Chemie pro bioinženýrství

Garant předmětu:

Jan Přech

Přednášející:

Michal Mazur, Jan Přech

Cvičící:

Michal Mazur, Jan Přech

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

Posluchači kurzu se seznámí se základními oblastmi aplikované chemie v biomedicínském inženýrství a technice. Tento kurz je zároveň uvede do studia dalších chemických disciplín. Během laboratorního cvičení by si studenti měli osvojit základní laboratorní techniky používané v chemických laboratořích zaměřených především na analýzu látek a materiálů. Laboratorním cvičením předchází cvičení zaměřené na praktické výpočty pro laboratorní praxi.

Požadavky:

Požadavky k zápočtu:

Povinná účast na cvičeních, absence musí být řádně omluvené a nahrazené. Absolvování všech laboratorních úloh a odevzdání vypracovaných protokolů.

Úspěšné absolvování zápočtového testu.

Průběh a hodnocení zkoušky:

Zkouška je tvořena písemným testem a ústním zkoušením. Odpovědi na otázky jsou bodově ohodnoceny dle obtížnosti. Po opravě testu následuje ústní zkoušení. Celkové hodnocení zkoušky odpovídá platné klasifikační stupnici. Je-li výsledek kterékoliv části hodnocen stupněm F, je i výsledek zkoušky automaticky F.

Osnova přednášek:

Přednášky:

1.Složení atomu a chemické vazby

2.Definice chemické reakce, stechiometrie, elementární reakce, reakční mechanismus (kvalitativně), reakční koordináta

3.Obecná chemická rovnováha: definice, dynamická rovnováha, zákon hmotnostní akce, Guldberg-Waageův zákon, vyjádření rovnovážné konstanty, vztah mezi rovnovážnou konstantou a směšovacími poměry reaktantů a produktů, rovnováha v homogenních a heterogenních systémech: příklady a aplikace.

4.Teorie elektrolytů, teorie kyselin a zásad, pH, rovnováha v kyselých a zásaditých roztocích: pH, pKa, pKb, pufry, aplikace chemické rovnováhy v průmyslu a biologii: rovnováha v biochemických reakcích

5.Rovnovážná elektrochemie - typy elektrod, elektrodový potenciál, standardní elektrodové potenciály, redoxní systémy, elektrochemický článek, akumulátory

6.Kvalitativní analytické metody v medicinální diagnostice (indikátory, imunochromatografické techniky, analytická elektrochemie, impedanční spektroskopie v souvislosti s biosenzory/cell indexem

7.Kvantitativní analytické metody - spektroskopie, Lambert-Beerův zákon

8.Instrumentální analýza - principy separace, principy detekce látek - chromatografie, elektroforéza, hmotnostní spektrometrie, nukleární magnetická rezonance, analýza a úprava vody

9.Chemická kinetika - empirická kinetika, reakční mechanismus a z něj vyplývající rychlostní rovnice, teplotní závislost chemických dějů

10.Transportní jevy - difuze, osmóza, biomembrány a transportní procesy na membránách, struktura a funkce biomembrán, mechanismy transportu iontů a molekul přes membrány

11.Katalýza - obecná katalýza, enzymatická katalýza, aplikace v průmyslových procesech (např. Haberův proces)

12.Termochemie - tepelné zabarvení chemických reakcí, Le Chatelierův princip (vliv změny koncentrace, tlaku a teploty na chemickou rovnováhu)

13.Termodynamika - kritérium uskutečnitelnosti chemické reakce, realizace endergonických dějů, souvislost s biologií a metabolismem

14.Nanotechnologie v chemii a bioinženýrství

Osnova cvičení:

1.Vstupní test ze středoškolské chemie; odhad charakteru chemické vazby, výpočet hmotnostního defektu jádra a energetických změn provázejících jaderné reakce

2.Chemické výpočty (stechiometrie, složení roztoků)

3.Výpočty pH elektrolytů

4.Přepočty průtoků a objemů plynů, výpočty koncentrací z Lambert-Beerova zákona

5.Poločas rozpadu, stanovení stáří biologických vzorků, termochemické výpočty

6.Exkurze na PřF UK - bude zařazena po dohodě mimo rozvrh

7.Zápočet

Cíle studia:

Cílem předmětu je osvojení teoretických znalostí v oblasti chemie. Osvojení si přehledu v chemii obecné, v jejích zákonitostech odvíjejících se od stavby atomu, vlastnosti prvků a jejich využití v praxi, v chemii fyzikální, také znalosti a praktické dovednosti v analytické chemii. Důležitou součástí je osvojení postupů výpočtů běžných v laboratorní praxi i v teoretickém výzkumu.

Studijní materiály:

Kodíček, M.: Biochemické pojmy - výkladový slovník, verze 2.0 [online]. VŠCHT v Praze: 2007. Dostupné online (http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002/). ISBN 978-80-7080-669-2.

Sofková, D., a kol.: Biochemie - základní kurz. Karolinum: Praha 2005. ISBN 80-7184-936-7

G. I. Brown: Úvod do anorganické chemie, SNTL/Alfa, Praha 1982

D. Sedmidubský, V¨. Flemr, J. Svoboda, R. Cibulka: Základy chemie pro bakaláře, VŠCHT, Praha 2011, dostupné z http://vydavatelstvi.vscht.cz/katalog/uid_isbn-978-80-7080-790-3/anotace/

Vodrážka, Z.: Biochemie. Academia, Praha 1992

Roubík, K.: Fyzikální chemie pro biomedicínské inženýrství. Skriptum ČVUT. Vydavatelství ČVUT v Praze, Praha, 2007

Lázníčková A., Kubíček V.: Základy fyzikální chemie. Karolinum, Praha, 2008

Atkins, P., Paula, J.: Atkins' Physical Chemistry. (Eighth Edition). Oxford University Press, Oxford, 2006

Kubíček, V.: Výpočty z fyzikální chemie I. Karolinum, Praha, 2004

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/BAB02CHE

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
Út	místnost T2:C2-82 Přech J. Mazur M. 12:45–14:15 (přednášková par. 1) Dejvice T2:C2-82místnost T2:C2-84 Přech J. Mazur M. 14:30–16:00 (přednášková par. 1 paralelka 101) Dejvice Ucebnamístnost T2:C2-86 Přech J. Mazur M. 16:15–17:45 (přednášková par. 1 paralelka 102) Dejvice Cvičebna místnost T2:C2-84 Přech J. Mazur M. 14:30–16:00 (přednášková par. 1 paralelka 103) Dejvice Ucebnamístnost T2:C2-86 16:15–17:45 (přednášková par. 1 paralelka 104) Dejvice Cvičebna
St
Čt
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Lékařská elektronika a bioinformatika (povinný předmět programu)