MOEB1041p Experimentální biofotonika - přednáška

Lékařská fakulta
jaro 2021
Rozsah
1/0/0. 15. 1 kr. Ukončení: z.
Vyučující
Ing. Zbyněk Dostál, Ph.D. (přednášející)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (přednášející)
Garance
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D.
Katedra optometrie a ortoptiky – Pracoviště nelékařských oborů – Lékařská fakulta
Kontaktní osoba: Lenka Herníková
Dodavatelské pracoviště: Katedra optometrie a ortoptiky – Pracoviště nelékařských oborů – Lékařská fakulta
Rozvrh
St 3. 3. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 10. 3. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 17. 3. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 24. 3. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 31. 3. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 7. 4. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 14. 4. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 21. 4. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 28. 4. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 5. 5. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 12. 5. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 19. 5. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 26. 5. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 2. 6. 13:00–13:50 VUT-A4/501, St 9. 6. 13:00–13:50 VUT-A4/501
Předpoklady
Předpokládají se teoretické znalosti v rozsahu kurzu "Aplikovaná optika".
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Předmět poskytuje 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.
Výstupy z učení
Student po ukončení předmětu:
- ovládá 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.
  • 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.
  • 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.
  • 8. Souhrn základních poznatků z optické mikroskopie: světlé a temné pole, Zernikeův fázový kontrast, polarizační mikroskopie, diferenciální interferenční kontrast (DIC). Metody 3D vizualizace.
  • 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.
  • 11. Fotodynamická terapie, optické biosenzory,
  • 12. Aplikace mikro- a nano-opto- technologií v medicíně (retinální náhrady), nanochirurgie.
Literatura
    doporučená literatura
  • P. N. Prasad: “Introduction to Biophotonics”, John Wiley & Sons, Inc., 2003.
  • J. B. Pawley: “Handbook of Biological Confocal Microscopy”, 2nd Edition, Plenum Press, 1995.
  • HRAZDIRA, Ivo a Vojtěch MORNSTEIN. Lékařská biofyzika a přístrojová technika. Dotisk 1. vyd. Brno: NEPTUN, 2004, 381 s. ISBN 8090289614. info
  • VLACH, Bohumil a Josef FUKA. Vlnová povaha světla. Vyd. 1. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1971, 199 s. URL info
  • FUKA, Josef a Bedřich HAVELKA. Optika a atomová fyzika. fyzikální kompendium pro vysoké školy. Vyd. 1. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1961, 845 s. URL info
Výukové metody
přednáška, diskuse
Metody hodnocení
Zápočet se uděluje na základě aktivní účasti ve výuce.
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 2014, jaro 2015, jaro 2016, jaro 2017, jaro 2018, jaro 2019, jaro 2020, jaro 2022, jaro 2023, jaro 2024, jaro 2025.