Будь умным!

У вас вопросы?
У нас ответы:) SamZan.net

Нижегородский государственный университет им.1

Работа добавлена на сайт samzan.net:


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

УТВЕРЖДАЮ

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
  1.  

Основные понятия и история развития нанотехнологии

3

  1.  

Физические свойства наноматериалов.

4

  1.  

Многообразие структуры и свойств наноматериалов, применяемых в биологии и медицине

6

  1.  

Основные методы получения и анализа наноструктур.

5

  1.  

Нанотехнологии в исследованиях генома и протеома. Биосенсорные технологии

4

1

  1.  

Молекулярный имиджинг и нанобиофотоника.

4

1

  1.  

Адресная доставка в организме. Биосовместимые наноматериалы.

4

1

  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.

  1.  Андриевский Р.А., Рагуля А.В. Наноструктурные материалы: Учеб. Пособие для студ. высш. учеб. заведений.  М.: Издательский центр «Академия», 2005. 192 с.
  2.  Богданов А.А., Козырев С.В. Нанобиотехнологии: искусственные самособирающиеся наноструктуры на основе ДНК // Росийские нанотехнологии, 2008. T. 3, № 3-4. С. 62-69.
  3.  Бурень В.М., Бурень О.В. Биология и нанотехнология. Материалы для современной и будущей бионики. Ростов н/Д.: Феникс, 2006. 125 с.
  4.  Карякин А.А., Уласова Е.А., Вагин М.Ю., Карякина Е.Е. Биосенсоры: устройство, классификация и функциональные характеристики // Сенсор, 2002. № 1. 16-24 с.
  5.  Мирзабеков А.Д., Прокопенко Д.В., Чечеткин В.Р.. Применение матричных биочипов с иммобилизованной ДНК в биологии и медицине // В кн.: Информационные медико-биологические технологии (под ред. В.А. Княжева и К.В. Судакова). М.: ГЭОТАР-МЕД, 2002. С. 166-198.
  6.  Пул Ч., Оуэнс Ф. Нанотехнологии.   М.: Техносфера, 2005. 336 с.
  7.  Суздалев И.П. Нанотехнология: физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов. М.: КомКнига, 2006. 592 с.
  8.  Чечеткин В.Р., Прокопенко Д.В., Макаров А.А., Заседателев А.С. Биочипы для медицинской диагностики // Российские нанотехнологии, 2006. T. 1, № 1-2. С. 13-27.
  9.  Prasad P.N. Fundamentals of nanobiophotonics // Dubowski J.J. and Tanev S. (eds.), Photon-based Nanoscience and Nanobiotechnology. Springer, 2006. P. 55–65.
  10.  Springer Handbook of Nanotechnology / Bhushan, Bharat (Ed.) 2nd rev. and extended ed., 2007. XLIV. 1916 p.

  1.  Вопросы для контроля

  1.  Определение нанотехнологии. Объект исследования. Шкала размеров биологических объектов.
    1.  Терминологические подходы к определению наноматериалов. Их отличительные свойства. Области применения наноматериалов.
    2.  Взаимосвязь нанотехнологии и других наук.
    3.  Исторические примеры использования наноматериалов. Основные даты в развитии нанотехнологии. Роль Р. Фейнмана, Н. Танигучи, Э. Дрекслера.
    4.  Особенности физических свойств наноматериалов: структурные и электронные магические числа, эффекты геометрической структуры.
    5.  Электронная структура, магнитные свойства наноматериалов.
    6.  Классификация наноматериалов: принципы (химизм, размерность, форма и свойства, происхождение, конечный материал), группы, примеры.
    7.  Наночастицы металлов: получение, особенности физико-химических свойств, применение в биологии и медицине.
    8.  Полупроводниковые наночастицы: получение, особенности электронных и оптических свойств, преимущества использования в качестве флуорофоров.
    9.  Фуллерены: химическая структура, получение и физико-химические свойства, применение в биологии и медицине фуллеренов и их производных.
    10.  Углеродные нанотрубки: химическая структура, классификация, особенности физико-химических свойств и применения в биомедицине.
    11.  Мицеллы, липосомы и дендримеры. Различные подходы к доставке веществ. Иммунолипосомы.
    12.  Подходы к синтезу наноматериалов: top-down и bottom-up. Примеры методов.
    13.  Методы анализа свойств наночастиц. Принципы рентгеноструктурного анализа, масс-спектрометрии, ЯМР и ЭПР.
    14.  Электронная и зондовая микроскопия. Классификация методов.
    15.  Биосенсоры: определение, принцип работы, классификация.
    16.  Биочипы: классификация, свойства, принцип работы ДНК-чипов, их применение. Lab-on-a-chip.
    17.  Использование нанотехнологий в технологии секвенирования ДНК.
    18.  Молекулярный биоимиджинг. Принципы, применение. Основные достоинства и недостатки различных методов.
    19.  Нанобиофотоника. Применение наночастиц для визуализации и терапии. Виды терапии.
    20.  Оптический пинцет. Принцип действия и применение.
    21.  Адресная доставка с использованием наноразмерных носителей. Применяемые наноматериалы. Преимущества по сравнению с традиционными путями введения лекарств.
    22.  Биосовместимые наноматериалы, перспективы применения.
    23.  Пути поступления, распределения и выведения наноматериалов из организма человека.
    24.  Токсичность наноматериалов. Ограничения традиционных подходов токсикологической оценки.

Программа составлена в соответствии с Государственным

образовательным стандартом по специальности

020207 «Биофизика».

Авторы программы _________________ Балалаева И.В.

Программа рассмотрена на заседании кафедры ___________ протокол № ___

Заведующего кафедрой ___________________ Воденеев В.А.

Программа одобрена методической комиссией факультета__________ протокол № __

        

Председатель методической комиссии_________________  Швец И.М.




1. Тема- способы защиты кабелей от коррозии Изм
2. Культурно-досуговая деятельность
3. темах счисления Их сумма 1121181116 в десятичной системе счисления равна 29 Для того чтобы логическое выраж
4. Лабораторная работа по экологии 4 ~ х часовая Определение хлорид ~ ионов в питьевой воде Сост
5. Тумульская средняя общеобразовательная школа МР Мегино ~ Кангаласский район
6. Фауна гідробіонтів озера Сірче
7. 2007 N 23 от 21042008 N 228 В целях повышения статуса Министра Республики Беларусь в системе государственного
8. Прежде всего постарайся успокоиться; 2
9. Организация надзора за объектами введенными в эксплуатацию
10. Вариант 15 1 Камень свободно падает без начальной скорости
11. задание. Запишите не только ответы на поставленные вопросы но и весь ход ваших рассуждений если это указа
12. рекламные материалы из различных видов картона мелованного гофрокартона микро гофрокартона переплетног
13. визовых формальностей
14. 1 Прямоугольный импульс и его спектр
15. Современная тектоническая структура Курило-Камчатского региона и условия магмообразования
16. Контрольная работа- Психологические школы менеджмента
17. Тема 11 Педагогика в системе наук о человеке 3 Тема 1
18. ВВЕДЕНИЕ3 ЦЕЛЬ РЕКЛАМНОЙ КАМПАНИИ И ЕЕ СВЯЗЬ С ЦЕЛЯМИ МАР.html
19. Социальная адаптация детей с глубоким нарушением слуха
20. beginning of XXI cent The Beginning of seprtism movement on British Isles begn with the incident in the city of Londonderry in 1968 when the peceful ctholic demonstrtion for equl rights ws brok

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе