FISICA

LAUREA MAGISTRALE

MICROSCOPIA OTTICA AVANZATA

Docenti: 
BIANCHINI PAOLO
Crediti: 
6
Sede: 
PARMA
Anno accademico di offerta: 
2020/2021
Responsabile della didattica: 
BIANCHINI PAOLO
Settore scientifico disciplinare: 
FISICA APPLICATA (A BENI CULTURALI, AMBIENTALI, BIOLOGIA E MEDICINA) (FIS/07)
Semestre dell'insegnamento: 
Primo Semestre
Lingua di insegnamento: 

ITALIANO

Obiettivi formativi

Conoscere tecniche e concetti basati sulla microscopia ottica per studiare processi biologici, biofisici e fisico-chimici alla nanoscala
1. Gli studenti comprendano e possano spiegare i principi di funzionamento delle diverse tecniche di microscopia (ottica) utilizzate nella ricerca. Sulla base di queste conoscenze, l’obiettivo è che possano fare una scelta ben motivata quando si selezionano strumenti di microscopia per studiare il problema (nano) biologico / biofisico / fisico-chimico.
2. Gli studenti comprendano la risoluzione spaziale e temporale delle diverse tecniche di microscopia e questo in relazione a campioni che vanno dal molecolare, subcellulare, cellulare fino al livello del tessuto. È importante sottolineare che gli studenti possano spiegare le possibilità e ... i limiti delle diverse tecniche per osservare i campioni in modo statico e dinamico.
3. Gli studenti siano in grado di riassumere diversi approcci di marcatura di strutture specifiche e possono fare una scelta ben motivata quando un problema deve essere risolto tramite microscopia (ottica). Anche l'uso della microscopia senza marcatura in fluorescenza (vantaggi, svantaggi ...) possa essere spiegato e applicato dagli studenti.
4. Gli studenti comprendano che la microscopia elettronica(EM) e la microscopia a forza atomica (AFM) sono tecniche complementari alla microscopia ottica (OM). Possano ragionare per quali problemi sono adatti l'uso di EM / AFM / OM o loro combinazioni. Possano capirne i vantaggi / svantaggi e le caratteristiche chiave delle diverse tecniche.

Prerequisiti

Sono richieste conoscenze pregresse di elettromagnetismo, ottica geometrica ed ondulatoria classica, meccanica quantistica, fisica della materia condensata. E' anche raccomandato aver conseguito l'idoneità di livello B2 per la lingua inglese (comprensione di slides, lezioni e testi scritti di ambito scientifico)

Contenuti dell'insegnamento

Il corso intende porre le basi di alcune tecniche di microscopia ottica avanzata normalmente utilizzate per lo studio della materia biologica, per lo studio dei processi biofisici molecolari alla base della vita. Verranno discusse tecniche di imaging a super-risoluzione che consentono di superare il limite diffrattivo sfruttando il comportamento sia degli stati fondamentali sia degli stati eccitati dei sistemi molecolari e le loro interazioni con l’ambiente.

Programma esteso

1. Cenni storici
2. Ottica geometrica, lenti e sistemi ottici, ottica fisica
3. Formazione d’immagine.
4. Anatomia del microscopio: obiettivo, oculare, illuminazione.
5. Risoluzione.
6. Microscopia ottica di base: contrasto di fase, dark field, DIC
7. Sorgenti di luce: Lasers
8. Sensori: PMT, APD/SPAD, camere
9. Confocale
10. Eccitazione non lineare: 2PE, SHG, SHG-P, pump-probe
11. Image Scanning Microscopy
12. Tecniche F: FLIM, FRET, FRAP, FCS
13. Super-risoluzione: STED, STORM, SIM, IWS, SPP
14. Metodi complementari e correlativi: ExM-STED, STED-AFM
15. Analisi quantitativa delle immagini al microscopio: Imagej/FIJI

Bibliografia

- Pawley, J. 2010. Handbook of Biological Confocal Microscopy. Boston, MA: Springer Science & Business Media.
- Diaspro, A. 2001. Confocal and Two-Photon Microscopy: Foundations, Applications and Advances.
- Diaspro, A. 2010. Nanoscopy and Multidimensional Optical Fluorescence Microscopy. CRC Press.
- Diaspro, A., and M. van Zandvoort. 2016. Super-Resolution Imaging in Biomedicine. CRC Press.
- Born, M., and E. Wolf. 1999. Principles of Optics. Cambridge.

Metodi didattici

Il corso si sviluppa secondo una serie di lezioni a distanza fruibili attraverso la piattaforma Teams in modalità sincrona e/o asincrona. Non è escluso che le modalità di fruizione possano cambiare durante il corso.

Modalità verifica apprendimento

Journal club, su articolo a scelta da una selezione, e domande orali finali su tutto il corso