Biofotonika

Přednášející:

Cvičící:

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 cvičeních (1 neúčast bude řešena zadáním rešeršní práce na vybrané téma). Účast na laboratorních cvičeních a odevzdání protokolů z měření v požadovaném rozsahu a kvalitě.

Test ve 4., 8. a 12.výukovém týdnu semestru.

Vypracování semestrální práce. Vypracování dvou domácích cvičení.

Podmínky zkoušky: zkouška ústní s písemnou přípravou

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 laserů, 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, záření s hmotou, interakce záření s tkání, indikace a detekce interakčních mechanizmů)

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 typů mikroskopů -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.Závěr, záloha

Osnova cvičení:

Cvičení probíhají v blocích:

Mikroskopie tkání, Spektroskopická analýza tenkých biokompatibilních vrstev, Rentgenovská tomografie,Interakce optického záření s tkání

Náplň laboratorních cvičení:

- Interakce optického záření s tkání

- Měření vnitřního pnutí vrstev metodou optického měření

průhybu tenké podložky

- Youngův pokus

- Ohyb na štěrbině

- Spektrometrické měření koncentrací látek v tělních

roztocích

- Studium fotokatalytických vlastností povrchů TiO2 v medicíně.

Cíle studia:

Seznámit studenty s fotonikou, definovat její základní principy a mechanismy, definovat interakci optického záření s tkání a uvést aplikace fotoniky v lékařství.

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:

[1] Prasad P.N.: Introduction to Biophotonics. Wiley-InterScience 2004.

[2] Vymětalová V.: Laboratorní cvičení z biologie. VŠCHT Praha 2001.

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

[4] Paras N. Prasad : Nanophotonics. John Wiley and Sons, Inc., 2004.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Navazující magisterský studijní obor Přístroje a metody pro biomedicínu (povinný předmět)