Guia docent 2012_13 Escola Tècnica Superior d'Enginyeria Química

Nanociència i Nanotecnologia (2010)

Continguts

Tema	Subtema
Estructura ADN i el Dogma Central	Estructura de l'ADN, de les bases purines i pirimidines en l'ADN i ARN. Nucleòsids. Nucleòtids. Ponts d'hidrogen. Desnaturalització & renaturalització. Expressió gènica. mARN, tARN & rARN. El vincle entre ADN i proteïna (el dogma central), i les conseqüencies del seu vincle.
Replicació, Transcripció i Translació, El Codi Triple	Els processos de replicació de l'ADN. Els fragments d'Okazaki. Telòmers i telomerases i els seus papers en càncer i edat. ADN empaquetat i cromatina. Expressió gènica (transcripció i translació). El codi genètic i els aminoàcids.
Proteïnes i Estructura de Proteïnes, Enzims i Anticossos	Estructura i propietats dels aminoàcids, els enllaços peptídics, el plegament de la proteïna, i les estructures primària, secundària, terciària i quaternària. Discussió d'algunes classes de proteïnes (estructurals, de transport, motors, d'emmagatzematge, senyals, receptores, etc.). Enzims i anticossos. Enzims d'acord amb les seves classificacions. El paper dels anticossos en el sistema immune i la seva utilitat en teràpia i diagnòstics.
Tecnologia de l'ADN recombinant	Història de la tecnologia de l'ADN recombinant i les tècniques en les que està involucrat. L'ús de vectors (plàsmids, bacteriòfags etc.), enzims de restricció, lligases i resistència a antibiòtics en el procés de permeabilització, transformació i enriquiment selectiu per clonació de l'ADN. Alguns èxits comercials en la tecnologia de l'ADN recombinant: la producció de insulina recombinant.
Electroforesis, Secuenciació, PCR, Far molecular (Molecular Beacons), PCR a temps real	Descobriment de l'ADNpolimerasa i el seu ús en la reacció en cadena de la polimerasa para l'amplificació de l'ADN. Passos involucrats, el paper dels primers i l'ús de fars moleculars pel PCR a temps real. Estudi en detall del Nested, multiplex, hot start, asymmetric i touchdown PCR així com d'altres formats de PCR. Ús de electroforesis per separació de ADN i proteïna i discussió del procés manual i automatitzat de la seqüenciació d'ADN.
Dining & Sleuthing con ADN	Estudi d'aliments modificats genèticament, i ADN forense. Descripció de les propietats de totipotència i 'ús del vector Agrobacterium tumefaciens. Descripció de les aplicacions específiques d'aliments modificats genèticament utilitzant alguns casos concrets. Que són els cultius GM i com es fan? Per què nosaltres necessitem cultius GM? Quines companyies biotecnològiques estan al davant del Ag-Biotech Crop production? Quins processos per regularitzar existeixen amb els cultius GM? Quines són les discussions a l'entorn dels aliments GM- real o imaginat? Breu visió de la història de l'ADN forense. Què són els polimorfismes, short tandem repeats, CODIS, RFLPs i l'ús d'aquests per a l'obtenció de DNA fingerprint. Estudi de les aplicacions en investigacions criminals, reconeixement de cadàvers, proves de paternitat. Punt de discussió l'ús de l'ADN mitocondrial en anàlisis evolucionaries.
Teràpia de cèl•lules mare i Teràpia gènica (I i II part)	Cèl•lules mare i teràpia gènica. Primera part. Introducció del concepte de cèl•lules mare embrionàries i adultes, orígens i propietats de cèl•lules mare, generació i diferenciació de cèl•lules mare embrionàries, teràpia de cèl•lules mare, aplicacions clíniques. Comparació dels avantatges i inconvenients de cèl•lules adultes i embrionàries, respectivament. Discussió sobre les companyies de biotecnologia que treballen en aquest camp i la política de diferents països en relació a les cèl•lules mare. Debat sobre qüestions ètiques associades a les cèl•lules mares. Cèl·lules mare i teràpia gènica. Segona part. Explicació la teràpia gènica, començant per la història, els tipus de teràpia gènica i els diferents sistemes que són disponibles. Descripció dels vectors virals (virus integrats i no integrats) i alliberaments per electroporació i alliberaments liposòmic. Limitacions i aplicacions de teràpia gènica. Diferents casos de malalties monogèniques i de teràpia gènica en càncers.
El projecte Genoma Humà, Genòmics, transcriptòmics i proteòmics	Visió del projecte de Genoma Humà (HGP) i de l'era post-genòmica. Discussió de la història i objectius del HGP, objectius del projecte, mapeatge de baixa o alta resolució, chromosome walking, shotgun sequencing, automatitzada seqüènciació de l'ADN, DNA microarrays, bioinformàtica i els resultats de el HGP, temes ètics, legals i socials associats. La importància de single nucleotide polymorphisms (SNPs). Explicació de la genòmica funcional i les eines (aptàmers, espectroscòpia de massa i electroforesis de gel 2D-diferencial) per portar el control de l'expressió gènica utilitzant la metabòlica (transcriptòmics) i la proteòmica.
Descobriment de fàrmacs, Patents, propietats intel•lectuals i Transferència de tecnologia	Canvi de paradigma facilitat pels enfocs postgenòmics en el descobriment de fàrmacs via genòmica funcional associada a la farmacologia. Ús de comparative genòmics and cDNA microarrays pel control del nivells d'expressió del mARN causats per fàrmacs candidats. El procés d'introducció dels fàrmacs al mercat, les fases involucrades i el tema de propietat intel•lectual pels nous negocis tecnològics. Els elements claus d'un pla de treball de les empreses. Inici de l'activitat virtual d'inversió en firmes biotecnològiques sobre el segon període del curs. Elecció de companyies virtual basada en els seus productes actuals, productes en projecte, protecció de patent, ingressos, acords d'associacions i marketing, despeses I+D, etc.
'Bottom-down' – Tècniques de Nanofabricació	Bases de la producció de superfícies nanoestructurades i les tècniques per la microfabricació de microsistemes, sistemes microelectromecànics (SMEM), microsensors, microactuadors i les seves aplicacions a la operació i seguretat automotiva, diagnòstic i tractament mèdic, nanoelectrònica, i nanomecànica. Els avantatges dels Microsistemes en termes de reduït requeriment energètic, paralelització i cost. Tecnologies de funcionalització de superfícies i d'anisotropic and isotropic wet and dry bulk, deep reactive ion etching, LIGA, serigrafiat d'UV i tècniques avançades de serigrafia (extreme Uvm e-beam, raig d'ions, i serigrafia de raigs X), de deposició (deposició/vaporització química i física, evaporació tèrmica i sputtering).
'Top-up'- Autoensamblatge biològic	Producció de nanoestructures mitjançant l'autoensamblatge biològic. Monocapes de tiols autoensamblades sobre or i monocapes mixtes produïdes per autoensamblatge dirigit per hidrofobicitat/hidrofilitat. Utilització d'anfilits en aigua creats via films de Langmuir Blodgett i utilització monocapes lipídiques i nanopartícules de ligand estabilitzades. Possibilitat de crear suprestructures d'ADN ensamblat, fent ús d'ADN ramificat com a esquelet o de nanopartícules d'ADN funcionalitzades i els enfocs basats en la superposició electrostàtica de capes i el camp en creixement dels dendrímers.
Fabricació de Nanopartícules i Biofuncionalització	Coneixement de diferents mètodes de fabricació, estabilització i biofuncionalització de nanopartícules. Propietats relacionades amb el tamany. Tècniques per produir nanopartícules dissenyades amb propietats idònies per una catàlisis selectiva, aplicacions electròniques, òptiques i magnètiques – per exemple, mètodes per produir nanopartícules metàl•liques i bi/multimetàl•liques, nanopartícules semiconductores, nanopartícules orgàniques, nanopartícules polimèriques. Tècniques com citrate reduction, plasma vaporisation, electrostatic spray assisted vapour deposition, laser ablation, sol-gel synthesis, nanosprays, electron beam lithography, photolithography patterning, nanosphere lithography, microcontact printing etc. Temes de estabilització. La teoria DLVO. Rutes de biofuncioanalització. Aplicacions d'aquestes nanopartícules per ús magnètic, òptic, catalític, electroquímic i mèdic.
Nanotools: Tècniques microscòpiques per la caracterització i manipulació en nanoescala.	Eines nanoscòpiques (nanotools) per a la caracterització i manipulació de forces nanoestructurades. Els fonaments en el camp de microscopia iònica, microscopia electrònic d'escanejat (SEM), microscopia electrònic de transmissió (TEM), scanning probe microscope, scanning tunnelling microscope (STM), microscopia de força atòmica (AFM) i microscopia de força lateral (LFM). L'ús de STM per manipulació d'àtoms i l'ús de AFM per la caracterització d'elements biològics i elucidació de forces en i entre proteïnes.
Carbon Nanotubes	Entendre la producció, propietats i aplicacions de nanotubs de carbó. Història dels nanotubs de carbó, fullerenes and buckyballs. Les propietats dels nanotubs de carbó depenent del seu mètode de producció. Diferents tipus de nanotubs com single-walled carbon nanotubes (SWNT) and multi-walled carbon nanotubes (MWNT). Diferents rutes de síntesis com chemical vapour deposition, arc discharge i laser ablation i mètodes per purificació. Aplicacions biologiques de SWNTs i MWNTs.
Aplicacions en Nanobiotecnologia: Diagnòstics, Teràpia, Computació de ADN i electrònica d'ADN, Enginyeria de Teixits / Òrgans artificials	L'ús de la Nanobiotecnologia per aplicacions en diagnòstic. Biosensors basats en superfícies nanoestructurades i funcionals. La integració de biosensors dins de Microsistemes per detecció múltiple on la detecció simultània de proteïnes i àcids nucleics es facilitada amb un tractament de les mostres per un sistema micro. L'ús de nanopartícules biofuncionalitzades per visió de tumors in vivo. La funció de la Nanobiotecnologia en aplicacions terapèutiques. Ús de liposomes lligats a anticossos per subministrament de fàrmacs dirigits en tumors cancerígens, anticossos lligats a nanopartícules magnètiques per a la hipertermia fluida magnètica i vesícules portadores de fàrmacs lligats a nanopartícules pel possible creuament en la barrera entre cervell i sang. Demostració de la computació d'ADN utilitzant els exemples de the Hamiltonian Path Problem. Informació sobre els avanços recents que s'han fet a la University of Wisconsin, Weizmann Institute i California Institute of Technology. La recerca actual sobre polímers funcionals per aplicacions d'enginyeria en teixits dels ossos, nanocompostos polímer/inorgànics per a reconstituents dentals i aplicacions de reemplaçament d'ossos, nanomaterials bioactius en empelts d'ossos i enginyeria de teixits, esquelets nanoestructurats per enginyeria i regeneració de teixits. Discussió de la recerca portada a terme i les futures possibilitats de l'electrònica de l'ADN.

Competències	Objectius d'aprenentatge	Continguts
Planificació	Metodologies	Atenció personalitzada
Avaluació	Fonts d'informació	Recomanacions