Biofotonika

Garant předmětu:

Jan Mikšovský, Jan Remsa

Přednášející:

Jan Mikšovský, Jan Remsa

Cvičící:

Jan Mikšovský, Jan Remsa

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. 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:

Cíle studia:

Výstupní znalosti, dovednosti, schopnosti a kompetence: 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.

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:

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
St
Čt	místnost KL:B-326 Mikšovský J. Remsa J. 12:00–13:50 (přednášková par. 1) Kladno FBMI Učebna
Pá

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Prospectus - bakalářský (!)
• Bakalářský studijní program Biomedicínská technika v aj (povinně volitelný předmět)