilevazione della deflessione. Modalità operative: Contact mode, Tapping mode, Non-contact mode. Imaging di superfici biologiche, materiali nanostrutturati, DNA e proteine. Misure di forze e curve forza-distanza su singole molecole di DNA e di proteine. Force Spectroscopy su cellule. Applicazioni: Studio di proteine e membrane, Caratterizzazione manomeccanica delle cellule. Unfolding nanomeccanico di DNA e proteine.
  3. Altre tecniche di microscopia non ottica: Microscopio elettronico: SEM (Scanning Electron Microscopy), TEM (Trasmission Electron Microscopy).
  4. Tecniche di nanomanipolazione: Magnetic Tweezers (MT). Principi fisici. Generazione e controllo dei campi magnetici. Beads magnetiche. Applicazioni: Studio di singole molecole di DNA e di proteine. Misure di forze di trazione e torsione. Denaturazione nano meccanica di DNA e proteine. Unfolding nanomeccanico di proteine.
  5. Tecniche di nanomanipolazione: Optical Tweezers (OT). Principi dell’intrappolamento ottico. Forze di gradiente e di scattering. Configurazione sperimentale. Calibrazione delle forze. Applicazioni: Manipolazione di singole molecole. Studio di motori molecolari. Nanomeccanica cellulare.
  6. Confronto tra MT e OT. Intervalli di forza. Precisione. Vantaggi e limiti.
  7. Light Scattering. Static Light Scattering (SLS). Dynamic Light Scattering (DLS). Z-potential
  8. Altre tecniche di analisi rilevanti per le nanobiotecnologie. Spettroscopia Raman. SERS (Surface Enhanced Raman Spectroscopy). SPR (Surface Plasmon Resonance). ITC (Isothermal Tritration Calorimetry) e DSC (Differential Scanning Calorimetry). FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy)

Prerequisiti

Conoscenze di base di chimica, biochimica e biologia molecolare

Modalità didattica

Lezioni frontali.
Tutte le lezioni sono svolte in presenza in modalita' erogativa.
24 lezioni da 2 ore svolte in modalita' erogativa in presenza.

Materiale didattico

Materiale e riferimenti bibliografici forniti dal docente.

Periodo di erogazione dell'insegnamento

Primo semestre

Modalità di verifica del profitto e valutazione

COLLOQUIO SUGLI ARGOMENTI SVOLTI A LEZIONE: Esame orale, domande a carattere generale sugli argomenti svolti a lezione.
Non sono previste prove in itinere.

Orario di ricevimento

Su appuntamento telefonico (02 6448 8209 oppure 02 6448 8215) o via mail (francesco.mantegazza@unimib.it oppure domenico.salerno@unimib.it).

Sustainable Development Goals

SALUTE E BENESSERE
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Aims

The course provides the theoretical and practical foundations of the main nanometer-scale manipulation and characterization techniques used in the study of biological systems at the single-molecule level. By the end of the course, students will be able to understand the physical principles, instrumental operation, and main applications of different methodologies, including Atomic Force Microscopy (AFM), Magnetic Tweezers, and Optical Tweezers.
Knowledge and understanding – By the end of the Nanobiotechnology Methods course, students will be able to understand the physicochemical principles underlying the main techniques for the characterization of nanobiomaterials at the single-molecule level.
Applying knowledge and understanding – By the end of the course, students will be able to use the acquired knowledge to assess and understand the potential of techniques for the characterization of biological systems at the single-molecule level.
Autonomy of judgment – By the end of the course, students will be able to critically evaluate the usefulness and reliability of techniques for the characterization of nanobiomaterials at the single-molecule level.
Communication skills – By the end of the course, students will have acquired appropriate scientific terminology and will be able to clearly and accurately present the topics covered.
Learning skills – By the end of the course, students will be able to understand and critically evaluate the scientific literature related to techniques for the characterization of biological systems at the single-molecule level.

Contents

To understand the operating principles of the most important techniques and the most widely used biophysical analysis instruments employed to study the properties of biological systems at the single-molecule level.

Detailed program

  1. Introduction to single-molecule nanomanipulation. Concept of force at the nanometer scale. Force regimes in biological systems.
  2. Non-optical microscopy techniques: AFM (Atomic Force Microscopy). Operating principles of AFM. Cantilever, tip, and deflection detection systems. Imaging modes: Contact mode, Tapping mode, Non-contact mode. Imaging of biological surfaces, nanostructured materials, DNA, and proteins. Force measurements and force–distance curves on single DNA and protein molecules. Force spectroscopy on cells. Applications: study of proteins and membranes, nanomechanical characterization of cells, nanomechanical unfolding of DNA and proteins.
  3. Other non-optical microscopy techniques: Electron microscopy – SEM (Scanning Electron Microscopy), TEM (Transmission Electron Microscopy).
  4. Nanomanipulation techniques: Magnetic Tweezers (MT). Physical principles. Generation and control of magnetic fields. Magnetic beads. Applications: study of single DNA and protein molecules. Measurement of stretching and torsional forces. Nanomechanical denaturation of DNA and proteins. Nanomechanical unfolding of proteins.
  5. Nanomanipulation techniques: Optical Tweezers (OT). Principles of optical trapping. Gradient and scattering forces. Experimental setup. Force calibration. Applications: manipulation of single molecules, study of molecular motors, cellular nanomechanics.
  6. Comparison between MT and OT. Force ranges. Precision. Advantages and limitations.
  7. Light scattering. Static Light Scattering (SLS). Dynamic Light Scattering (DLS). Z-potential.
  8. Other analytical techniques relevant to nanobiotechnology: Raman spectroscopy, SERS (Surface-Enhanced Raman Spectroscopy), SPR (Surface Plasmon Resonance), ITC (Isothermal Titration Calorimetry) and DSC (Differential Scanning Calorimetry), FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy).

Prerequisites

Basic knowledge in chemistry, biochemistry and molecular biology

Teaching form

Lectures.
All lectures are conducted in person in a traditional format.
24 lectures of 2 hours each are conducted in person in a traditional format.

Textbook and teaching resource

Material and bibliographic references supplied by the professor.

Semester

First semester

Assessment method

ORAL EXAM ON THE TOPICS COVERED IN LECTURES: Oral examination, questions about the topics afforded during the lessons.
No mid-term tests are scheduled.

Office hours

By telephone appointment (02 6448 8209 or 02 6448 8215) or by email (francesco.mantegazza@unimib.it or domenico.salerno@unimib.it).

Sustainable Development Goals

GOOD HEALTH AND WELL-BEING
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Key information

Field of research
NN
ECTS
6
Term
First semester
Activity type
Optional
Course Length (Hours)
0
Language
English

Staff

    Teacher

  • Francesco Mantegazza
    Francesco Mantegazza
  • DS
    Domenico Salerno

Students' opinion

View previous A.Y. opinion

Bibliography

Find the books for this course in the Library

Enrolment methods

Manual enrolments
Self enrolment (Student)

Sustainable Development Goals

GOOD HEALTH AND WELL-BEING - Ensure healthy lives and promote well-being for all at all ages
GOOD HEALTH AND WELL-BEING

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