Detail předmětu

Elektronika a biosenzory

FEKT-BPC-BSNAk. rok: 2026/2027

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, biomimetické prvky) biosenzory a jejich aplikací v medicíně, životním prostředí a potravinářském průmyslu. Část kurzu bude věnována aplikaci senzorických technologií (litografie, miniaturizace, mikrofluidika) a nanomateriálů (nanočástice, nanotrubičky) v biosenzorech.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti biochemie a elektrochemie. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Způsob zakončení předmětu a pravidla hodnocení studentů

Zápočet

1. 100% účast na cvičení 2. Vypracování a prezentace tematické úlohy z oblasti biosenzorů – práce ve dvojicích. 3. Zápočtový test - maximum získaných bodů je 10. Spodní limit je 7 bodů. Při nesplnění spodního limitu je nutné test opakovat.

Zkouška

Zkouška bude probíhat písemně (10 otázek). Ke zkoušce se student hlásí po splnění podmínek, a tedy udělení zápočtu z BSN cvičení. Pro splnění zkoušky je nutné dosáhnout nejméně 50% bodového hodnocení písemného testu.

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 funkce jednotlivých typů převodníků (elektrochemické, optické, piezoelektrické, kalorimetrické atd.), biorekogničních vrstev (afinitní, katalytické) a získají znalosti v senzorických technologiích (tenké a tlusté vrstvy, miniaturizace, mikrofluidika), imobilizačních postupech a aplikaci nanomateriálů (nanočástice, nanodráty) v biosenzorech.

 

Základní literatura

Drbohlavová, J.; Fohlerová, Z.: Elektronika a biosenzory, Vysoké učení technické v Brně, Brno 2015 (CS)
Skládal, P.: Biosensory, Masarykova univerzita, Brno 2002 (CS)

Doporučená literatura

Rieger, P.H.: Electrochemistry. New Jersey, Prentice-Hall, Inc., A Division of Simon & Schuster, Englewood Cliffs, 1987 (EN)
Yoon, Jeong-Yeol; Introduction to Biosensors: From Electric Circuits to Immunosensors. Springer, 2016, ISBN 978-3-319-80136-0 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-BTB bakalářský 3 ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Osnova

1.Úvod a historie biosenzorů, rozdělení, využití. Charakteristiky biosenzorů.

2. Elektrochemické biosenzory – úvod, typy elektrod. Ampérometrické měření kyslíku, peroxidu vodíku a NADH, oxidázy a dehydrogenázy.

3. Mediátory přenosu elektronů. Potenciometrické biosenzory, ISFET, LAPS, voltametrické techniky.

4. Konduktometrické biosenzory a měření impedance.

5. Kalorimetrické biosenzory a piezoelektrické biosenzory.

6. Optické biosenzory – přímé a nepřímé principy měření; optická vlákna, reflektanční techniky atd.

7. Metody imobilizace biomolekul.

8. Enzymové biosenzory, buněčné biosenzory. Principy a příklady.

9. Afinitní biosenzory - imunosenzory a hybridizace nukleových kyselin. Principy a příklady.

10. Nanočástice a nanostrukturované povrchy v biosenzorech.

11. Základy výroby a miniaturizace senzorů. Sítotisk, litografie atd. Základy mikrofluidiky, lab-on-chip, POCT, komerční biosenzory.

12. Úvod do elektroniky I.

13. Úvod do elektroniky II.

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jana Pekárková, Ph.D.
Mgr. Zuzana Košelová, Ph.D.

Osnova

  1. Impedanční měření biolátek
  2. Adsorpce albuminu studovaná metodou QCM-D
  3. Měření množství kyslíku pomocí Clarkovy kyslíkové elektrody
  4. Elektrochemické stanovení koncentrace paracetamolu
  5. Elektrochemické stanovení kyseliny askorbové uhlíkovou elektrodou
  6. Amperometrické stanovení glukózy pomocí enzymatického biosenzoru
  7. Stanovení těkavých látek ve vzduchu