PředmětyPředměty(verze: 953)
Předmět, akademický rok 2023/2024
   Přihlásit přes CAS
Biofyzika - GB057
Anglický název: Biophysics
Zajišťuje: Katedra biofyziky a fyzikální chemie (16-16110)
Fakulta: Farmaceutická fakulta v Hradci Králové
Platnost: od 2022
Semestr: zimní
Body: 0
E-Kredity: 6
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:písemná
Rozsah, examinace: zimní s.:28/28, Z+Zk [HS]
Počet míst: neurčen / neurčen (neurčen)
Minimální obsazenost: neomezen
4EU+: ne
Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
Kompetence:  
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Způsob výuky: prezenční
Způsob výuky: prezenční
Úroveň:  
Je zajišťováno předmětem: GF174
Vysvětlení: (ZB, prez.1.r.)
Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán
povolen pro zápis po webu
Garant: Mgr. Monika Kuchařová, Ph.D.
Kategorizace předmětu: Farmacie >
Anotace -
Předmět biofyzika poskytuje studentům fyzikální výklad vybraných biologických a fyziologických dějů a znalosti základních fyzikálních měřicích metodik. Cílem tohoto předmětu je vybavit studenty potřebnými teoretickými znalostmi, dále pak naučit je základům laboratorní techniky včetně správných návyků pro vedení experimentů, seznámit je se základními přístroji v laboratoři a naučit základy metodiky vědecké práce. Toto vše je vedeno v souladu s požadavky navazujících předmětů a farmaceutické praxe. Biofyzika jako přípravný předmět poskytuje optimální teoretický i experimentální základ pro vzdělávání studentů na Farmaceutické fakultě Univerzity Karlovy napříč všemi úseky jejich studia. Témata: základy teorie chyb, měření vybraných fyzikálních veličin, hmota, biologické membrány a transport látek přes membránu, volné radikály, mechanika kapalin a biomechanika krevního oběhu, ultrazvuk a magnetické rezonanční zobrazování, radioaktivita, optika a biofyzika vidění, ionizující záření (biologické působení a aplikace),úvod do termodynamiky, rentgenové záření a počítačová tomografie, akustika a biofyzika slyšení.
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (21.09.2023)
Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou udělení zápočtu je splnění následujících podmínek:

1. Absolvování všech úloh v praktických cvičeních, které posluchači přísluší podle rozvrhu. Úlohy zameškané z jakéhokoli důvodu je třeba nahradit ve zvlášť určených termínech.

2. Úspěšné odevzdání protokolů z absolvovaných úloh.

3.Úspěšné vykonání zápočtového testu. Zápočtový test se vypracovává v prostředí programu Moodle, testové otázky vychází z úloh, keteré se učí v praktickém cvičení z biofyziky.

 

Podmínkou úspěšného zakončení předmětu je složení zkoušky. Ta se skládá z 50 otázek, které jsou vybírány z témat jednotlivých přednášek. Na tyto otázky studenti odpovídají písemně. K úspěšnému složení zkoušky je potřeba získat alespoň 30 bodů z celkového počtu 50 bodů.

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (26.09.2023)
Literatura

Povinná:

  • Kuchařová M., Bárta P., Nováková V. . Praktická cvičení z biofyziky. Praha: Karolinum, 2021, s. ISBN 978-80-246-4987-0..

Doporučená:

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (21.09.2023)
Sylabus -

Základy teorie chyb

  • absolutní chyba, relativní chyba, hrubá chyba, systematické chyby, náhodné chyby, aritmetický průměr, standartní chyba aritmetického průměru, grafické zpracování výsledků měření

 Měření vybraných fyzikálních veličin

  • Měření hmotnosti – váhy pákové, pružinové a torzní, tenzometrické
  • Měření hustoty-pyknometrická metoda, metoda ponorného tělíska, Mohrovy vážky
  • Měření viskozity – Newtonův zákon viskozity, rotační viskozimetry, tělískové viskozimetry, Stokesův zákon, výtokové a kapilární viskozimetry, Hagen - Poiseuillův zákon
  • Kalorimetrická měření – měrná tepelná kapacita, Dewarova nádoba, směšovací kalorimetr, elektrický kalorimetr
  • Refraktometrie – Snellův zákon, mezný úhel, Abbého refraktometr
  • Polarimetrie – optická aktivita látek, kruhový polarimetr
  • Spektrofotometrie – Lambertův a Lambert – Beerův zákon, absorbance, spektrofotometr

 Hmota

  • Formy hmoty – látka a pole
  • Silové interakce – 4 druhy základních silových interakcí, energie částice v silovém poli
  • Částice hmoty – fotony, leptony, mezony, baryony, dualismus
  • Atom – atomové jádro a obal (orbital, kvantová čísla)
  • Fyzikálně-chemické vlastnosti molekul a jejich struktura – silné a slabé chemické interakce
  • Biopolymery a jejich struktura
  • Disperzní soustavy a jejich vlastnosti

Biologické membrány a transport látek přes membránu

  • Biomembrána- model fluidní mozaiky, funkce, lipidová dvojvrstva – složení a stavba
  • Transport látek přes membránu – pasivní transport (difúze, osmóza), Donnanova rovnováha, aktivní transport (skupinová translokace, transport pomocí membránových váčků, transport pomocí specifických přenašečů)
  • Kompartmentová analýza

Volné radikály

  • Definice, tvorba a radikálová chemie
  • Reactive Oxygen Species – hlavní zástupci této skupiny (tvorba/zánik, působení v organismu)
  • Reactive Nitrogen Species – hlavní zástupci této skupiny (tvorba/zánik, působení v organismu)
  • Poškozující účinek na biomolekuly – lipidová peroxidace, poškození proteinů a DNA
  • Oxidativní stres – princip/důsledky

Mechanika tekutin a základy reologie,  biofyzika proudění tělních kapalin

  • Hydrodynamika - klasifikace kapalin, rovnice pro ideální a newtonovské kapaliny – rovnice kontinuity, Bernoulliho rovnice, proudění ideálních kapalin, rovnice pro viskózní kapaliny – Navier – Stokesova rovnice, viskozita, proudění reálných kapalin, Hagen –Poiseuillův zákon, Stokesův zákon
  • Základy reologie - vztah mezi deformací a namáháním (strain-stress křivka), rozdělění látek dle mechanických vlastností, dynamické namáhání, význam reologie, reologické rozdělení těles, reologická elementární tělesa a reologické modely, křivky toku
  • Proudění tělních tekutin – srdce a převodní systém srdeční, srdeční cyklus - fáze a popis tlakových a objemových změn, kvantifikace srdeční činnosti, krev a krevní tlak, hydromechanické zákony významné pro popis průtoků a tlakových poměrů v krevním řečišti

Ultrazvuk a magnetické rezonanční zobrazování (MRI)

  • Fyzikální vlastnosti – definice, akustická impedance, rozhraní (odraz vs transmise)
  • Princip zobrazování – časové zpoždění a pokles intenzity, A-scan, B-scan (2D, 3D and 4D zobrazení; T-M scan); IVUS
  • Dopplerův jev – princip (pohyblivý zdroj a stojící přijímač a opačně)
  • Zobrazení krevního toku – CW Doppler, PW Doppler (Colour Doppler/Spectral Doppler/Colour Doppler Energy)
  • Využití ultrazvuku v terapii – hlavní terapeutická aplikace ultrazvuku; biologické účinky ultrazvuku
  • MRI princip – vlastnosti jádra, magnetický moment, Larmorova frekvence, elektromagnetický impulz, absorpce energie, TR, TE
  • MRI zobrazování – T1-, T2-, PD-vážené obrazy, MRI scan
  • MR angiografie – CE MRA, PC MRA, TOF MRA
  • FMRI – princip

Radioaktivita

  • Radioaktivita – definice, charakterizace, proces radioaktivní přeměny, aktivita, fyzický poločas, protonové/nukleonové číslo, izotop, izobar, izoton, izomer
  • Radioaktivní přeměna – alfa, beta and gama; neutrony
  • Interakce ionizujícího záření s obaly atomů – excitace, ionizace, princip interakce alfa, beta a gama záření s absorbující hmotou
  • Interakce ionizujícího záření s jádry atomů – neutrony, pozitivně nabité částice, fotonukleární reakce
  • Jaderné reakce – princip (tepelné a rychlé neutrony), jaderná řetězová reakce

 Optika a biofyzika vidění

  • Optika – spektrum a vlastnosti elektromagnetického záření, šíření světla – lom a odraz světla, disperze světla, optická spektra, vlnová optika- interference, difrakce a polarizace světla, základy paprskové optiky, kvantová optika¨
  • Biofyzika vidění – stavba oka, optický systém oka, blízky a vzdálený bod, akomodační šíře, zraková ostrost, stavba sítnice, mechanismus funkce tyčinek a čípků, refrakční vady oka

Ionizující záření (biologické efekty a aplikace v medicíně)

  • Radiobiologický efekt - fyzikální, fyzikálně-chemický, chemický a biologický proces; buněčný cyklus a buněčná radiosenzitivita; účinky ionizujícího záření (přímé, nepřímé); kyslíkový poměr
  • Radiační poškození – stochastické a deterministické účinky
  • Radioterapie – uzavřené/otevřené zdroje; ozařovače (zdroje gama záření, částicové urychlovače, protonová terapie); 3D scintigrafie (SPECT, PET)

Úvod do termodynamiky

  • Teplota, vlastnosti plynů (ideální plyn, reálné plyny), tlak, Boyleův zákon, Charlesův zákon stavová rovnice ideálního plynu, teplo, práce, komprese ideálního plynu, Carnotův cyklus

RTG a Výpočetní tomografie

  • RTG záření – vlastnosti, princip rentgenky, brzdné a charakteristické záření
  • Interakce RTg záření s hmotou – zeslabení intenzity záření, fotoelektrický jev, Comptonův rozptyl
  • Aplikace v lékařství – fluoroskopie, radiografie, kontrastní činidla
  • Computed Tomography – princip, atenuační faktor, voxel, Hounsfieldovy jednotky

Akustika a biofyzika slyšení

  • Akustika - akustické vlnění, vlnění v bodové řadě – harmonický pohyb, interference vlnění, rychlost vlnění, energie vlnění, intenzita zvuku, akustická spektra, fyziologická akustika – výška zvuku, hlasitost
  • Biofyzika slyšení – struktura a funkce ucha, mechanismus slyšení, audiometrie

 

Praktická cvičení z biofyziky

  • Měření hustoty

  • Měření viskozity

  • Měření tepla - kalorimetrie

  • Měření lomu světla - refraktometrie

  • Měření optické otáčivosti - polarimetrie

  • Měření světelné absorpce - spektrofotometrie

  • Biometrická měření

  • Biofyzika vidění

  • Audiometrie

  • Vliv velikosti molekuly na rychlost difúze

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (21.09.2023)
Studijní opory
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK