Pokročilá biofotonika

Garant předmětu:

Petr Písařík

Přednášející:

Jan Mikšovský, Petr Písařík, Jan Remsa

Cvičící:

Jan Mikšovský, Petr Písařík, Jan Remsa

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Přehled o principech a aplikacích v interdisciplinární oblasti spojující poznatky fyziky, optiky a biologie. Interakce záření s látkou, interakce záření s tkáněmi, základy biologie, fotobiologie, biozobrazování, základy laserů + bezpečnost, optické biosenzory, fotodynamická terapie, optická manipulace s buňkami, nanotechnologie pro biofotoniku, biomateriály pro fotoniku.

Požadavky:

Podmínky zápočtu: Účast na laboratorních cvičeních a odevzdání protokolů z měření v požadovaném rozsahu a kvalitě.

Podmínky zkoušky: Písemka a případné ústní dozkoušení

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

Osnova přednášek:

1. Základy světla a hmoty: vlna, fotony, podstata světla, duální charakter světla, vlnová a paprsková optika, elmg. spektrum, index lomu, šíření světla, lineární a kruhová polarizace, fázová a grupová rychlost, difrakce, interference, koherence, Michalsonův interferometr, interference, Youngův pokus, difrakce

2. Lasery: koh. a nekoherentní zdroje, Bohrův model, energetické hladiny, spontánní a stimulovaná emise, buzení laseru, 3 hladinový model, princip činnosti laseru, z čeho se skládá laser, rezonátor, elektrická a magnetická vlna, polarizace, Brewsterův úhel, dělení laserů.

3. Aplikace laserů v medicíně - chirurgie, oftalmologie, dermatologie, urologie, ...

4. Interakce I: Snellovy zákony, reflektance, odraz na různých rozhraních, lom, kritický úhel, totální odraz, Fressnelovy vzorce. Transmise, rozptyl, transmitance různých optických materiálů. Absorpce, Lambertův zákon, absorpční koeficient, absorbance, extinkce, transmitance x absorbance, stanovení abs. konstanty z transmisních měření, fluorescence, Jablonského diagram, rozptyl Mie, Rayleigh, Brillouen.

5. Interakce II: Interakce záření s tkání - abs. koeficient, absorbance DNA, hloubka průniku, dynamické vlastnosti tkání, dekompozice, fotoablace.

6. Fototerapie, Vedení tepla v látce a v tkáni

7. Mikroskopie. Mikroskop optický, numerická apertura, konfokální, fluorescenční. Morfologie, SEM, STM, AFM, TEM, SPM

8. Tenké vrstvy a senzory, Optické biosenzory, definice, QWLS, SERS, SPR, EWF, interferometrické, mřížkové, rez. zrcadlo, rezonance povrchového plazmou, TIRF, aplikace biosenzorů

9. Nanomateriály a nanomedicína, bionanofotonika, nanočástice, nanosondy

10. Tenké vrstvy v lékařství - Biomateriály, implantáty, zubní náhrady, HA, DLC

11. Tweezery-optická manipulace s buňkami, PDT, tomografie, CT, fototerapie. Cytometrie

12. Radiometrie, fotometrie, dozimetrie, svítivost, světelný tok, zářivý tok, detekce optického záření

13. Spektroskopie: Luminiscence (Fluorescence, Fosforescence), FTIR, Ramanova spektroskopie

14. Závěr

Osnova cvičení:

1.Interakce optického záření s tkání

2.Měření ablačních prahů tkání

3.Spektrofotometrické stanovení koncentrace látek v tělních tekutinách

4.Fotokatalytická měření

5.Měření vnitřního pnutí pomocí optických metod

6.Měření indexu lomu a tloušťky vrstev metodou módové spektroskopie (m-line), vlnovodné vlastnosti

7.Odevzdání laboratorních protokolů, vyhodnocení, diskuse výsledků.

Cíle studia:

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1]AGARWAL, G. Quantum optics. xvi, 491 pages. ISBN 9781107006409, 2013.

[2]Bahaa E. A. Saleh, Malvin Carl Teich.Základy fotoniky, svazek 1-4. Vyd. MATFYZPRESS, 1994, Praha.

[3]Jelínek, Miroslav, et al. Biofotonika. 1. vydání. 163 stran. 2015.

[4]Paras N. Prasad : Introduction to Biophotonics. Wiley-InterScience 2004.

[5]SERGIENKO, Alexander V. Quantum communications and cryptography. Boca Raton, FL: Taylor & Francis, 2006, 232 p. ISBN 0849336848.

Doporučená literatura:

[1]A. Vogel, V. Venugopalan:Mechanism of Pulsed laser Ablation of Biological Tissue, Chem. Rev. 2003, 103, 577-644.

[2]Biomedical Photonics Handbook, Tuan Vo- Dinh (Editor), Taylor&Francis Group,2003.

[3]NIEMZ, Markolf H. Laser-tissue interactions: fundamentals and applications. 3rd. ed. Springer, c2004.

[4]DUARTE, F. Quantum optics for engineers. xxxi, 411 pages. ISBN 9781439888537, 2014.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

	06:00–08:0008:00–10:0010:00–12:0012:00–14:0014:00–16:0016:00–18:0018:00–20:0020:00–22:0022:00–24:00
Po	místnost KL:B-230 Remsa J. Písařík P. 10:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebna místnost KL:B-230 Mikšovský J. Písařík P. 10:00–13:50 (přednášková par. 2) Kladno FBMI Učebna
Út
St
Čt
Pá	místnost KL:B-s104 Mikšovský J. Písařík P. 10:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Lab. biomat. a nanotechnologií místnost KL:A-014 Mikšovský J. Písařík P. 10:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Laboratoř biofotoniky

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterská studijní specializace Nanotechnologie (povinný předmět)