Biofotonika

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Přehled o principech a aplikacích v interdisciplinární oblasti spojující poznatky fyziky, optiky a biologie. Zaměření na interakci záření s látkou, interakce záření s tkání, základy biologie, fotobiologie, biozobrazování, základní principy laserů a vlastnosti laserového záření, bezpečnost práce s lasery, optické biosenzory, fotodynamická terapie, optická manipulace s buňkami, nanotechnologie pro biofotoniku, biomateriály pro fotoniku.

Požadavky:

Písemka v polovině semestru a na konci semestru

Písemka v polovině semestru může být nahrazena, pokud si tak student zvolí, překladem z cizojazyčné knihy nebo odborného článku na dané téma

Známka je dána 1/4 Bodů (max. 25 bodů) z písemky v polovině semestru (překladem z anglické knihy) a body z písemky na konci semestru (max. 75 bodů) - klasifikace klasická ČVUT

COVID: Písemka může být nahrazena ústním zkoušením přes MS Teams nebo jinou formou dle aktuální epidemické situace

Osnova přednášek:

1.Biofotonika jako vědní obor, jeho vymezení.

2.Interakce záření s látkou I. (duální charakter světla, šíření světla, fotony, koherence, interference, difrakce, vazby v molekulách).

3.Základy laserové techniky (princip činnosti laseru, typy laseru, aplikace laserů ve fotobiologii a v lékařství, bezpečnost práce s lasery).

4.Základy biologie (typy buněk, organizace buněk v tkáni, nádory, typy tkání a jejich funkce).

5.Interakce záření s látkou II. (interakce světlo-molekula, interakce záření s hmotou, interakce záření s tkání, indikace a detekce interakčních mechanismů).

6.Absorpce, emise světla, principy biologické spektroskopie (absorpční, emisní, fluorescenční, Ramanova, Fourierovská infračervená spektroskopie, atd.)

7.Biozobrazování (princip, uspořádání a obecné vlastnosti mikroskopu, principy konkrétních typu mikroskopu -transmisní, rastrovací, fluorescenční, tunelové, na odraz, elektronové,

atd.). Aplikace, sondy.

8.Optické biosenzory (principy, konstrukce, aplikace), fotonásobiče, polovodičové detektory a snímače.

9.Fotodynamická terapie (princip, vymezení aplikací), cytometrie.

10.Interakce záření s látkou III (interakce záření s tkání, regenerace, fototerapie, optická koherentní tomografie), rentgenovská tomografie.

11.Manipulace s buňkami pomocí optického záření, cytometrie.

12.Nanotechnologie pro biofotoniku - bionanofotonika.

13.Biomateriály pro biofotoniku.

14.Shrnutí.

Osnova cvičení:

Předmět v bakalářské etapě nemá praktická cvičení. Po dohodě je možno navštívit praktická cvičení v laboratořích FBMI s magisterskými studenty.

Cíle studia:

Cílem studia je podat přehled o principech a aplikacích v interdisciplinární oblasti spojující poznatky fyziky, optiky a biologie. Ozřejmit principy na kterých pracují moderní zobrazovací, analytické i terapeutické přístroje a senzory. Seznámit posluchače s materiály využitelnými a využívanými v biofotonice. Propojit svět fotoniky s biomedicínskými aplikacemi a naopak využití biomateriálů pro potřeby fotoniky. Jde hlavně o následující oblasti: Biozobrazování, diagnostika, optické diagnostické přístroje, světlem řízené/aktivované terapie, světelné zdroje a detektory.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] JELÍNEK, Miroslav. Biofotonika. V Praze: ČVUT, 2015. ISBN 978-80-01-05709-4.

Doporučená literatura:

[1] PRASAD, Paras N. Introduction to biophotonics. Hoboken: Wiley, c2003. ISBN 0-471-28770-9.

[2] SALEH, Bahaa E. A. a Malvin Carl TEICH. Základy fotoniky 1. Praha: Matfyzpress, 1994. ISBN 80-85863-01-4.

[3] SALEH, Bahaa E. A. a Malvin Carl TEICH. Základy fotoniky 2. Praha: Matfyzpress, 1994. ISBN 80-85863-02-2.

[4] SALEH, Bahaa E. A. a Malvin Carl TEICH. Základy fotoniky 3. ISBN 80-85863-00-6.

[5] SALEH, Bahaa E. A. a Malvin Carl TEICH. Základy fotoniky 4. Praha: Matfyzpress, 1996. ISBN 80-85863-12-X.

[6] PRASAD, Paras N. Nanophotonics. Hoboken, NJ: Wiley, 2004. ISBN 0471649880.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní obor Optika a optometrie (povinně volitelný předmět)