Detail předmětu

Elektronika a biosenzory

FEKT-ABSNAk. rok: 2014/2015

Předmět se zabývá širokým spektrem typických senzorů klasického provedení, polovodičovými a optickými vláknovými senzory, senzory mechanických veličin, magnetických veličin, chemickými a biochemickými senzory, piezoelektrickými senzory a biosenzory, senzory DNA.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- vysvětlit základní vlastnosti senzorů
- vysvětlit rozdíl mezi senzorem a převodníkem veličin
- popsat základní principy převodů chemických a biochemických veličin
- vysvětlit pojem chemický senzor
- vysvětlit pojem biosenzor
- vysvětlit způsoby vytváření rekogničních a biorekogničních převodníků

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni středoškolského studia.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Osnovy výuky

Předmět se zabývá principy základních polovodičových součástek a jejich využití pro senzorické aplikace, dále principy převodu fyzikálních, chemických a biochemických veličin u senzorů s aplikacemi především v lékařství a biologii.
1. Polovodičové součástky (tranzistory, vícevrstvé spínací součástky) a jejich základní aplikace.
2. Optoelektronické součástky, zdroje záření, detektory záření, aplikace v senzorice.
3. Optoelektrické členy a optické chemo- a biosenzory a mikrosenzory.
4. Využití polovodičových součástek v elektronických systémech pro měření elektrických projevů biologických systémů.
5. Využití polovodičových součástek pro konstrukci potenciometrických senzorů, pH senzorů, ISFET senzorů.
6. Základní chemické senzory a biosenzory, definice, princip měření. Elektrochemické senzory, polarografické, voltametrické a amperometrické senzory.
7. Fluorescenční chemo- a biosenzory a mikrosenzory, chemiluminescence, bioluminiscence, polovodičové kvantové tečky.
8. Speciální biosenzory, enzymové biosenzory, převodníky pro bioafinitní senzory
9. Imunosenzory, elektrochemické biosenzory pro DNA
10. Fyzikální senzory – měření teploty, průtoku, síly, tlaku, vlhkosti, magnetického pole. Hallův jev.

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit posluchače s teorií chemických senzorů a biosenzorů, s přehledem základních polovodičových součástkách v senzorice a jejich aplikacích. Součástí předmětu je získání znalostí o optických detektorech a optoelektronických aplikacích. Získání základních znalostí o fyzikálních chemických a biochemických principech a vlastnostech základních typů senzorů pro použití v lékařství, ale i při konstrukci analyzátorů a dalších lékařských přístrojů.

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

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

Základní literatura

Skládal, P.: Biosensory, Masarykova univerzita, Brno 2002 (CS)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BTBIO-A bakalářský

    obor A-BTB , 3. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jana Drbohlavová, Ph.D.
doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Osnova

1. Úvod, základní chemické senzory a biosenzory, definice, princip měření
2. Elektrochemické senzory a mikrosenzory, impedimetrické senzory
3. Konduktometrické chemosenzory, konduktometrické biosenzory
4. Potenciometrické senzory, ampérometrické senzory, pH senzory, polarografické senzory
5. Potenciometrické biosenzory a amperometrické biosenzory, bioelektrody
6. Iontově selektivní senzory, ISFET senzory, LAPS biosenzory
7. Speciální elektrochemické techniky - voltametrie, chronoamperometrie, rotační techniky
8. Kalorimetrické biosenzory, gravimetrické chemo- a biosenzory a mikrosenzory
9. Teplotní a optické chemo- a biosenzory a mikrosenzory
10. Fluorescenční chemo- a biosenzory a mikrosenzory, chemiluminescence, bioluminiscence
11. Speciální biosenzory, enzymové biosenzory, převodníky pro bioafinitní senzory
12. Imunosenzory, Elektrochemické biosenzory pro DNA
13. Fyzikální senzory - teplota, průtok, síla, tlak, vlhkost, magnetické senzory, Hallův jev

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Imrich Gablech, Ph.D.
Ing. Hana Kynclová, Ph.D.
Ing. Kateřina Urbánková

Osnova

1. Úvodní seznámení se základy měření, měřicími přístroji a laboratorními úlohami
2. Ultrazvukový senzor
3. Detekce plynů – O2 a CO2
4. Kalorimetrický senzor průtoku kapalin
5. Snímání otáček pomocí Hallova senzoru
6. Měření těžkých kovů potenciometrickou metodou
7. Měření pH roztoků, měření vodivosti vodných roztoků
8. Amperometrický biosenzor
9. Měření vlhkosti
10. Měření tlaku
11. Měření osvětlení
12. Měření teploty
13. Náhradní cvičení