MOLECULAR ELECTROCHEMISTRY WITH ELEMENTS OF BIOMOLECULAR ELECTROCHEMISTRY

L’insegnamento ricade tra le attività formative integrative del corso di Dottorato in Sustainable Chemistry. Obiettivo primario è quello di estendere le competenze delle studentesse e degli studenti nel campo dell’Elettrochimica.
L’Elettrochimica è uno strumento potente per meglio comprendere le proprietà chimico-fisiche della materia e per sviluppare nuove tecnologie in grado di disegnare il futuro di una vita più sostenibile per le generazioni future. Lo scopo del corso è di fornire alle studentesse ed agli studenti una visione completa dei principi fondamentali della cinetica elettrodica e termodinamica nei sistemi elettrochimici. Saranno trattate anche specifiche applicazioni, quali l’elettrochemiluminescenza, la microscopia a scansione di sonda elettrochimica, l’elettrocatalisi, lo sviluppo di piattaforme biosensoristiche e l’elettronica molecolare.

1. Conoscenza e comprensione
(a) Acquisire la conoscenza della cinetica elettrodica e delle reazioni di trasferimento elettronico.
(b) Acquisire la conoscenza in merito alla correlazione tra struttura molecolare e proprietà chimico-fisiche di sistemi redox.
(c) Capire il ruolo innovativo che le nanotecnologie e i nanomateriali stanno giocando nel campo dell’elettrochimica molecolare e della bioelettrochimica.
(d) Comprendere i concetti alla base dello sviluppo di metodologie quali la catalisi redox e la microscopia a scansione di sonda elettrochimica
(e) Comprendere i concetti fondamentali dell’Elettrochimica e del trasferimento elettronico e del ruolo che l’Elettrochimica gioca nello sviluppo di tecnologie che aiutino a progettare il futuro di una vita più sostenibile.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
(a) Capire quali metodologie elettrochimiche sono impiegate per lo studio di sistemi redox modello e per lo sviluppo di nuove tecnologie.
(b) Capacità di identificare le caratteristiche chiave dei metodi elettrochimici e delle loro applicazioni tecnologiche in termini di sostenibilità.
(c) Saper impiegare i concetti appresi per progettare sistemi o tecnologie per l’impiego in catalisi redox, elettronica molecolare, biosensoristica.
(d) Capacità di applicare le nozioni acquisite ai propri interessi di ricerca in progresso
3. Capacità di giudizio (compatibilmente al grado di approfondimento della materia durante il corso)
(a) Saper valutare comparativamente l’efficacia di diverse strategie analitiche in termini di scelta del metodo più adatto per l’analisi qualitativa e quantitativa di un processo redox
(b) Sviluppare capacità critica nella valutazione delle prestazioni analitiche di metodi elettrochimici trattati durante il corso per lo sviluppo di dispositivi, quali biosensori, per la medicina di precisione o per molecole di interesse biologico, biotecnologico e medico.
(c) Capacità di valutare criticamente la letteratura riguardante le tecnologie elettrochimiche e le loro applicazioni.
4. Abilità comunicative
(a) Imparare ad utilizzare correttamente la terminologia scientifica appropriata.
(b) Perfezionare le capacità di comunicazione orale discutendo (5-10 min) con gli altri studenti e con il docente un articolo scientifico scelto nell’ambito del programma attraverso le fonti bibliografiche (punto 5).
5. Capacità di apprendimento
(a) Dimostrare di aver acquisito gli elementi base sugli argomenti trattati dal docente a lezione completando l’apprendimento attraverso la consultazione di fonti bibliografiche ed informatiche.

Lo studente deve avere familiarità con i concetti di base di termodinamica e cinetica, chimica analitica classica e strumentale, biochimica.

1. Proprietà generali di sistemi elettrochimici. Interfaccia elettrodo-soluzione. Teoria del dppio strato elettrico. Trasporto di massa. Principi fondamentali della cinetica elettrodica e della termodinamica.
2. Teoria del trasferimento elettronico.
3. Metodologie sperimentali principali per l’investigazione della cinetica elettrodica: es. voltammetria, cronoamperometria, spettroscopia di impedenza elettrochimica.
4. Trasferimento elettronico dissociativo in sistemi molecolari modello.
5. Catalisi redox.
6. Electrochemiluminescenza.
7. Elettrochimica come strumento per lo sviluppo di tecnologie per la produzione/stoccaggio/conversion dell’energia in modo sostenibile e rinnovabile.
8. Tecniche elettrochimiche avanzate e strumenti basati sulla microscopia a scansione di sonda: microscopia a scansione di sonda (SECM), anche accoppiata con la microscopia a forza atomica (AFM-SECM).
9. Sviluppo di piattaforme biosensoristiche elettrochimiche: tecnologie ELISA-derivate e basate su aptameri/DNA, transistori ad effetto di campo (FETs).
10. Accoppiare tecniche di analisi: possono sistemi ottici ed elettrochimici lavorare assieme, magari simultaneamente?
11. Elettronica molecolare: la frontiera della miniaturizzazione che utilizza molecule quali componenti elettroniche avanzate.
12. Conclusioni e prospettive: Come l’Elettrochimica può aiutare a progettare un future per una vita più sostenibile? Qual è il prossimo passo?

1. A. J. Bard, L. R. Faulkner. Electrochemical Methods. Fundamentals and Applications. 2nd ed. New York City: Wiley, 2002.
2. Savéant J.-M., Constentin C. Elements of Molecular and Biomolecular Electrochemistry. 2nd Edition, 2019, Wiley. ISBN: 9781119292333
3. J. Janata. Principles of Chemical Sensors. 2nd ed., Dordrecht: Springer, 2009.
4. P. Ugo, P. Marafini, M. Meneghello. Bioanalytical Chemistry – From Biomolecular Recognition to Nanobiosensing. De Gruyter 2021.
5. D. L. Nelson, M. M. Cox. Lehninger – Principles of Biochemistry. 7th ed., New York City: Macmillan Education, 2017.

Appunti di lezione. Articoli.
Nella piattaforma “Moodle” di Ateneo sarà presente e scaricabile il materiale didattico utilizzato dal docente per le lezioni.

Esame orale. Ogni studentessa/studente terrà una breve presentazione in PowerPoint (15 min circa) relativa ad un argomento discusso a lezione che sia correlato a, o che possa rappresentare un’integrazione/implementazione del proprio lavoro di ricerca dottorale. Dopo ogni presentazione, tutti gli studenti ed il docente porranno delle domande, aprendo così una discussione (5-10 min). Quest’ultima proverà quindi la conoscenza acquisita dagli studenti e la loro capacità di saper esporre gli argomenti trattati dal corso.
Viene valutata la proprietà di linguaggio e l’acquisita capacità di individuare e valutare criticamente l’appropriatezza delle tecniche bioanalitiche studiate.
La prova orale ha generalmente durata di ca. 20 minuti, in ragione anche della chiarezza e coerenza delle risposte ai quesiti posti.

L’insegnamento è organizzato in lezioni frontali. L'apprendimento dei principi teorici alla base dell’Elettrochimica e dell’Elettrochimica Molecolare potrebbe essere integrato con la visita di laboratori dove vengono applicate alcune delle metodologie e tecniche trattate a lezione, compatibilmente con la disponibilità dei laboratori stessi.
Nella piattaforma “Moodle” di Ateneo sarà presente e scaricabile il materiale didattico utilizzato dal docente per le lezioni.

1. Sostenibilità.
Lo studio dell’Elettrochimica moderna permette di comprendere i fenomeni alla base di uno sviluppo più sostenibile e rispettoso nei confronti dell’ambiente e della salute. Permette, inoltre, di progettare e sviluppare metodi e tecnologie per la transizione verde, per la produzione/stoccaggio/conversione di energia, e per migliorare la produzione di sostanze e materie in modo più sostenibile ed efficace.
2. Accessibilità, Disabilità e Inclusione.
Accomodamenti e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di accomodamento disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA disabilita@unive.it.
3. Studenti non frequentanti.
Gli studenti, che a titolo non possono frequentare il corso o parte di esso in presenza, sono tenuti a concordare il programma con il docente prima dell'inizio delle lezioni.

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Capitale umano, salute, educazione" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile