Detail předmětu

Elektronika a biosenzory

FEKT-ABSNAk. rok: 2019/2020

Předmět se zabývá principy širokého spektra typických senzorů, počínaje elektrochemickými, optickými, piezoelektrickými a impedimetrickými senzory. Tyto principy dále budou využity pro konstrukci různých biosenzorů (enzymové, DNA sensory, imunosenzory) nebo chemických senzorů (plyny). Menší část bude také věnována nanotechnologiím a jejich aplikacemi v medicíně (nanočástice, nanostrukturované povrchy).

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:
- 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 chemie, biologie a elektrochemie.

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, která je k dispozici na e-learningu.
Přednáška je ukončena ústní zkouškou.
Praktické cvičení je ukončeno testem.

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

Učební cíle

Cílem předmětu je seznámit posluchače s přípravou senzorů a základními principy chemických sensorů a biosenzorů. Student získá také obecný přehled o využití těchto senzorů např. v medicíně, biologii, potravinářství aj.

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

Drbohlavová, J.; Fohlerová, Z.: Elektronika a biosenzory, Vysoké učení technické v Brně, Brno 2015
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. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.
prof. Ing. Jaromír Hubálek, Ph.D.

Osnova

1. Úvod a historie biosenzorů, rozdělení, princip měření
2. Elektrochemické biosenzory – úvod, amperometrické biosenzory
3. Potenciometrické biosenzory, ISFET, LAPS
4. Využití nanostruktur a nanočástic v biosenzorech
5. Speciální elektrochemické techniky - voltametrie, chronoamperometrie, rotační techniky
6. Konduktometrické a impedimetrické biosenzory
7. Kalorimetrické biosenzory a piezoelektrické biosenzory
8. Optické biosenzory
9. Enzymové biosenzory, buněčné biosenzory, biosenzory pro DNA a imunosenzory
10. Metody imobilizace biomolekul
11. Úvod do elektroniky

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Ondřej Bílek, Ph.D.
Ing. Martina Gaňová, Ph.D.

Osnova

1. Impedanční detekce DNA
2. Měření měrné vodivosti a pH
3. Měření množství kyslíku
4. Stanovení koncentrace těžkých kovů v roztocích
5. Stanovení glukózy z krve/roztoku a detekce kyseliny askorbové uhlíkovým sensorem
6. Detekce glukózy
7. Zápočtový test