Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Биологический факультет
Кафедра биофизики
Декан биологического факультета
Веселов А.П._____________
« » 2011 г.
Учебная программа
дисциплины ДС Р.03 Основы нанобиотехнологии
по специальности 020207 «Биофизика»
Нижний Новгород
2011 г.
1. Область применения
Данная дисциплина относится к дисциплинам регионального компонента, преподается в IX семестре (пятый год обучения).
2. Цели и задачи дисциплины
Целью дисциплины является ознакомление студентов с основными понятиями, методами и областями применения современной нанобиотехнологии.
Задачи дисциплины включают ознакомление с методологическими подходами и понятийным аппаратом нанотехнологии, физико-химическими свойствами различных классов наноразмерных и наноструктурированных материалов, c методами их получения и анализа, применением нанотехнологии в биологии и медицине, а также основными направлениями развития и перспективами нанобиотехнологии.
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения студенты должны:
Знать основные понятия и термины науки о наноразмерных материалах, физические основы специфики наноматериалов, ориентироваться в методах получения и анализа наноструктур, областях современного применения наноматериалов в биомедицине, а также знать перспективы развития этого направления науки и основные риски, связанные с токсическим эффектом наноматериалов.
4.Объем дисциплины и виды учебной работы
|
Виды учебной работы |
Всего часов |
9 семестр |
|
Общая трудоемкость дисциплины |
60 |
60 |
|
Аудиторные занятия |
36 |
36 |
|
Лекции |
32 |
32 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
||
|
Семинары (С) |
4 |
4 |
|
Лабораторные работы (ЛР) |
||
|
Другие виды аудиторных занятий |
||
|
Самостоятельная работа |
24 |
24 |
|
Курсовой проект (работа) |
||
|
Расчетно-графическая работа |
||
|
Реферат |
||
|
Другие виды самостоятельной работы |
||
Вид итогового контроля |
экзамен |
экзамен |
5. Содержание дисциплины
5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
|
№п/п |
Раздел дисциплины |
Лекции |
ПЗ (или С) |
ЛР |
|
|
Основные понятия и история развития нанотехнологии |
3 |
||
|
|
Физические свойства наноматериалов. |
4 |
||
|
|
Многообразие структуры и свойств наноматериалов, применяемых в биологии и медицине |
6 |
||
|
|
Основные методы получения и анализа наноструктур. |
5 |
||
|
|
Нанотехнологии в исследованиях генома и протеома. Биосенсорные технологии |
4 |
1 |
|
|
|
Молекулярный имиджинг и нанобиофотоника. |
4 |
1 |
|
|
|
Адресная доставка в организме. Биосовместимые наноматериалы. |
4 |
1 |
|
|
|
Наноматериалы и здоровье человека |
2 |
1 |
5.2. Содержание разделов дисциплины
1. Определение, основные понятия и термины нанобиотехнологии. Место в современной системе наук и технологий. Отличительные особенности объекта исследования нанотехнологии. Терминологические подходы к определению наноматериалов. Характеристические размеры биологических молекул, структур и клеток организмов.
История нанотехнологий. Современное состояние и перспективы развития.
2. Особенности физических свойств наноматериалов. Кристаллическая решетка, структурные и электронные магические числа. Геометрическая структура и связанные с ней эффекты. Особенности электронной структуры. Магнитные свойства наноматериалов. Суперпарамагнетизм. Понятие гигантского магнетосопротивления.
3. Классификация наноматериалов по химической природе, форме и свойствам. Квантовые ямы, проволоки и точки.
Коллоидные наночастицы металлов. Принципы получения, особенности физико-химических свойств. Понятие плазмонного резонанса, его зависимость от характеристик частицы. Модификация частиц для биомедицинских задач. Многообразие и применение металлических наночастиц в биологии и медицине.
Полупроводниковые коллоидные наночастицы. Принципы получения. Особенности электронных и оптических свойств. Применение в биомедицине и преимущества перед традиционными флуорофорами.
Углеродные наноматерилы. Структура фуллеренов, их физико-химические свойства, производные. Графен. Особенности структуры и классификация углеродных нанотрубок. Наноалмазы. Применение углеродных наноматериалов в биологии и медицине.
Мицеллы и липосомы. Воможные компоненты в составе коллоидных органических частиц. Различные подходы к транспорту лекарств. Иммунолипосомы. Дендримеры: принцип получения и применение.
4. Основные методы получения наноструктур. Зондовые и эпитаксиальные методы. Химический синтез. ДНК-нанотехнология.
Методы анализа наноструктур. Масс-спектрометрия. Рентгеноструктурный анализ. Спектроскопические методы анализа, принципы спектроскопии в микроволновом диапазоне. Электронная микроскопия, разновидности метода. Многообразие методов сканирующей зондовой микроскопии: туннельная, атомно-силовая, ближнепольная оптическая.
5. Биочипы. Основные типы биочипов и их различие. Особенности микроматриц (microarrays) для исследования генома: принцип работы, классификация, интерпретация результатов. Микроматрицы для анализа белков и других химических соединений.
Lab-on-a-chip – лаборатория на чипе. Преимущества, ограничения, применение.
Понятие биосенсора. Принцип функционирования и характерные свойства. Классификация биосенсоров по типу биологического распознавания и трансдьюсера. Использование наноматериалов в биосенсорах различного типа.
Технология секвенирования ДНК с использованием нанопор.
6. Понятие молекулярного имиджинга, его отличие от традиционных методов исследования организма. Возможности молекулярного имиджинга в физиологических исследованиях, диагностике и контроле лечения заболеваний. Магнитно-резонансная томография. Позитронная эмиссионная томография и эмиссионная томография одиночных фотонов. Оптические и ультразвуковые методы прижизненного исследования. Принципы действия, применение, технические особенности методов молекулярного имиджинга. Использование контрастирующих наноматериалов. Основные достоинства и недостатки перечисленных методов.
Нанобиофотоника. Методы оптической визуализации молекул, структур, клеток, органов с использованием наноматериалов в качестве контрастирующих агентов. Требования к наноматериалам. Методы терапии: фотодинамическая, фототермальная, локальная гипертерпия.
Применение оптического пинцета для манипуляции отдельными молекулами и клетками.
7. Адресная доставка лекарственных препаратов. Преимущества по сравнению с традиционными методами введения. Используемые классы наноматериалов. Влияние размеров, химических свойств и поверхностных лиганд на транспортные свойства. Подходы к контролируемому высвобождению доставляемого вещества.
Понятие биосовместимых матеиалов. Биоинертные, биоактивные и биомиметические материалы. Различные виды наноматериалов, используемые в ортопедии и стоматологии.
8. Нанотехнологии и здоровье человека. Пути поступления наночастиц в организм человека и животных. Взаимодействие наночастиц с белками и клетками крови. Пути экстравазации. Взаимодействие наночастиц и экстрацеллюлярного матрикса. Известные механизмы проникновения в клетки и их компартменты. Пути выведения наночастиц.
Основные механизмы проявления токсических свойств наноматериалов. Ограничения интерполяции данных о свойствах аналогов в макродиспесной форме или в виде сплошных фаз. Имеющиеся сведения о токсичности различных классов наноматериалов.
6. Лабораторный практикум.
Не предусмотрен
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
7.1. Рекомендуемая литература.
Программа составлена в соответствии с Государственным
образовательным стандартом по специальности
020207 «Биофизика».
Авторы программы _________________ Балалаева И.В.
Заведующего кафедрой ___________________ Воденеев В.А.
Программа одобрена методической комиссией факультета__________ протокол № __
Председатель методической комиссии_________________ Швец И.М.