Detail předmětu

Electronics and Biosensors

FEKT-MPA-BSNAk. rok: 2023/2024

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.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti z biochemie a elektrochemie.

Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

 

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Přednášky: ústní zkouška
Praktický kurz: protokoly a zápočtový test
Vymezení výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Učební cíle

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.

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

Základní literatura

Biosensors and Biodetection: Methods and Protocols, ISBN 978-1-4939-6911-1 (EN)
Jeong-Yeol Yoon: Introduction to Biosensors: From Electric Circuits to Immunosensors (EN)

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

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

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Osnova

1. Introduction and history of biosensors, distribution, use. Characteristics of biosensors.

2. Introduction to electronics I.

3. Introduction to electronics II.

4. Methods of immobilization of biomolecules.

5. Electrochemical biosensors – introduction, types of electrodes. Amperometric measurement of oxygen, hydrogen peroxide and NADH, oxidase and dehydrogenase.

6. Electron transfer mediators. Potentiometric biosensors, ISFET, LAPS, voltammetric techniques.

7. Conductometric biosensors and impedance measurement.

8. Calorimetric biosensors and piezoelectric biosensors.

9. Optical biosensors – direct and indirect measurement principles; optical fibers, reflectivetechniques etc.

10. Enzyme biosensors, cell biosensors. Principles and examples.

11. Affinity biosensors - immunosensors and hybridization of nucleic acids. Principles and examples.

12. Nanoparticles and nanostructured surfaces in biosensors.

13. Basics of sensor production and miniaturization. Screen printing, lithography, etc. Fundamentals of microfluidics, lab-on-chip, POCT, commercial biosensors. 

 

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Osnova

1. Measurement of bioaffinity interactions using an impedance transducer

2. Measurement of specific conductivity and pH

3. Measuring of oxygen using Clark's oxygen electrode

4. Electrochemical determination of heavy metals in solutions

5. Electrochemical determination of ascorbic acid with a carbon electrode

6. Amperometric determination of glucose using an enzymatic biosensor

7. Determination of volatile substances in the air

 

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz