INGLESE

1) Interazione tra radiazione ottica e materia biologica
2) Sorgenti laser, componenti ottici e tecniche di rivelazione in biofotonica.
3) Spettroscopia di assorbimento e fluorescenza
4) Tecniche di microscopia ottica.
5) Propagazione della luce in mezzi diffondenti
6) Spettroscopia vibrazionale

1) P. N. Prasad “Introduction to Biophotonics” John Wiley & Sons, Inc.
2) I. N. Serdyuk, N. R. Zaccai, J. Zaccai “Methods in Molecular Biophysics” Cambridge University Press
3) Dispense fornite a lezione

- Conoscenza e comprensione:
Il corso intende fornire un'introduzione alla biofotonica, con particolare attenzione agli strumenti, alle tecniche e alle procedure di analisi dei dati.
- Applicare conoscenza e comprensione:
L'obiettivo principale del corso è fornire informazioni sulla fotonica
tecniche recentemente sviluppate in biofotonica
Al termine del corso lo studente sarà in grado di:
1. Comprendere le diverse possibilità offerte dalle tecniche ottiche
2. Sviluppare confronti critici tra diverse tecniche
3. Comunicare adeguatamente, anche utilizzando adeguati materiali grafici,
il principio di funzionamento di diverse tecniche ottiche

Per quanto riguarda le capacità comunicative, il corso svilupperà la capacità dello studente di presentare in modo chiaro e rigoroso metodi e tecnologie ottich

Elettromagnetismo, ottica, biofisica

Il corso è strutturato in 48 ore di lezioni frontali.

La frequenza non è obbligatoria ma fortemente consigliata.

La prova finale consiste in una prova orale volta a valutare il grado di conoscenza raggiunto dagli studenti sulle tecniche ottiche e la loro capacità di confrontarle criticamente.

Questo corso può essere consigliato per i seguenti percorsi:
Atomi, molecole e fotoni
Fisica ambientale
Fisica dei sistemi complessi
o percorsi di studio in biofisica

1) Interazione tra radiazione ottica e materia biologica: riflessione, rifrazione, diffusione, riflessione totale, dispersione, diffrazione, fenomeni di assorbimento
2) Sorgenti laser in biofotonica. Laser: Ti-Sa. Laser ad eccimeri. Sorgenti luminose a semiconduttore. Confronto tra diodi laser e LED.
3) Componenti ottici. Filtri, polarizzatori, fibre ottiche, divisori di fascio. Spettrometri: proprietà fondamentali. Spettrometri a prisma ea reticolo. Spettrometri multipli. Spettrometri non disperdenti.
4) Tecniche di rivelazione in biofotonica. Photon counting. Streak-camera.
5) Spettroscopia di assorbimento UV-VIS. Saggi spettrofotometrici. Dicroismo circolare. Spettroscopia di assorbimento risolta nel tempo.
6) Fluorescenza. Coloranti fluorescenti. Spettri di assorbimento ed emissione. Stokes shift. Marcatori fluorescenti per sensori. Tempra. Fotosbiancamento. FRET. Parametri di fluorescenza. Spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo.
7) Microscopia ottica. Microscopia a fluorescenza. Microscopia a multifotoni
8) Propagazione della luce in mezzi diffondenti. Regime di scattering singolo e multiplo. Diffusione statica e dinamica. Regime diffusivo. Trasmissione risolta temporalmente.
9) Spettroscopia all'infrarosso. Aspetti teorici dell'assorbimento dell'infrarosso. Tecniche sperimentali. Tecniche di trasformata di Fourier.
10) Spettroscopia di Brillouin. Interazione con materiali viscoelastici ed eterogenei. Tecniche sperimentali. Approcci microscopici multimodali.
11) Spettroscopia Raman. Aspetti teorici dello scattering Raman. Strumentazione e tecniche sperimentali. Raman risonante e SERS.

English

1) Interaction between optical radiation and biological matter
2) Laser sources, optical components and detection techniques in biophotonics.
3) Absorption and fluorescence spectroscopy
4) Optical microscopy techniques.
5) Propagation of light in diffusing media
6) Vibrational spectroscopies

1) P. N. Prasad “Introduction to Biophotonics” John Wiley & Sons, Inc.
2) I. N. Serdyuk, N. R. Zaccai, J. Zaccai “Methods in Molecular Biophysics” Cambridge University Press
3) Notes provided in class

- Knowledge and understanding:
The course intends to provide an introduction to biophotonics, with a particular focus on the instruments, techniques and data analysis procedures.
- Applying knowledge and understanding:
The main goal of the course is to provide information about photonic
techniques recently developed in biophotonics
At the end of the course the student will be able to:
1.Understand the different possibilities offered by optical techniques
2.Develop critical comparisons between different techniques
3. Properly communicate, by also using adequate graphical materials,
the working principle of different optical techniques

Concerning communicative skills, the course will develop the student's ability in presenting in a clear and rigorous way optical methods and technologies.

Electromagnetism; Optics; Biophysics

The course is structured in 48 hours of frontal lectures.

Attendance is not compulsory but strongly recommended.

The final test consists of an oral examination aimed to evaluate the degree of knowledge reached by the students about optical techniques and their ability to critically comparing them.

This course can be recommended for the following tracks:
Atoms, Molecules and Photons
Environmental Physics
Physics of complex systems
or customized particular study tracks in biophysics

1) Interaction between optical radiation and biological matter: reflection, refraction, diffusion, total reflection, dispersion, diffraction, absorption phenomena
2) Laser sources in biophotonics. Laser: Ti-Sa. Excimer laser. Semiconductor light sources. Comparison of laser diodes and LEDs.
3) Optical components. Filters, polarizers, optical fibers, beam splitters. Spectrometers: fundamental properties. Prism and grating spectrometers. Multiple spectrometers. Non-dispersive spectrometers.
4) Detection techniques in biophotonics. Photon counting, streak camera.
5) UV-VIS absorption spectroscopy. Spectrophotometric assays. Circular dichroism. Time-resolved absorption spectroscopy.
6) Fluorescence. Fluorescent dyes. Absorption and emission spectra. Stokes shift. Fluorescent markers for sensors. Quenching. Photobleaching. FRET. Fluorescence parameters. Time-resolved fluorescence spectroscopy.
7) Optical microscopy. Fluorescence microscopy. Multiphoton microscopy
8) Propagation of light in diffusing media. Single and multiple scattering regime. Static and dynamic scattering. Diffusive regime. Transmittance resolved temporally.
9) Infrared spectroscopy. Theoretical aspects of infrared absorption. Experimental techniques. Fourier transform techniques.
10) Brillouin spectroscopy. Interaction with viscoelastic and heterogeneous materials. Experimental techniques. Multimodal microscopic approaches.
11) Raman spectroscopy. Theoretical aspects of Raman scattering. Instrumentation and experimental techniques. Resonant Raman and SERS.