Zobrazovací metody I. - mikroskopické metody

Vztahy:

Předmět F7PBNZMM1 lze klasifikovat až po úspěšné klasifikaci předmětu F7PBNFY2

Úspěšná klasifikace předmětu F7PBNZMM1 je podmínkou pro následnou klasifikaci předmětu F7PBNNT2

Garant předmětu:

Přednášející:

Cvičící:

Předmět zajišťuje:

katedra přírodovědných oborů

Anotace:

Výuka bude vedena prezenčním způsobem, a bude rozdělena na přednášky, cvičení. K aktivizaci studentů budou sloužit krátké diskuse nad tématem přednášky či cvičení, a to jak na začátku tak v průběhu výuky. Na úvod cvičení budou realizovány krátké testy (5 min.) na ověření znalostí z předchozí hodiny, čímž vyučující získá zpětnou vazbu o znalostech studentů. V rámci cvičení bude student samostatně zpracovávat odborná témata tak aby získal praktické zkušenosti z dané problematiky, zde dostane student prostor i pro vlastní kreativitu zejména při psaní závěrečných zpráv.

Pro výuku a zejména komunikaci mezi vyučujícími a studenty bude využíváno prostředí Moodle.

Požadavky:

Podmínky zápočtu a klasifikace: 80% docházka na cvičení, 50% bodů z průběžných a závěrečného testu

Na začátku každého cvičení bude krátký 5 minut test k ověření znalostí z předchozí hodiny. Na závěrečné hodině bude souhrnný test, který prověří komplexní znalosti studentů

Osnova přednášek:

1. Úvod do mikroskopie: Historie a principy mikroskopie, základní parametry mikroskopu (rozlišení, zvětšení, kontrast), typy mikroskopů (optické, elektronové, rastrovací sondové).

2. Optická mikroskopie: Světelná mikroskopie, princip zobrazení, typy optických mikroskopů (světlé pole, tmavé pole, fázový kontrast, diferenční interferenční kontrast, fluorescenční mi roskopie, konfokální mikroskopie, dvouphotonová mikroskopie), aplikace v biologii a materiálových vědách.

3. Elektronová mikroskopie: Princip elektronové mikroskopie, transmisní elektronová mikroskopie (TEM), skenovací elektronová mikroskopie (SEM), princip zobrazení, detektory, pří rava vzorků, aplikace v materiálových vědách a nanotechnologiích.

4. Rastrovací sondová mikroskopie: Atomární silová mikroskopie (AFM), tunelovací mikroskopie (STM), princip měření sil a tunelování, typy hrotů, režimy měření, aplikace v nanotechnologiích a materiálových vědách.

5. Mikroskopie s vysokým rozlišením: STED mikroskopie, PALM/STORM mikroskopie, princip a aplikace v biologii a medicíně.

6. Zobrazování v nanotechnologiích: Zobrazování nanoobjektů (nanočástice, nanotrubice, tenké vrstvy), kombinace mikroskopických metod, 3D zobrazování, zobrazování povrchů a rozhraní, analýza chemického složení pomocí mikroskopických metod (EDS, WDS).

7. Příprava vzorků pro mikroskopii a zpracování obrazu: Fixace, zalévání, řezání, barvení vzorků pro optickou mikroskopii, příprava vzorků pro elektronovou mikroskopii (TEM, SEM), depozice tenkých vrstev, leptání, software pro zpracování mikroskopických obrazů, segmentace, měření, 3D rekonstrukce.

Osnova cvičení:

1. Seznámení s optickým mikroskopem: Obsluha mikroskopu, nastavení parametrů, pozorování vzorků (např. rostlinné buňky, krevní nátěr, pylová zrna).

2. Optická mikroskopie - pokročilé techniky: Pozorování různých typů vzorků pomocí technik tmavého pole, fázového kontrastu a fluorescenční mikroskopie (např. bakterie, prvoci,

značené buněčné struktury).

3. Skenovací elektronová mikroskopie (SEM): Seznámení s SEM mikroskopem, příprava vzorků pro SEM (např. vodivé a nevodivé materiály), pozorování povrchu vzorků, detektory (např. sekundární elektrony, zpětně odražené elektrony).

4. Atomární silová mikroskopie (AFM) - I: Seznámení s AFM mikroskopem, princip měření sil, různé režimy měření (např. kontaktní, tapping mode), kalibrace hrotu.

5. Atomární silová mikroskopie (AFM) - II: Měření topografie povrchu vzorků pomocí AFM (např. tenké vrstvy, nanočástice, biologické vzorky), analýza dat, 3D rekonstrukce.

6. Příprava vzorků pro mikroskopii: Fixace, zalévání, řezání a barvení vzorků pro optickou mikroskopii, příprava vzorků pro TEM a SEM, depozice tenkých vrstev.

7. Zpracování a analýza obrazu: Software pro zpracování mikroskopických obrazů, segmentace, měření, praktické aplikace mikroskopie, řešení praktických úkolů s využitím mikroskopických metod (např. identifikace struktur, měření velikostí, porovnání obrazů).

Cíle studia:

Tento předmět poskytuje komplexní úvod do světa mikroskopie, zahrnující jak teoretické základy, tak praktické dovednosti. Studenti se seznámí s principy různých mikroskopických technik, od optické a elektronové mikroskopie po rastrovací sondové metody. Důraz je kladen na osvojení si praktických dovedností v obsluze optických, elektronových a atomárních silových mikroskopů, naučení se technikám přípravy vzorků pro různé typy mikroskopie a získání dovedností v oblasti zpracování a analýzy mikroskopických obrazů.

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] KREMER, Bruno. Mikroskop zcela jednoduše. Praha: Aventinum, 2024. ISBN 978-80-7151-281-3.

[2] VYMĚTALOVÁ, Veronika. Biologie pro biomedicínské inženýrství laboratorní cvičení. Praha: ČVUT, 2021. ISBN 978-80-01-06789-5.

[3] KARLÍK, Miroslav. Úvod do transmisní elektronové mikroskopie. Praha: České vysoké učení technické v Praze, 2011. ISBN 978-80-01-04729-3. Dostupné také z: http://toc.nkp.cz/NKC/201105/contents/nkc20112181614_1.pdf

[4] ŠPAČEK, Josef. Svět pod mikroskopem. Praha: Grada, 2008. ISBN 978-80-247-2469-0.

Doporučená literatura:

[1] MICHLER, G. H. Compact Introduction to Electron Microscopy: Techniques, State, Applications, Perspectives. Springer, 2022.

[2] MERTZ, J. Introduction to Optical Microscopy. 2nd ed. Cambridge: Cambridge University Press, 2019.

Poznámka:

Další informace:

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní program Biomedicínské nanotechnologie (povinný předmět)