Cílem této přednášky je poskytnout studentům biofyziky základní přehled o experimentálních metodach založených na dielektrických, vodivostních a elektrochemických vlastnostech biomolekul a biologických struktur. Kurz zahrnuje taky úvod do použití moderních metod optické spektroskopie pro biofyzikální studium.

This course aims to provide students of biophysics with a basic overview of experimental methods based on dielectric, conductive and electrochemical properties of biomolecules and biological structures. The course comprises an introduction to use of advanced methods of optical microscopy in biophysics, as well.

Prosser V. a kolektiv: Experimentální metody biofyziky, Academia, Praha 1989.

Slayter E.M., Slayter H.S.: Light and Electron Microscopy, University Press, Cambridge, 1997.

Prosser V. a kolektiv: Experimentální metody biofyziky, Academia, Praha 1989.

Slayter E.M., Slayter H.S.: Light and Electron Microscopy, University Press, Cambridge, 1997.

Přednáška

Lecture

Dielektrická spektroskopie a transport náboje biologickými látkami

1. Vodič, dielektrikum, izolant. Komplexní permitivita, mechanizmy polarizace, teorie statické permitivity, Clausiův-Mossottiův vztah, Onsagerova rovnice, Fröhlichova teorie.

2. Frekvenční závislost permitivity (Debyeovy rovnice), vyhodnocení frekvenčních měření, teplotní závislost relaxačních dob, teplotní závislost permitivity.

3. Aparatury pro dielektrická měření, vybrané aplikace metod dielektrických měření, proudová relaxace, termální depolarizace.

4. Přenos náboje v makromolekulárních látkách. Mechanizmy generace a transportu nosičů. Iontová a protonová vodivost. Organické polovodiče. Fotovodivost.

5. Transport náboje přes membránu. Membránový potenciál. Elektrická měření na biomembránách. Aplikace v biologickém a lékařském výzkumu.

Základy optické mikroskopie

1. Základní pojmy - rozlišovací schopnost optického mikroskopu.

2. Přehled metod a jejich principů - světlé pole, temné pole, fázový kontrast, anoptrální mikroskopie, mikroskopie v polarizovaném světle, Nomarského metoda, Hoffmanův modulační kontrast, fluorescenční mikroskopie.

3. Videomikroskopie a počítačové zpracování obrazu.

4. Konfokální mikroskop, near-field mikroskop.

5. Speciální techniky - FRAP, mikrospektrofluorimetrie.

6. Srovnání mikroskopie s jinými optickými metodami studia morfologie buněk - rozptyl světla, proudová cytometrie.

Přednáška je věnována výkladu principů jednotlivých metod a jejich aplikací v biologii. Vhodná pro studenty biofyziky a didaktiky fyziky i pro posluchače PřF UK a lékařských fakult.

Dielectric spectroscopy and charge transport in biological substances

1. Conductor, dielectric, insulator. Complex permittivity, mechanisms of polarisation, theory of static permittivity, Clausius-Mossotti equation, Onsager equation, Fröhlich theory.

2. Frequency-depencence of permittivity (Debye's equations), interpretation of frequency-dependent measurements, temperature-dependencies of relaxation times, temperature-dependence of permittivity.

3. Spectrometers for dielectric measurements, selected applications of the dielectric measurements, current relaxation, thermal depolarization.

4. Charge transport in macromolecular substances. Mechanisms of charge carriers generation. Ion and proton conductivity. Organic semiconductors. Photoconductivity.

5. Charge transport through biological membrane. Membrane potential. Electric measurements on biomembranes. Aplications in biological and medical research.

Principles of optical microscopy

1. Basic concepts. Resolving power of optical microscope.

2. Overview of the methods and their principles: light field, dark field, phase contrast, anoptrale microscopy, polarized-light microscopy, Nomarsky's method, Hoffman's modulation contrast, fluorescence microscopy.

3. Videomicroscopy and computer-assisted treatment of image.

4. Confocal microscope, near-field microscope.

5. Special techniques: FRAP, microspectrofluorimetry.

6. Confrontation of the microscopy with the other optical methods used for study of the cell morphology: light scattering, flow-cytometry.

Lecture dealing with basic principles of the methods and their applications in biology. Appropriate for students of biophysics, didactics of physics, faculty of sciences and medical faculties.