Scheda programma d'esame
CHEMICAL BIOENGINEERING AND TRANSPORT PHENOMENA
GIOVANNI VOZZI
Academic year2019/20
CourseBIOMEDICAL ENGINEERING
Code470II
Credits12
PeriodSemester 1 & 2
LanguageItalian

ModulesAreaTypeHoursTeacher(s)
BIOINGEGNERIA CHIMICA ING-INF/06LEZIONI60
AURORA DE ACUTIS unimap
GIOVANNI VOZZI unimap
FENOMENI DI TRASPORTO BIOLOGICOING-INF/06LEZIONI60
ARTI DEVI AHLUWALIA unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

 

Modulo di fenomeni di trasporto biologico

Comprendere le basi delle equazioni di trasporto a partire da statiche di fluido e fenomeni di superficie (angolo di contatto, tensione superficiale) alle equazioni di Navier Stokes per semplici fluidi e trasporto di calore. Descrivere il trasporto di massa usando la prima e la seconda legge di Ficks (uniaxial). Inoltre dimostrerà la conoscenza sul trasporto di elettroliti e il trasporto delle membrane (attivo e passivo). Apprezzate come queste equazioni e fenomeni possono essere applicati al corpo umano (flusso sanguigno, emofiltrazione, trasporto nutriente).

Modulo di  Bioingegneria Chimica

Capire le equazioni di base delle reazioni chimiche (ordine zero, primo ordine, Micheles Menten). Acquisire conoscenze sui sistemi fisiologici naturali, modellarli e progettare la sostituzione dell'apparecchiatura. Modella il rene, il polmone, il cuore, il pancreas e la sua relazione con il fegato e definire e ottimizzare i principali parametri di un dialisi, di un ossigenatore, di un cuore artificiale e di un infusore di insulina.

Knowledge

Module of Biological transport phenomena

Understand the basics equations of transport starting from fluid statics and surface phenomena (contact angle, surface tension) to Navier Stokes equations for simple fluids and heat transport. Describe mass transport using Ficks first and second law (uniaxial). Will also demonstrate knowledge on electrolyte transport , and membrane transport (active and passive). Appreciate how these equations and phenomena can be applied to the human body (blood flow, hemofiltration, nutrient transport).

Module di Chemical Bioengineering

Understand the basic equations of chemical reactions (zero order, first order, Micheles Menten). Acquire knowledge on the natural physiological systems, model them and to design equipment replacement. Model kidney, lung, heart, pancreas and its relationship with liver and to define and optimise the principal parameters of a dialyser, of an oxygenator, of an artificial heart and of an insulin infuser.

Modalità di verifica delle conoscenze

Fenomeni di trasporto biologico

Lo studente deve dimostrare la capacità di risolvere semplici problemi unidimensionali usando le basi Navier Stoke / Fick / equazioni di conservazione. Lo studente dovrebbe dimostrare la capacità di eseguire analisi dimensionali e avere una solida comprensione della rilevanza dei fenomeni di trasporto, superfici e reazione ai sistemi biologici. Lo studente dovrebbe essere in grado di eseguire semplici calcoli sul trasferimento di calore nel corpo.

Bioingegneria chimica

Lo studente dovrebbe essere in grado di stimare il tasso di consumo di ossigeno nel corpo e illustrare la differenza tra zero, prima e seconda reazione. Lo studente dovrebbe dimostrare la capacità di modellare il diverso sistema biologico descritto durante la classe e di ottimizzare i dispositivi medici in base a diverse condizioni fisiologiche e patologiche di un paziente.

Assessment criteria of knowledge

Biological Transport Phenomena

The student must demonstrate the ability to solve simple one dimensional problems using basic Navier Stoke/Fick/conservation equations. The student should demonstrate the ability to perform dimensional analysis, and have a solid understanding of the relevance of transport, surface and reaction phenomena to biological systems. The student should be able to perform simple calculations on heat transfer in the body.

Chemical Bioengineering

The student should be able to estimate the rate of oxygen consumption in the body, and illustrate the difference between zero, first and second order reactions. The student should demonstrate the ability to model the different biological system described during the class, and to optimise the medical devices on the basis of different physiological and pathological conditions of a patient.

 

Capacità

Per quanto riguarda il modulo “Fenomeni di trasporto Biologico”, al termine del corso lo studente, sarà in grado di eseguire analisi dimensionali e avere una solida comprensione della rilevanza dei fenomeni di trasporto, superfici e reazione ai sistemi biologici.

Per quanto riguarda il modulo “Bioingegneria Chimica”, al termine del corso lo studente, sarà in grado di modellare il diverso sistema biologico descritto durante la classe e di ottimizzare i dispositivi medici in base a diverse condizioni fisiologiche e patologiche di un paziente.

Skills

With regard to the module "Biological Transport Phenomena", at the end of the course the student will be able to perform dimensional analysis and have a solid understanding of the importance of transport phenomena, surfaces and reaction to biological systems.

As for the " Chemical Bioengineering" module, at the end of the course, the student will be able to model the different biological system described in the classroom and to optimize medical devices according to different physiological and pathological conditions of a patient.

Modalità di verifica delle capacità

metodi:
• Esame orale finale
• Esame scritto finale
Ulteriori informazioni:
L'esame scritto richiede risoluzioni problematiche. 50% SCRITTO, 50% orale

Assessment criteria of skills

Methods:

  • Final oral exam
  • Final written exam

Further information:
The written exam requires problem solving. 50% WRITTEN, 50% oral

Comportamenti

Nel modulo “Fenomeni di trasporto Biologico”, i comportamenti che si ritiene lo studente possa acquisire sono:

  • Sensibilità nei confronti della analisi e della risoluzione di problematiche legate ai fenomenti di trasporto per i sistemi biologici;
  • Sensibilità nello svolgere esercizi legati alle diverse forme di trasporto biologico.

Nel modulo “Bioingegneria Chimica”, i comportamenti che si ritiene lo studente possa acquisire sono:

  • Sensibilità nei confronti della analisi e della progettazione dei dispositivi di ausilio ai sistemi biologici;
  • Sensibilità nella progettazione didispositivi di ausilio ai sistemi biologici.
Behaviors

In the "Biological Transport Phenomena" module, the behaviors that the student thinks can be acquired are:

  • Sensitivity to the analysis and resolution of problems related to transport phenomena for biological systems;
  • Sensitivity in carrying out exercises related to different forms of organic transport.


In the module "Chemical Bioengineering", the behaviors that students feel is able to acquire are:

  • Sensitivity to the analysis and design of devices for aids to biological systems;
  • Sensitivity in designing aids for biological systems.
Modalità di verifica dei comportamenti

Per entrambi i moduli, gli strumenti utilizzati per accertare l’acquisizione dei comportamenti attesi saranno:

  • Interazioni con il docente tramite ricevimenti;
  • Domande rivolte agli studenti nel corso delle lezioni frontali, per verificare l’acquisizione e il consolidamento di certi concetti.
Assessment criteria of behaviors

For both modules, the tools used to ascertain the expected behavior acquisition are:

  • Interaction with the teacher through receptions;
  • Questions addressed to students during the front lessons, to verify the acquisition and consolidation of certain concepts.
Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Per seguire il corso in modo proficuo, non sono richieste conoscenze specialistiche da parte degli studenti. Tuttavia, sono necessarie conoscenze consolidate di base di fisica e matematica. Sono inoltre utili, anche se non strettamente necessarie, conoscenze relative a meccanica, elettronica, ed alla biologia.

Prerequisites

To profitably attend this course, no specialistic knowledge is required. However, consolidated competences of physics and mathematics are needed. In addition, useful (even if not strictly needed) competences concern mecahnics, electronics, and biology.

Indicazioni metodologiche

Attività didattiche:

Frequentando lezioni
lavoro di gruppo, tesina
Presenza: consigliato

Metodi di insegnamento:

lezioni
Apprendimento a base di attività / apprendimento basato sui problemi / apprendimento basati sulla ricerca

Teaching methods

Learning activities:

  • attending lectures
  • group work

Attendance: Advised

Teaching methods:

  • Lectures
  • Task-based learning/problem-based learning/inquiry-based learning
Programma (contenuti dell'insegnamento)

Modulo di Fenomeni di trasporto Biologico

Relazioni di conservazione, viscosità, fluidi newtoniani, flusso laminare, derivazione di Poiselulle, Bernoulli, trasferimento di massa,

tensione superficiale. Kinetica delle reazioni. Analisi dimensionale. Le equazioni di trasferimento di calore (conduzione, radiazione, convezione ed evaporazione) e la loro applicazione alla regolazione metabolica umana.

Modulo di Bioingegneria Chimica

Cinetica enzimatica, reazioni di emoglobina e ossigeno, equazioni di reazione del ligando del recettore. Modello della fisiologia renale, del ciclo Henle, del trasporto e della diffusione di sali, proteine, di secrezione. Parametri di un rene naturale e progettazione e modellizzazione di un dializzatore. Modello della fisiologia polmonare, del trasporto del gas, dell'ossigenazione del sangue in condizioni fisiologiche e patologiche. Definizione dei principali parametri di un polmone naturale e progettazione e modellizzazione di un ossigenatore. Modello della fisiologia del cuore, definizione dei suoi parametri principali e progettazione e modellizzazione della pompa cardiaca, cuore artificiale e pacemaker. Modello della fisiologia epatica del pancreas, metabolismo del glucosio insulino.

Syllabus

Biological Transport Phenomena

Conservation relations, viscosity, Newtonian fluids, laminar flow, derivation of Poiselulle, Bernoulli, Mass transfer, Nernst, surface tension. Kinetics of reactions. Dimensional analysis. Heat transfer equations (conduction, radiation, convection and evaporation) and their application to human metabolic regulation.

Chemical Bioengineering

Enzyme kinetics, haemoglobin and oxygen reactions, receptor ligand reaction equations. Model of kidney physiology, of Henle loop, of transport and diffusion of salts, protein, of secretion. Parameters of a natural kidney and design and modelling of a dialyser. Model of Lung physiology, of gas transport, of blood oxygenation in physiological and pathological conditions. Definition of principal parameters of a natural lung and design and modelling of an oxygenator. Model of heart physiology, definition of its principal parameters and design and modelling of cardiac pump, artificial heart and pacemaker. Model of pancreas-liver physiology,glucose insulin metabolism.

Bibliografia e materiale didattico

per Fenomenti di trasporto Biologico

Fenomeni di Trasporto Mauri R. For Chemical Bioengineering D.O. Cooney , Biomedical Engineering Principles, Marcel Dekker ed., New York.

Appunti disponibili sul sito del corso (http://www.centropiaggio.unipi.it/course/fenomeni-di-trasporto-biologico)

per Bioingegneria Chimica

Biomedical engineering principles, David O. Cooney, Marcel Dekker, New York

appunti forniti dal docente

 

Bibliography

for Biological TRANSPORT PHENOMENA Fenomeni di Trasporto Mauri R. For Chemical Bioengineering D.O. Cooney , Biomedical Engineering Principles, Marcel Dekker ed., New York

 

For Chemical Bioengineering

Biomedical engineering principles, David O. Cooney, Marcel Dekker, New York

Materials furnished by the professor

Indicazioni per non frequentanti

Non ci sono variazioni per studenti non frequentanti.

Non-attending students info

There are no variations for students that do not attend the course.

Modalità d'esame

metodi:

Fenomeni

• Esame scritto finale: scritto con domande teoriche e esercizi

 • Esame orale finale: al superamento dello scritto, breve orale


Bioingegneria Chimica
• Esame orale finale
• Esame scritto finale
Ulteriori informazioni:
L'esame scritto richiede risoluzioni problematiche. 50% SCRITTO, 50% orale

L’esito complessivo dell’esame viene calcolato tenendo conto delle votazioni conseguite nei due moduli, e quindi il peso da attribuire alla lode, eventualmente conseguita in uno dei due moduli, terrà conto del loro andamento congiunto. 

Assessment methods

Methods:

  • Final oral exam
  • Final written exam

Further information:
The written exam requires problem solving. 50% WRITTEN, 50% oral

Altri riferimenti web

http://www.centropiaggio.unipi.it/course/bioingegneria-chimica.html

http://www.centropiaggio.unipi.it/course/fenomeni-di-trasporto-biologico

Additional web pages

http://www.centropiaggio.unipi.it/course/bioingegneria-chimica.html

http://www.centropiaggio.unipi.it/course/fenomeni-di-trasporto-biologico

Note

Nessuna nota aggiuntiva

Notes

No additional notes

Updated: 18/03/2020 14:02