Рабочая программа дисциплины Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике Направление подготовки 011200 Физика



жүктеу/скачать 135.54 Kb.
Дата13.06.2016
өлшемі135.54 Kb.
#132130
түріРабочая программа

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет

УТВЕРЖДАЮ

Проректор СГУ по учебно-методической работе

____________________Е.Г.Елина

"__" __________________2011 г.


Рабочая программа дисциплины
Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике

Направление подготовки



011200 Физика
Профиль подготовки

Биофизика

Квалификация (степень) выпускника



магистр

Форма обучения



очная
Саратов, 2011

1. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике» является приобретение теоретических знаний и практических навыков по физическим основам флуоресценции, флуоресцентным методам биомедицинской диагностики, люминесцентным характеристикам основных флуорофоров и хромофоров, входящих в состав биоткани, а также флуоресцентным маркерам, применяемых в медико-биологических исследованиях, что соответствует основным целям магистратуры в получении углубленного профессионального образования, позволяющего выпускнику успешно работать в избранной сфере деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными и предметно-специализированными компетенциями, способствующими его социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной карьере.


2. Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике» относится к вариативной части профессионального цикла (М2) , курс (М2В8) читается в 9 семестре. Форма итоговой аттестации — зачет.

Изучаемый в рамках дисциплины теоретической материал основан, с одной стороны, на базовых знаний в области математических и естественных наук – в первую очередь, физики и химии, а с другой — на материале курсов по прикладному использованию компьютеров. Преподаваемый материал логически взаимосвязан как с дисциплинами общенаучного цикла (М1): «Спектроскопия биологических тканей и клеток», «Количественный и качественный спектральный анализ биообъектов», так и с дисциплинами профессионального цикла (М2): «Лазерный микроспектральный анализ в биологии и медицине», «Лазеры и волоконно-оптические системы в биофизическом эксперименте», «Спектрально-поляризационная диагностика биотканей».

Для успешного освоения данной дисциплины обучаемый должен владеть базовыми знаниями в области теории вероятности и математической статистики, физики, химии, а также базовыми знаниями в области информатики и программирования, приобретенными в рамках освоения программ бакалавриата.

Полученные в результате освоения данной дисциплины знания и навыки могут быть непосредственно использованы обучаемым при выполнении магистерской выпускной квалификационной работы и в последующей профессиональной деятельности.

3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике»

В процессе освоения дисциплины «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике» должны формироваться в определенной части следующие компетенции:



общекультурные:


  • способность демонстрировать углубленные знания в области математики и естественных наук (ОК-1);

  • способность проводить свою профессиональную деятельности с учетом социальных, этических и природоохранных аспектов (ПК-8);



общепрофессиональные:

  • способность использовать знания современных проблем физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2);

  • способностью свободно владеть разделами физики, необходимыми для решения научно-инновационных задач (в соответствии с профилем подготовки) (ПК-6).

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
Знать физические основы флуоресценции, люминесцентные характеристики основных эндогенных флуорофоров и хромофоров, используемые в биомедицинской диагностике флуоресцентные маркеры.

Уметь проводить флуоресцентные исследования: выбрать источник возбуждения, подобрать светофильтры и приемник излучения; оценить достоверность получаемых экспериментальных данных; представить результаты эксперимента в форме, соответствующей области применения (анализ физических процессов, либо медико-биологические и диагностические приложения).

Владеть навыками калибровки и коррекции флуоресцентных измерений, навыками выбора условий проведения флуоресцентных измерений, навыками по обработке экспериментальных данных на персональном компьютере.

4. Структура и содержание дисциплины «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетные единицы, включая 18 часов лекций и 54 часа на самостоятельную работу.
4.1. Структура дисциплины


№

п/п

Раздел дисциплины

Се-местр

Неделя се-местра

Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)

Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Формы промежуточной аттестации (по семестрам)

1

Введение. Возможности и преимущества флуорес-центной спектроскопии в исследовании биологических объектов

9

1

Л(1)







2

Физические основы процессов флуоресценции

9

1,2,3,4

Л(3)

СР(10)




3

Аппаратура и методика проведения флуоресцентных измерений

9

5,6,7

Л(2)

СР(12)

Проверка отчета

4

Автофлуоресценция эндогенных флуорофоров клеток и тканей

9

7,8,9, 10,11,12

Л(4)

СР(12)

Проверка отчета

5

Флуоресцентные метки и зонды

9

13,15

Л(4)

СР(10)




6

Использование флуоресценции в диагностических целях

9

14, 16, 17,18

Л(2)

СР(4)




7

Хемилюминесценция в биологических системах

9

18

Л(2)

СР(6)







Итого







Л(18)

СР(54)

Зачет



    1. . Содержание дисциплины



Введение. Возможности и преимущества флуоресцентной спектроскопии в исследовании биологических объектов

Место спектрально-оптических измерений в диагностике состояния биологических систем. Понятие оптической биопсии. Преимущества и возможности флуоресцентной спектроскопии. Природа и свойства света.


Раздел 1. Физические основы процессов флуоресценции

    1. Люминесценция и ее основные закономерности

Определение люминесценции и классификация люминесценции. Спектры возбуждения, поглощения и люминесценции. Зависимость интенсивности люминесценции от концентрации. Спектральные закономерности молекулярной люминесценции: независимость спектра люминесценции от длины волны возбуждающего света; закон Стокса – Ломмеля; правило зеркальной симметрии спектров поглощения и люминесценции – правило Левшина; универсальное соотношение между спектрами поглощения и люминесценции Степанова. Выход люминесценции. Закон Вавилова. Понятие антистоксовой флуоресценции.


    1. Поляризованная флуоресценция.

Поляризация люминесценции и ее свойства. Осцилляторная модель поляризованной люминесценции изотропных сред. Формула Левшина – Перрена. Вращательная деполяризация люминесценции.


    1. Законы затухания люминесценции

Длительность люминесценции. Кинетика затухания анизотропии излучения.


    1. Длительные процессы свечения

Условие возникновения фосфоресценции. Внутренняя и интеркомбинационная конверсия. Замедленная флуоресценция Е-типа и Р-типа.


    1. Тушение люминесценции

Классификация тушения люминесценции. Динамическое и статистическое тушение люминесценции. Тушение посторонними примесями. Температурное тушение. Перенос энергии электронного возбуждения. Концентрационное тушение люминесценции.

Раздел 2. Аппаратура и методика проведения люминесцентных измерений


    1. Аппаратура для исследования стационарной люминесценции

Основные элементы установок для проведения флуоресцентных исследований. Источники возбуждения люминесценции. Светофильтры. Приемники излучения.


    1. Калибровка и коррекция люминесцентных измерений

Коррекция спектров возбуждения. Коррекция спектров люминесценции. Влияние поляризационных свойств измерительной аппаратуры на спектрально-люминесцентные характеристики излучения.


    1. Выбор условий проведения люминесцентных измерений

Выбор длины волны возбуждения и регистрации флуоресценции. Выбор условий возбуждения образца. Эффекты внутреннего фильтра.

Раздел 3. Автофлуоресценция эндогенных флуорофоров клеток и тканей




    1. Флуоресценция нуклеиновых кислот и белков

Спектры поглощения нуклеиновых оснований. Флуоресценция нуклеиновых кислот. Люминесценция белков при комнатной температуре и при низкой температуре.


    1. Флуоресценция коферментов и витаминов

Флуоресценция пиридиннуклеотидов и флавинов. Флуоресценция витаминов А, В1, В6, Е и фолиевой кислоты.


    1. Флуоресценция продуктов окисления и пигментов

Флуоресценция продуктов окисления белков и липидов. Флуоресценция билирубина и порфиринов.
Раздел 4. Флуоресцентные метки и зонды

    1. Метки на нуклеиновые кислоты и белки

Метки на нуклеиновые кислоты: аминопроизводные акридина, этидийбромид. Метки и зонды на белки: флуоресцеин, родамин, ртуть содержащие производные флуоресцеина, дансилхлорид, 1-нилино-8-нафтаилнсульфоновая кислота, 2-n-толуидиннафталин-6-сульфоновая кислота и их производные.


    1. Зонды на липиды. Зонды для изучения внутриклеточного рН и транспорта кальция

Зонды на липиды: 3,4-бензпирен, 1,6-дифенил-1,3,5-гексатриен, перилен, 12-стеарат, 2-пальмитат, N-фенил-1-нафтиаламин. Определение микровязкости мембран. Эффективность переноса энергии. Оценка ассоциации молекул. Зонды для изучения внутриклеточного рН и транспорта кальция
Раздел 5. Использование люминесценции в диагностических целях

Автофлуоресценция биотканей в диагностике онкологических заболеваний. Зондовая флуоресценция тканей в диагностике онкологических заболеваний. Люминесценция биологических жидкостей. Использование люминесценции для диагностики заболеваний печени и суставов.



Раздел 6. Хемилюминесценция в биологических системах

Понятие хемилюминесценции. Молекулярные механизмы образования возбужденных молекул при хемилюминесценции. Механизм хемилюминесцентных реакций. Хемилюминесценция с образованием активных форм кислорода. Применение хемилюминесценции для изучения биологических объектов.


5. Образовательные технологии

Лекционные занятия проводятся с использованием мультимедийных средств. Самостоятельная работа студента под контролем преподавателя проводится в лаборатории на спектрофлуориметре СДЛ-1 и универсальном миниатюрном волоконно-оптическом спектрометре LESA – 6m, сопряженными с персональными компьютерами на базе процессора Intel Celeron.


6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.
Наполнение объема часов самостоятельной работы предусмотрено в виде: (а) написания реферата по использованию флуоресцентной спектроскопии в диагностических целях и (б) выполнения двух практических заданий:

  1. Калибровка спектрального прибора - универсального волоконно-оптического спектрометра LESA-6m - и выбор условий проведения люминесцентных измерений эпидермиса человека

  2. Исследование спектров флуоресценции эпидермиса человека ex vivo и

динамики флуоресценции эпидермальных отрывов под непрерывным УФ облучением.
Контроль за самостоятельной работой студента проходит в виде проверки отчета по выполненным работам и подготовке к сдаче теоретического зачета.

В качестве учебно-методического обеспечения для выполнения самостоятельной работы студента использовать следующую литературу:



  1. Специальный оптический практикум. Д.А.Зимняков, В.И.Кочубей, Ю.П.Синичкин. Изд-во Саратовского университета, 1999. – 56 с.

  2. С.П.Чернова, А.Б.Правдин. Автофлуоресценция эпидермиса человека при УФ облучении // Актуальные вопросы научных исследований. Теоретическая и прикладная спектроскопия. Межвузовский сборник научных исследований. Выпуск 2, Саратов, Изд-во Саратовского пед. института, cc. 108-111, 1997.

  3. А.Б.Правдин, С.П.Чернова. Флуоресценция эпидермиса человека // Проблемы оптической физики. Материалы молодежной научной Школы по оптике, лазерной физике и оптоэлектронике, изд-во Саратовского университета, сс. 79-83, 1997.

  4. Ю.П.Синичкин, С.Р.Утц. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека. Изд-во Саратовского университета, 2001. – 92 с.

Итоговая аттестация проводится в виде зачета с учетом контроля за самостоятельной работой.


Контрольные вопросы для проведения промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины:

  1. Что отличает люминесценцию от других видов излучения?

  2. Перечислить классификацию люминесценцию по различным признакам: типу возбуждения, продолжительности процесса излучения и кинетике.

  3. Что называют спектром флуоресценции и как он зависит от длины волны возбуждения?

  4. Закон Стокса – Ломмеля.

  5. Правило зеркальной симметрии.

  6. Универсальное соотношение Степанова

  7. Какова связь между энергетическим и квантовым выходами флуоресценции?

  8. В чем заключается закон Вавилова?

  9. Дать понятие антистоксовой люминесценции.

  10. Как проявляется поляризация флуоресценции? Каковы ее свойства?

  11. Как зависит интенсивность флуоресценции от концентрации?

  12. Дать понятие длительности флуоресценции.

  13. Условие возникновения фосфоресценции.

  14. Дать понятие безизлучательных переходов.

  15. Классификация замедленной флуоресценции.

  16. Охарактеризовать различные виды тушения и их связь между собой.

  17. Принципиальная схема установки для проведения флуоресцентных исследований.

  18. Назначение светофильтров. Классификация светофильтров по спектральным характеристикам и по принципу действия.

  19. Способы определения коэффициента коррекции спектра флуоресценции.

  20. Эффекты внутреннего фильтра

  21. Флуоресценция нуклеиновых кислот

  22. Флуоресцентные свойства белков.

  23. Флуоресценция коферментов.

  24. Дать характеристику флуоресценции витаминов.

  25. Флуоресцентные свойства билирубина.

  26. Флуоресценция порфиринов.

  27. Аминопроизводные акридина как метки на нуклеиновые кислоты.

  28. Метки и зонды на белковые молекулы.

  29. Флуоресцентный способ определения рН.

  30. Привести примеры использования автофлуоресценции ткани для диагностики онкологии.

  31. Привести примеры применения зондовой флуоресценции для диагностики онкологии.

  32. Дать понятие хемилюминесценции. Классификация хемилюминесценции.

  33. Перечислить общие черты хемилюминесцентных реакций.

  34. Особенности измерения спектра хемилюминесценции, квантового входа и излучательного времени жизни.


7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике»
а) основная литература:


  1. Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т.: пер. с англ./ под ред. В. В. Тучина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007.

  2. Г.С.Ландсберг. Оптика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. – 848 с.


б) дополнительная литература:

  1. Д.Лакович. Основы флуоресцентной спектроскопии. М.: Мир, 1986. – 496 с.

  2. Н. Векшин. Флуоресцентная спектроскопия биополимеров: крат. учеб. курс. Пущино: Фотон-век, 2008. - 168 с.

  3. Л.В.Левшин, А.М.Салецкий. Оптические методы исследования молекулярных систем. - Изд-во Московского университета, 1994. – 320 с.

  4. Л.В.Левшин, А.М.Салецкий. Люминесценция и ее измерения. – Изд-во Московского университета, 1989. – 279 с.

  5. Е.А.Черницкий, Е.И.Слобожанина. Спектральный люминесцентный анализ в медицине. – Мн.: Наука и техника, 1989. – 141 с.

  6. Ю.И.Посудин. Лазерная микрофлуориметрия биологических объектов. – Киев: Вища школа, 1985. – 110 с.

  7. Т.И.Гришаева. Методы люминесцентного анализа. Учебное пособие для ВУЗов, 2003 – 226 с.

  8. В.В.Смоленский. Статистические методы обработки экспериментальных данных. – Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский горный государственный институт им Н.Г.Плеханова. 2003. Электронное учебное пособие.

  9. В.Н.Карнаухов. Люминесцентный анализ клеток крови. Электронное учебное пособие – Электронное изд-во «Аналитическая микроскопия», Пущино, 2002.


в) Интернет-ресурсы

Информационные справочные и поисковые системы сети Интернет.



8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Флуоресцентные методы в биохимии и биофизике»
Мультимедийный проектор, компьютер преподавателя, доступ в Интернет, универсальный волоконно-оптический спектрометр LESА-6m.
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и профилю подготовки Биофизика.
Автор:

доцент кафедры оптики и биофотоники, к.ф.-м.м. С.П.Чернова


Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники

от ___________года, протокол № _________________.

Подписи:
Зав. кафедрой В.В. Тучин
Декан физического факультета

(факультет, где разработана программа) В.М. Аникин


Декан физического факультета

(факультет, где реализуется программа) В.М. Аникин




жүктеу/скачать 135.54 Kb.

Достарыңызбен бөлісу:



©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз
    Басты бет