Detail předmětu

Elektronika a biosenzory

FEKT-BPC-BSNAk. rok: 2020/2021

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, nanowire) v biosenzorech.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat základní principy senzorů
- vysvětlit pojem biosenzor včetně jeho aplikace v medicíně, životním prostředí či potravinářském průmyslu
- vysvětlit způsoby vytváření biorekogničních vrstev včetně principů imobilizace
- popsat konstrukci biosenzoru pro stanovení vybraných analytů
- vysvětlit využití nanomateriálů v biosenzorech

Prerekvizity

Jsou požadovány základní znalosti biochemie a elektrochemie. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka poučeného“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Doporučená nebo povinná literatura

Drbohlavová, J.; Fohlerová, Z.: Elektronika a biosenzory, Vysoké učení technické v Brně, Brno 2015 (CS)
Skládal, P.: Biosensory, Masarykova univerzita, Brno 2002 (CS)
Rieger, P.H.: Electrochemistry. New Jersey, Prentice-Hall, Inc., A Division of Simon & Schuster, Englewood Cliffs, 1987 (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Přednáška a praktická cvičení.

Způsob a kritéria hodnocení

Podmínky pro úspěšné ukončení předmětu stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu, která je k dispozici na e-learningu.
Přednáška je ukončena ústní zkouškou.
Praktické cvičení je ukončeno testem.

Jazyk výuky

čeština

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 funkce jednotlivých typů převodníků (elektrochemické, optické, piezoelektrické, kalorimetrické), biorekogničních vrstev (afinitní, katalytické) 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 kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-BTB bakalářský, 3. ročník, zimní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning