Detail předmětu

Electronics and Biosensors

FEKT-MPA-BSNAk. rok: 2021/2022

Předmět je zaměřen na základní aspekty biosenzorů a elektronických biočipů. Student získá přehled o biosenzorech, zejména elektrochemického, optického, piezoelektrického a kalorimetrického typu. Seznámí se s biokatalytickými (enzymy) a bioafinitními (antigen-protilátka, DNA nebo biomimetické molekuly) biosenzory a jejich aplikací v medicíně, životním prostředí a potravinářském průmyslu. Část kurzu bude věnována senzorickým technologiím (litografie, miniaturizace, mikrofluidika) a využitím nanomateriálů (nanočástice, nanodráty) v biosenzorech.

Výsledky učení předmětu

Studenti porozumí základům, návrhům, typům a nejnovějším aplikacím v oblasti biosenzorů.

Prerekvizity

Jsou požadovány základní znalosti z biochemie a elektrochemie.

Doporučená nebo povinná literatura

Biosensors and Biodetection: Methods and Protocols, ISBN 978-1-4939-6911-1 (EN)
Rieger, P.H.: Electrochemistry. New Jersey, Prentice-Hall, Inc., A Division of Simon & Schuster, Englewood Cliffs, 1987 (EN)
Jeong-Yeol Yoon: Introduction to Biosensors: From Electric Circuits to Immunosensors (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednášky a laboratorní cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

Požadavky na úspěšné absolvování předmětu jsou každoročně stanoveny ve vyhlášce garanta předmětu.
Přednášky: ústní zkouška
Praktický kurz: protokoly a zápočtový test

Jazyk výuky

angličtina

Osnovy výuky

Přednášky:
1. Úvod a historie biosenzorů, rozdělení, využití. Charakteristiky biosenzorů.
2. Úvod do elektroniky.
3. Elektrochemické biosenzory – úvod, typy elektrod, dvou a víceelektrodová zapojení.
Ampérometrické měření kyslíku, peroxidu vodíku a NADH, oxidázy a dehydrogenázy
4. Mediátory přenosu elektronů. Potenciometrické biosenzory, ISFET, LAPS, voltametrické
techniky.
5. Konduktometrické biosenzory a měření impedance.
6. Kalorimetrické biosenzory a piezoelektrické biosenzory.
7. Optické biosenzory – přímé a nepřímé principy měření; spektrofotometrie, luminiscence,
optická vlákna, SPR technika.
8. Enzymové biosenzory, buněčné biosenzory.
9. Afinitní biosenzory - imunosenzory a hybridizace nukleových kyselin.
10. Metody imobilizace biomolekul – membránové techniky, elektropolymerace, aktivace
povrchů, kovalentní imobilizace.
11. Nanočástice a nanostrukturované povrchy v biosenzorech.
12. Výroba a miniaturizace senzorů. Sítotisk, litografie, biočipy.
13. Základy mikrofluidiky, lab-on-chip, komerční biosenzory.

Praktická cvičení:
1. Měření bioafinitních interakcí pomocí impedančního převodníku
2. Měření měrné vodivosti a pH
3. Měření množství kyslíku pomocí Clarkovy kyslíkové elektrody
4. Elektrochemické stanovení koncentrace těžkých kovů v roztocích
5. Elektrochemické stanovení glukózy a kyseliny askorbové uhlíkovou elektrodou
6. Amperometrické stanovení glukózy pomocí enzymatického biosenzoru
7. Zápočtový test

Cíl

Cílem předmětu je poskytnout přehled o biosenzorech včetně fyzikálně-chemické teorie, konstrukce a aplikace v oblasti klinických analýz, životního prostředí, potravin a bezpečnosti.
Studenti budou rozumět základům biorozpoznávacích jevů (bioafinitní, biokatalytické) a získají znalosti v senzorických technologiích (litografie, miniaturizace, mikrofluidika), imobilizačních postupech a aplikaci nanomateriálů (nanočástice, nanodráty) v biosenzorech.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-MEL magisterský navazující, libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný
  • Program MPAD-MEL magisterský navazující, libovolný ročník, zimní semestr, 5 kreditů, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor