Fundamentals of Biophysics at the Nanoscale

Misure in microscopia e spettroscopia (40 ore) [1-4]

Rumore nelle misure, incertezze sperimentali, cenni su distribuzioni di probabilità, propagazione degli errori.
Microscopia in trasmissione, riflessione, epifluorescenza. Ingrandimento e risoluzione; tecniche di contrasto; aberrazioni (sferica, cromatica); cenni su dicroici e filtri ottici.
Microscopia confocale: implementazioni, funzione di allargamento del punto, cenni su deconvoluzione, confronto con microscopia a 2 fotoni e TIRF.
Interazione luce-materia: fondamenti (anche quantomeccanici) e strumentazioni per assorbimento, fluorescenza, Raman, eccitazione a più fotoni. Diagrammi di Jablonski e proprietà della fluorescenza. Fluorofori organici: struttura chimica ed utilizzo in microscopia a fluorescenza. Cenni sui quantum dots. Proteine fluorescenti della famiglia della GFP.
La diffusione ed il moto browniano. Tecniche di microscopia a fluorescenza: colocalizzazione, FRAP e tecniche analoghe, FRET, FLIM (fondamenti, strumenti, metodo dei fasori), FCS, superamento del limite di diffrazione (RESOLFT, STED, F-PALM, SIM), spettroscopia e tracking di singole molecole.

Introduzione alla struttura di molecole biologiche [6]. Proteine fluorescenti e loro fotofisica [4]

Basi di biologia molecolare e cellulare (14 ore) [5]

Procarioti vs eucarioti. Organizzazione generale della cellula eucariotica. Citoplasma: struttura e trasporto di membrana,
compartimenti intracellulari, il citoscheletro, trasduzione del segnale. Nucleo: DNA cromosomico e sua organizzazione, il Nuclear
Pore Complex e trasporto nucleo-citoplasma. Ciclo e divisione cellulare. Morte cellulare. Tecniche di laboratorio in biologia (Metodi
di isolamento delle cellule e crescita in coltura; metodi di purificazione e analisi di proteine, DNA e RNA: metodi di trasfezione;
studio dell’espressione e della funzione dei geni; marcatura di molecole di interesse: strategie e limiti)

Elettrofisiologia e microscopia in vivo (6 ore)

1) I neuroni come unità computazionali del cervello: stato interno e codifica ed elaborazione delle informazioni.
2) Segnali elettrici come lettura della computazione corticale.
3) Correlati ottici dell'attività neuronale: imaging del calcio.
4) Cenni sull'analisi dei segnali cerebrali. Distribuzioni a coda lunga come supporto statistico di ciò che è veramente interessante.