MOEB1041c Experimentální biofotonika - cvičení

Lékařská fakulta
jaro 2014
Rozsah
1/0. 1 kr. Ukončení: z.
Vyučující
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (cvičící)
Anna Petruželková (pomocník)
Garance
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
Katedra optometrie a ortoptiky – Pracoviště nelékařských oborů – Lékařská fakulta
Kontaktní osoba: Anna Petruželková
Dodavatelské pracoviště: Katedra optometrie a ortoptiky – Pracoviště nelékařských oborů – Lékařská fakulta
Rozvrh
Čt 11:00–11:50 VUT-A4/501
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět má poskytnout přehled o moderních experimentálních technikách využívajících elektromagnetického záření vhodných pro studium struktury, funkce a dynamiky biologických makro i mikro objektů a o metodách použitelných pro detekci, diagnózu a léčení chorob neinvazivním způsobem včetně metod využitelných v oftalmologii a optometrii. Předchozí znalosti a dovednosti studenta potřebné ke zvládnutí předmětu. Předpokládají se teoretické znalosti v rozsahu kurzu "Aplikovaná optika". Získané znalosti a dovednosti. Hlubší teoretické a zejména praktické znalosti některých moderních technik využívajících elektromagnetického záření ke studiu struktury, funkce a dynamiky biologických objektů a k detekci, diagnóze a léčení chorob.
Osnova
  • 1. Stručný přehled (připomenutí) základních poznatků: Podstata elektromagnetického záření. Struktura látek. Struktura atomu. Struktura molekul. Energiové hladiny elektronů. Absorpce a emise záření. Atomová a molekulová spektra. Světlo. Rentgenové záření a gama záření. Laboratoř: Ukázka difrakce na mřížce. Měření spekter různých zdrojů pomocí spektrometru. Měření koherenční délky pomocí interferometru. 2. Stručný přehled (připomenutí) základních poznatků: Šíření a interakce záření, elektromagnetické vlny, fotony. Popis a vlastnosti (tedy vše, co s tím souvisí včetně interference, difrakce, energie, hybnosti). Filtry světla (interferenční, neutrální, polarizační), filtry v oftalmologii. UV filtr a brýle. 3. Zdroje záření, lasery (připomenutí fyzikálního principu činnosti). Typy laserů, využití v oftalmologii. Vlastnosti laserového svazku. Detektory záření (klasické fotoaparáty, digitální kamery - princip a využití v medicíně). Luxmetr. Detekce UV a IČ záření. Dálkové TV ovladače. Laboratoř: Ukázka difrakce laserového svazku na 2D objektech (otvory ve stínítku), výpočet parametrů stínítka z difrakčního obrazce. 4. Interakce záření s látkou, působení záření na tkáně. Absorpce, transmise, emise + spektroskopie. 5. Využití v diagnostických a terapeutických metodách: tomografie, ozařování, světelná „akupunktura“. Laboratoř: Ukázka LIBS a tomografu. 6. Optické mikromanipulace. Optická pinzeta, skalpel. 7. Další aplikace laserů v lékařské praxi (zejm. oční): LASIK, femto-LASIK, oční lékařství, chirurgie, stomatologie (laserová vrtačka, odstraňování trhlin ve sklovině, fotoaktivace výplní), dermatologie, kosmetika, cytometrie, mikrodisekce. Laboratoř: Praktická ukázka využití optického skalpelu - laserová mikrodisekce. 8. Souhrn základních poznatků z optické mikroskopie: světlé a temné pole, Zernikeův fázový kontrast, polarizační mikroskopie, diferenciální interferenční kontrast (DIC). Metody 3D vizualizace. Laboratoř: Praktické ukázky běžných metod zvyšujících kontrast zobrazení v optickém mikroskopu. 9. Souhrn základních poznatků z konfokální mikroskopie a OCT/OCM. Holografická mikroskopie. Vytváření 3D obrazu. Endoskopie. 10. Fluorescenční mikroskopie a její varianty (fluorescence resonance energy transfer - FRET, total internal reflection fluorescence - TIRF), ramanovská spektroskopie, multifotonová mikroskopie, second harmonic generation - SHG, stimulated emission depletion - STED, structured illumination microscopy - SIM, light-sheet microscopy. Laboratoř: Konfokální a fluorescenční mikroskopie v biologii. Využití holografické mikroskopie pro studium živých savčích buněk. 11. Fotodynamická terapie, optické biosenzory, 12. Aplikace mikro- a nano-opto- technologií v medicíně (retinální náhrady), nanochirurgie.
Literatura
  • J. B. Pawley: “Handbook of Biological Confocal Microscopy”, 2nd Edition, Plenum Press, 1995.
  • P. N. Prasad: “Introduction to Biophotonics”, John Wiley & Sons, Inc., 2003.
Výukové metody
cvičení
Metody hodnocení
zápočet
Informace učitele
Elektronické podklady: https://tele.engr.usu.edu/biophotonics_Spring_2006/ (Utah State Introduction to biophotonics course) http://cbst.ucdavis.edu/education/courses/winter-2009-ead-bim-289 (UC Davis Special Topics in Biophotonics)
Další komentáře
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2021, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.