Detail předmětu

Elektronika a biosenzory

FEKT-BPC-BSNAk. rok: 2023/2024

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, nanotrubičky) v biosenzorech.

 

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

doc. Mgr. Zdenka Fohlerová, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mikroelektroniky (UMEL)

Vstupní znalosti

Jsou požadovány základní znalosti biochemie a elektrochemie. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby poučené“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

 Zápočet

  • 100% účast na cvičení
  • Vypracování tematické úlohy z oblasti biosenzorů – práce ve dvojicích.
  • Zápočtový test - pro získání zápočtu je nutné získat minimálně 7 bodů z maxima 10 bodů.

Zkouška

Zkouška je dělena na písemnou a ústní část. Ke zkoušce se student hlásí až po splnění podmínek, a tedy udělení zápočtu z BSN cvičení. Bodové hodnocení ze cvičení se započítává max. váhou 10 bodů do celkového hodnocení předmětu. Maximální počet bodů ze zkoušky je 90 (20 bodů písemná část, 70 bodů ústní část).

 

 

Učební cíle

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 atd.), biorekogničních vrstev (afinitní, katalytické) a získají znalosti v senzorických technologiích (tenké a tlusté vrstvy, miniaturizace, mikrofluidika), imobilizačních postupech a aplikaci nanomateriálů (nanočástice, nanodráty) v biosenzorech.

 

Základní literatura

Drbohlavová, J.; Fohlerová, Z.: Elektronika a biosenzory, Vysoké učení technické v Brně, Brno 2015 (CS)
Skládal, P.: Biosensory, Masarykova univerzita, Brno 2002 (CS)

Doporučená literatura

Rieger, P.H.: Electrochemistry. New Jersey, Prentice-Hall, Inc., A Division of Simon & Schuster, Englewood Cliffs, 1987 (EN)
Yoon, Jeong-Yeol; Introduction to Biosensors: From Electric Circuits to Immunosensors. Springer, 2016, ISBN 978-3-319-80136-0 (EN)

Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program BPC-BTB bakalářský 3 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, využití. Charakteristiky biosenzorů.

2. Úvod do elektroniky I.

3. Úvod do elektroniky II.

4. Metody imobilizace biomolekul.

5. Elektrochemické biosenzory – úvod, typy elektrod. Ampérometrické měření kyslíku, peroxidu vodíku a NADH, oxidázy a dehydrogenázy.

6. Mediátory přenosu elektronů. Potenciometrické biosenzory, ISFET, LAPS, voltametrické

techniky.
7.Konduktometrické biosenzory a měření impedance.

8. Kalorimetrické biosenzory a piezoelektrické biosenzory.

9. Optické biosenzory – přímé a nepřímé principy měření; optická vlákna, reflektanční

techniky atd.

10. Enzymové biosenzory, buněčné biosenzory. Principy a příklady.

11. Afinitní biosenzory - imunosenzory a hybridizace nukleových kyselin. Principy a příklady.

12. Nanočástice a nanostrukturované povrchy v biosenzorech.

13. Základy výroby a miniaturizace senzorů. Sítotisk, litografie atd. Základy mikrofluidiky, lab-on-chip, POCT, komerční biosenzory.


Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Jana Pekárková, Ph.D.
Mgr. Zuzana Košelová

Osnova

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  kyseliny askorbové uhlíkovou elektrodou
6. Amperometrické stanovení glukózy pomocí enzymatického biosenzoru
7. Stanovení těkavých látek ve vzduchu 


Elearning

eLearning: aktuální otevřený kurz