Course detail

Microscopic and spectroscopic techniques in the life sciences

FEKT-MPA-SSTAcad. year: 2026/2027

Not applicable.

Language of instruction

English

Number of ECTS credits

5

Mode of study

Not applicable.

Entry knowledge

Not applicable.

Rules for evaluation and completion of the course

Not applicable.

Aims

Not applicable.

Study aids

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

Not applicable.

Recommended reading

Not applicable.

Type of course unit

 

Lecture

26 hours, optionally

Teacher / Lecturer

Syllabus

1. Zdroje světa, vlastnosti světla a základní radiometrické veličiny.
2. Interakce světla s hmotou (tkání) - absorpce, rozptyl, fluorescence. Chování světla na rozhraní prostředí (lom, odraz, Fresnelovy koeficienty).
3. Základní princip světelného mikroskopu, jeho parametry (prostorové rozlišení, numerrická apertura, hloubka ostrosti) a limitace dána difrakcí světla.
4. Popis a vlastnosti jednotlivých komponent mikroskopu - tělo mikroskopu, okulár, objektiv, kondenzor. Příklady mikroskopů jednotlivých výrobců.
5. Přímý a invertovaný mikroskop , fluorescenční mikroskop, temné pole, fázový kontrast, Nomarského diferenciální interferenční kontrast, Hoffmanův modulační kontrast.
6. Laserová konfokální mikroskopie - princip konfokality, vliv na prostorové rozlišení. Fluorescenční konfokální mikroskopie, dvoufotonová a vícefotonová mikroskopie.
7. Pokročilé mikroskopické techniky - TIRF, FRAP, FRET, holografická mikroskopie, light sheet.
8. Superrozlišovací techniky - STED, STORM, PALM.
9. Elektronová absorpční a emisní spektroskopie.
10. Vibrační spektroskopie - infračervená (FTIR) a Ramanova.
11. Elektronová mikroskopie  - základní principy TEM, SEM, STEM a další.
12. Detekory světla - bodové (PMT, APD, HyD) a maticové (CCD, CMOS, sCMOS), parametry a vlasnosti. 

Laboratory exercise

30 hours, compulsory

Teacher / Lecturer

Syllabus

V rámci jednotlivých laboratorních úloh studentky a studenti postupují podle návodu, vyhodnotí a popíší výsledky měření a na závěr je diskutují s vyučujícím. Dostanou tak zpětnou vazbu a případně se doptají a doplní znalosti z dané problematiky. Témata úloh jsou následující:

1. Principy stereomikroskopu - měření rozlišení, ověření vlivu osvětlení, clonového čísla na scénu.

2. Princip mikroskopu - konstrukce mikroskopu na optické lavici, vliv kvality osvětlení na rozlišení.

3. Konstrukce fluorescenčního mikroskopu - sestavení fluorescenčního mikroskopu, měření rozlišení, vliv objektivů na kvalitu obrazu.

4. Difrakce a princip spektrofotometru - využití difrakční mřížky při konstrukci spektrofotometru, vliv štěrbiny.

5. Mikroskopie v tmavém poli a fázový kontrast - studování vlastností temného pole a fázového kontrastu včetně základního zpracování obrazu scény.

6. Měření v polarizovaném světle - ověření principu polarizace, Malusův zákon.

7. Vlastnosti fluorescence - práce se spektrofotometry, Kashovo pravidlo, efekt vnitřního filtru.

8. Měření statických vlastností optických detektorů - měření prenosové charakteristiky fotonásobiče a lavinové fotodiody.

9. Optické aberace - praktické měření s Hartmann-Shackovým aberometrem, eliminace sférické aberace, studium astigmatismu.

10. Maticová reprezentace optických systémů - základní princip a popis jednoduchých systémů.

Seminar

3 hours, optionally

Teacher / Lecturer

Syllabus

Během semináře studenti a studentky prezentují vybranou laboratorní úlohu, včetně základní teorie, svých výsledků měření a jejich interpretaci. Seminář je koncipován jako mini-konference, tedy i s dotazy z publikace, tvořeného vyučujícími a studenty a studentkami.

Field trip

3 hours, optionally

Teacher / Lecturer

Syllabus

Během semestru je organizována exkurze/workshop k některému výrobci elektronových mikroskopů  (Delong Instruments, ThermoFisher Scientific, Tescan).

Individual preparation for laboratories

20 hours, optionally

Teacher / Lecturer

Syllabus

Studenti a studentky mají k dispozici ke každé laboratorní úloze  zpracované materiály ke studiu. Ty si samostaně projdou předem a případně si dohlédavají informace v prezentacích k přednáškám či čerpají z jiných zdrojů, které jsou uvedeny na e-learningu k předmětu.

Čas také věnují přípravě na seminář, kde prezentují předem určené téma.

Individual preparation for a final exam

38 hours, optionally

Teacher / Lecturer