- Fisica 2. Elettromagnetismo-ottica di Corrado Mencuccini e Vittorio Silvestrini.
- Optics di Eugene Hecht.
- Introduction to Optical Microscopy di Jerome Mertz.
- PDF delle diapositive presentate a lezione.
Obiettivi Formativi
Conoscenza della microscopia ottica lineare, non-lineare e tecniche di super-risoluzione.
Prerequisiti
Conoscenze di base di ottica geometrica ed ondulatoria.
Metodi Didattici
- Lezioni in aula.
- Esercitazioni in laboratorio di ricerca.
Altre Informazioni
Nessuna
Modalità di verifica apprendimento
-Relazione scritta sull'attività sperimentale svolta in laboratorio.
-Esposizione di un articolo scientifico inerente alle tematiche svolte durante il corso.
Programma del corso
PROGRAMMA DEL CORSO:
1. Onde Elettromagnetiche - Equazione delle onde elettromagnetiche -
Onde elettromagnetiche piane e sferiche - Onde nei dielettrici:
dipendenza dell'indice di rifrazione dalla frequenza - Spettro delle onde elettromagnetiche - Conservazione dell'energia e vettore di Poynting -
Quantità di moto di un'onda elettromagnetica.
2. Interazione radiazione materia - Riflessione e rifrazione - Dispersione
della luce - Velocità di gruppo - Principio di Huygens-Fresnel -
Interferenza - Diffrazione.
3. Ottica Geometrica - Approssimazione ottica geometrica - Riflessione -
Rifrazione - Sistemi diottrici - Lenti - Proprietà di alcuni dispositivi ottici -
L'occhio umano.
4. Formazione delle immagini - Sistema 2f, Sistema 4f, Ingrandimento,
Risoluzione e Point Spread Function - Apertura Numerica di una lente.
5. Spettri molecolari e interazione con la luce - Struttura elettronica di
una molecola - Assorbimento - Scattering - Fluorescenza - Intersystem
crossing e Photo-bleaching.
6. Sonde fluorescenti e tecniche di marcatura - Coloranti endogeni ed
esogeni - Proteine fluorescenti e tecniche di trasfezione - Tecnologia
Brainbow - Imaging funzionale: coloranti sensibili al potenziale elettrico e
calcio intracellulare.
7. Microscopia a campo largo - Schematizzazione del microscopio -
Sistemi d'illuminazione - Sistemi di rivelazione - Microscopia bright-field -
Microscopia dark-field - Microscopia a contrasto di fase - Microscopia in
fluorescenza - Applicazione biologiche.
8. Microscopia a scansione laser - Microscopio confocale - Risoluzione
spaziale e sezionamento ottico - Sistemi di scansione - Rivelatori
(fotodiodi - APD - fotomoltiplicatori) - Applicazione biologiche
9. Microscopia TIRFM - FLIM - FRET - Riflessione interna totale (TIR) ed
onda evanescente - Total Internal Reflection Fluorescence Microscopy
(TIRFM) - Fluorescenza e vita Media - Fluorescence Lifetime Imaging
Microscopy (FLIM) - Interazione molecolare e trasferimento di energia -
Foster Resonance Energy Transfer (FRET) - Applicazioni biologiche.
10. Microscopia a foglio di luce - Principio di funzionamento - Risoluzione
spaziale e campo visivo - Schiarimento di tessuti biologici - Applicazioni
biologiche.
11. Microscopia in fluorescenza a transizione a due fotoni - Microscopia
non-lineare - Assorbimento a due fotoni - Risoluzione spaziale -
Profondità di penetrazione - Sorgenti laser impulsate - Applicazioni
biologiche: imaging ad alta risoluzione nei tessuti.
12. Microscopia a generazione di seconda armonica - Generazione di
seconda armonica - Somma coerente - Emissione angolare - Applicazioni
biologiche: imaging di strutture ordinate.
13. Microscopia vibrazionale - Scattering Rayleigh vs Scattering Raman -
Spettroscopia Raman - Microscopia Raman - Coherent Antistokes Raman
Scattering (CARS) microscopy - Stimulated Raman Scattering (SRS)
microscopy - Applicazioni biologiche.
14. Tecniche di super-risoluzione - Microscopia in deconvoluzione -
Microscopia 4Pi - Stimulated Total Emission Depletion (STED) microscopy
- Photo-Activable Localization Microscopy (PALM) - Stochastic Optical
Reconstruction Microscopy (STORM) - Applicazioni biologiche.
15. Aberrazioni ottiche - Aberrazioni cromatiche - Aberrazioni sferiche -
Distorsione del fronte d'onda - Polinomi di Zernike - Quantificazione e
correzione delle aberrazioni.
16. Esperienze in laboratorio:
1) Imaging in vivo della attività corticale durante l'esecuzione di task motori.
2) Imaging e manipolazione del sistema di conduzione elettrico su cuore
intero.
3) Imaging strutturale e funzionale mediante microscopia
a foglio di luce.