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Academic Year: 2023/24

633 - Master's Degree in Biomedical Engineering

69714 - Nanodiagnostics


Teaching Plan Information

Academic year:
2023/24
Subject:
69714 - Nanodiagnostics
Faculty / School:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Degree:
633 - Master's Degree in Biomedical Engineering
ECTS:
3.0
Year:
1
Semester:
Second semester
Subject type:
Optional
Module:
---

1. General information

Early diagnosis and monitoring of relevant biomarkers during therapy significantly improve patient prognosis, particularly in heterogeneous diseases such as cancer or infections that may be caused by antibiotic-resistant pathogens.

Consequently, there is a continuous development of new diagnostic techniques and research into new biomarkers. The objective of the subject is that students learn how nanomaterials are being used to improve the sensitivity, precision and speed of biosensors and diagnostic imaging techniques.

Different types of nanobiosensors based on nanostructured materials will be described. Nanobiosensors based on magnetic nanoparticles, gold nanoparticles, etc. will also be introduced. The different types of biological materials that can be used as sensor elements and how to attach them to the nanomaterial will also be discussed.

The approach and objectives are aligned with the following Sustainable Development Goals (SDGs) of the United Nations 2030 Agendahttps://www.un.org/sustainabledevelopment/es/): Goals 3, 9 and 14.

2. Learning results

The student, in order to pass this subject, must demonstrate the following results:

 

Possess and understand knowledge that provides a basis or opportunity to be original in the development and/or application of ideas, often in a research context (CB. 6)

To know how to apply their acquired knowledge and problem-solving skills in new or unfamiliar environments within broader (or multidisciplinary) contexts related to their area of study (CB.7).

To integrate knowledge and face the complexity entailed by the formulation of judgments based on incomplete or limited information that includes reflections on the social and ethical responsibilities linked to the application of their specialized knowledge and judgments (CB.8)

To communicate their conclusions and the ultimate knowledge and rationale behind them to specialized and non-specialized audiences in a clear and unambiguous manner (CB.9)

To possess the learning skills that will enable the students to continue studying in a largely self-directed or autonomous manner (CB.10).

To possess the aptitudes, skills and methods necessary to carry out multidisciplinary research and/or development work in any area of Biomedical Engineering (CG.1).

To be able to use engineering techniques, skills and tools necessary to solve biomedical and biological problems (CG.2).

To understand and critically evaluate scientific publications in the field of Biomedical Engineering (CG.3).

To be able to learn continuously and develop autonomous learning strategies (CG.4).

To be able to manage and use bibliography, documentation, legislation, databases, software and hardware specific to biomedical engineering (CG.5).

To be able to develop sufficient autonomy to participate in research projects and multidisciplinary scientific or technological collaborations in the field of Biomedical Engineering (CG.6).

To be able to analyse, design and evaluate solutions to biomedical problems through advanced knowledge and technologies in biomechanics, biomaterials and tissue engineering (CO.3)

To have knowledge in the field of biosensors and applied nanotechnology for their improvement.

To manage the basic terminology of the biosensor field, to understand the concepts and to relate them.

To appreciate the importance of nanobiosensors in the fields of clinical diagnosis and environmental control.

To choose the most appropriate biological recognition element for the design of a biosensor.

To choose the most suitable nanostructured transduction element for the design of a nanobiosensor according to its application.

To detect the weaknesses and strengths of a biosensor in order to know how to position it in the most appropriate branch of the diagnostic market.

To write a scientifically valid report on an example of a nanobiosensor similar to those described during the term.

3. Syllabus

Theory

Topic 1. Introduction to biosensors: components, characteristics and classification. Advantages of nanobiosensors.

Topic 2. Biosensors based on nanostructured materials. Optical, electrical and mechanical nanobiosensors. Integration in microfluidic platforms or lab on a chip.

Topic 3. Biosensors based on nanoparticles.

Topic 4. Applications of nanobiosensors in clinical diagnostics.

Topic 5. Applications of nanobiosensors in environmental control.

Topic 6. Market aspects. Commercial nanobiosensors and companies that manufacture or market them. Examples of transfer from the laboratory to the market.

Practice

Practical sessions (4 h): synthesis of gold nanoparticles, characterization and detection of ionic strength changes in the sample.

4. Academic activities

Expository and participative lessons (all students). Presentation of contents by teachers, external experts or by students themselves, viewing of videos/discussions, etc.: 26 hours

Laboratory practices(in small groups). Synthesis and characterization of gold nanoparticles: 4 hours

Tutorial work(individual or group): 8 hours (non face-to-face).

Autonomous work(student): 34 hours

Assessment tests: 3 hours

5. Assessment system

Continuous assessment system:

E1: final exam (grade from 0 to 10): written exam with multiple choice, true or false, short development, multiple choice, etc. questions (50% of the final grade).

E2: Presentation and discussion of a paper (grade from 0 to 10): individually or in groups. A tutored bibliographic research on a nanobiosensor or an application will be carried out according to the student's or the teacher´s proposal. A written report will not be handed in but a presentation will be made in class. The knowledge about the subject of the work, the oral presentation and the performance in the questions and answers time will be assessed (50% of the final grade).

In order to average both assessment activities, it will be necessary to obtain at least 4 points out of 10 in each of them.

Overall assessment system

Students who do not pass the subject or do not opt for the previous assessment system, will be entitled to take a global test in each of the established calls for exams, on the dates and times determined by EINA.


Curso Académico: 2023/24

633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica

69714 - Nanodiagnóstico


Información del Plan Docente

Año académico:
2023/24
Asignatura:
69714 - Nanodiagnóstico
Centro académico:
110 - Escuela de Ingeniería y Arquitectura
Titulación:
633 - Máster Universitario en Ingeniería Biomédica
Créditos:
3.0
Curso:
1
Periodo de impartición:
Segundo semestre
Clase de asignatura:
Optativa
Materia:
---

1. Información básica de la asignatura

El diagnóstico precoz y la monitorización de biomarcadores relevantes durante la terapia mejoran significativamente la prognosis de los pacientes, en particular en enfermedades heterogéneas como el cáncer o infecciones que puedan ser causadas por patógenos resistentes a antibióticos.

En consecuencia, hay un desarrollo continuo de nuevas técnicas de diagnóstico e investigación en nuevos biomarcadores. El objetivo de la asignatura es que el alumnado conozca cómo se están utilizando los nanomateriales para mejorar la sensibilidad, precisión y rapidez de los biosensores y técnicas de diagnóstico por imagen.

Se describirán distintos tipos de nanobiosensores basados en materiales nanoestructurados. También se introducirán los nanobiosensores basados en nanopartículas magnéticas, de oro, etc. Asimismo, se discutirán los distintos tipos de materiales biológicos que pueden utilizarse como elementos del sensor y la forma de unirlos al nanomaterial.

El planteamiento y objetivos están alineados con los siguientes Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la Agenda 2030 de Naciones Unidas  https://www.un.org/sustainabledevelopment/es/): objetivos 3, 9 y 14.

2. Resultados de aprendizaje

El estudiante, para superar esta asignatura, deberá demostrar los siguientes resultados:

 

Que posee y comprende conocimientos que aporten una base u oportunidad de ser originales en el desarrollo y/o aplicación de ideas, a menudo en un contexto de investigación (CB. 6)

Que es capaz de aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio (CB.7)

Que es capaz de integrar conocimiento y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios (CB.8)

Que puede comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades (CB.9)

Que posee las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo (CB.10)

Que posee las aptitudes, destrezas y método necesarios para la realización de un trabajo de investigación y/o desarrollo de tipo multidisciplinar en cualquier área de la Ingeniería Biomédica (CG.1)

Que es capaz de usar las técnicas, habilidades y herramientas de la Ingeniería necesarias para la resolución de problemas del ámbito biomédico y biológico (CG.2)

Que es capaz de comprender y evaluar críticamente publicaciones científicas en el ámbito de la Ingeniería Biomédica (CG.3)

Que es capaz de aprender de forma continuada y desarrollar estrategias de aprendizaje autónomo (CG.4)

Que es capaz de gestionar y utilizar bibliografía, documentación, legislación, bases de datos, software y hardware específicos de la ingeniería biomédica (CG.5)

Que es capaz de desarrollar la autonomía suficiente para participar en proyectos de investigación y colaboraciones científicas o tecnológicas de tipo multidisciplinar en el ámbito de la Ingeniería Biomédica (CG.6)

Que es capaz de analizar, diseñar y evaluar soluciones a problemas del ámbito biomédico mediante conocimientos y tecnologías avanzados de biomecánica, biomateriales e ingeniería de tejidos (CO.3)

Que tiene conocimiento en el campo de los biosensores y de la nanotecnología aplicada para su mejora.

Que es capaz de manejar la terminología básica del campo de los biosensores, de entender los conceptos y de relacionarlos.

Que es capaz de valorar la importancia de los nanobiosensores en los campos de diagnóstico clínico y control medioambiental.

Que es capaz de saber elegir el elemento de reconocimiento biológico más adecuado para el diseño de un biosensor.

Que es capaz de elegir el elemento de transducción nanoestructurado más adecuado para el diseño de un nanobiosensor según su aplicación.

Que es capaz de detectar cuáles son los puntos débiles y fortalezas de un biosensor para saber cómo posicionarlo en la rama del mercado de diagnóstico más adecuada.

Que es capaz de elaborar una memoria científicamente válida sobre un ejemplo de nanobiosensor similar a los descritos durante el curso.

3. Programa de la asignatura

Teoría

Tema 1. Introducción a los biosensores: componentes, características y clasificación. Ventajas de los nanobiosensores.

Tema 2. Biosensores basados en materiales nanoestructurados. Nanobiosensores ópticos, eléctricos y mecánicos. Integración en plataformas microfluídicas o lab on a chip.

Tema 3. Biosensores basados en nanopartículas.

Tema 4. Aplicaciones de nanobiosensores en diagnóstico clínico.

Tema 5. Aplicaciones de nanobiosensores en control ambiental.

Tema 6. Aspectos de mercado. Nanobiosensores comerciales y empresas que los fabrican o comercializan. Ejemplos de transferencia del laboratorio al mercado.

Práctica

Sesiones prácticas (4 h): Síntesis de nanopartículas de oro, caracterización y detección de cambios de fuerza iónica en la muestra.

4. Actividades académicas

Lecciones expositivas y participativas (todo el estudiantado). Exposición de contenidos por parte del profesorado, de expertos externos o por los propios alumnos, visualización de vídeos/debates, etc.: 26 horas

Prácticas de laboratorio (en grupos reducidos). Síntesis y caracterización de nanopartículas de oro: 4 horas

Realización de trabajos tutorizados (individual o en grupo): 8 horas (no presencial).

Trabajo autónomo (estudiante): 34 horas

Pruebas de evaluación: 3 horas

5. Sistema de evaluación

Modalidad de evaluación continua:

E1: examen final (puntuación de 0 a 10): examen escrito con cuestiones tipo test, verdadero o falso, de breve desarrollo, de múltiples opciones, etc. (50% de la calificación final).

E2: Presentación y discusión de un trabajo (puntuación de 0 a 10): de forma individual o en grupo. Se realizará una investigación bibliográfica tutorizada sobre un nanobiosensor o una aplicación según propuesta del estudiante o de los profesores. No se entregará una memoria escrita pero se hará una presentación en clase de la que se evaluará el conocimiento y sobre la materia del trabajo, la presentación oral y el desempeño en el turno de preguntas (50% de la calificación final).

Para promediar ambas actividades de evaluación será necesario obtener al menos 4 puntos sobre 10, en cada una de ellas.

Modalidad de evaluación global

El estudiante que no supere la asignatura o no opte por el procedimiento de evaluación descrito anteriormente, tendrá derecho a realizar una prueba global en cada una de las convocatorias establecidas a lo largo del curso, en las fechas y horarios determinados por la EINA.