Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Biofizyka
Tok studiów:
2018/2019
Kod:
JFM-1-309-s
Wydział:
Fizyki i Informatyki Stosowanej
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Fizyka Medyczna
Semestr:
3
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
dr hab. Matuszak Zenon (Zenon.Matuszak@fis.agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr hab. Matuszak Zenon (Zenon.Matuszak@fis.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Kurs zapoznaje studenta z podstawowymi zagadnieniami biofizyki ogólnej i molekularnej oraz zastosowaniami metodologii fizyki do ujmowania i rozwiązywania problemów biologicznych (biomedycznych).

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń)
Wiedza
M_W001 Student posiada podstawową wiedzę o wybranych zagadnieniach biofizyki i potrafi wskazać ich rolę w rozwiązywaniu problemów fizyki medycznej.Student zna i rozumie podstawy biotermodynamiki, biokinetyki oraz elektrofizjologii. Posiada elementarną znajomość procesów oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego, ultradźwięków oraz jonizującego z układami biologicznymi.(pod pojęciem "podstawowa" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu FM1A_W02, FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W06, FM1A_W01, FM1A_W07 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
M_W002 Student zna na zasady prowadzenia pomiarów w w/w obszarach oraz potrafi zinterpretować wyniki podstawowych eksperymentów. (pod pojęciem "podstawowe" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu) FM1A_W02, FM1A_W03, FM1A_W04, FM1A_W06, FM1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
Umiejętności
M_U001 Student potrafi prowadzić proste obliczenia termodynamiczne dla podstawowych reakcji biochemicznych FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium
M_U002 Student potrafi prowadzić proste rozważania z zakresu różnych zagadnień biokinetyki. FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
M_U003 Student potrafi zanalizować i zinterpretować wybrane podstawowe zależności dla oddziaływania omawianych na wykładzie rodzajów promieniowań z układami biologicznymi FM1A_U04, FM1A_U01, FM1A_U02, FM1A_U03, FM1A_U08 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Udział w dyskusji
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe. Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji jego części zadania zespołowego FM1A_K01, FM1A_K02 Aktywność na zajęciach,
Wykonanie ćwiczeń
M_K002 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty FM1A_K01, FM1A_K02 Aktywność na zajęciach,
Udział w dyskusji,
Wykonanie ćwiczeń
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Student posiada podstawową wiedzę o wybranych zagadnieniach biofizyki i potrafi wskazać ich rolę w rozwiązywaniu problemów fizyki medycznej.Student zna i rozumie podstawy biotermodynamiki, biokinetyki oraz elektrofizjologii. Posiada elementarną znajomość procesów oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego, ultradźwięków oraz jonizującego z układami biologicznymi.(pod pojęciem "podstawowa" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna na zasady prowadzenia pomiarów w w/w obszarach oraz potrafi zinterpretować wyniki podstawowych eksperymentów. (pod pojęciem "podstawowe" należy rozumieć wszystkie pojęcia omawiane w ramach wykładu) + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student potrafi prowadzić proste obliczenia termodynamiczne dla podstawowych reakcji biochemicznych + - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi prowadzić proste rozważania z zakresu różnych zagadnień biokinetyki. + - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zanalizować i zinterpretować wybrane podstawowe zależności dla oddziaływania omawianych na wykładzie rodzajów promieniowań z układami biologicznymi + - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy rachunkowe. Potrafi samodzielnie zdobyć odpowiednią wiedzę i umiejętności, niezbędne do realizacji jego części zadania zespołowego - - - - - - - - - - -
M_K002 Student angażuje się w dyskusję w grupie, jak również z prowadzącym, potrafi dobrze sformułować swoje argumenty + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

1. Wprowadzenie (1 godz.)
Miejsce biofizyki w systemie nauk biomedycznych, skład, architektura i funkcje komórki, najważniejsze biomolekuły –struktura chemiczna, reguły organizacji systemów biologicznych.
2. Elementy biotermodynamiki równowagowej (2 godz.)
Mikroskopowy i makroskopowy opis układu, zasady termodynamiki, temperatura, entropia, potencjały termodynamiczne, elementy termodynamiki chemicznej i biochemicznej: potencjał chemiczny, równowaga chemiczna.
3. Woda jako podstawowe środowisko procesów życiowych (2 godz.)
Oddziaływania międzymolekularne, budowa cząsteczki wody, wiązanie wodorowe, własności ciekłej wody, roztwory wodne molekuł, hydratacja, hydrofobowość, samoorganizacja
4. Elementy bioelektrochemii (4 godz.)
Budowa błony biologicznej, wodne roztwory elektrolitów, równowagi heterofazowe, potencjał elektrochemiczny, ogniowo elektrochemiczne i potencjał elektrodowy, pH, potencjał redoksowy, biologiczne utleniacze i reduktory, równowagi membranowe-potencjał Donnana, osmoza, metody elektrochemiczne w biofizyce – sensory i nanobioelektrochemia.
5. Elementy biotermodynamiki procesów nierównowagowych – bioenergetykai transport (4 godz.)
Nierównowagowa termodynamika liniowa – bodźce i przepływy, zasada Onsagera, dyfuzja i elektrodyfuzja, stany stacjonarne, zasada Prigogine’a, transport elektronów i łańcuch oddechowy, transport przez membrany: dyfuzja, dyfuzja ułatwiona i kanały jonowe, elektrodyfuzja i transport sprzężony, reakcje sprzężone, elementy teorii chemiosmotycznej Mitchella.
6. Biokinetyka (4 godz.)
Elementarna kinetyka chemiczna, zastosowania kinetyki chemicznej do systemów biologicznych: enzymy i kinetyka Michaelisa-Menten, wiązanie ligandów do makromolekuł – kooperatywność, wiązanie tlenu do hemoglobiny, układy dwu-stanowe elementy biofizyki systemów – złożone schematy kinetyczne, układy reakcja-dyfuzja
7. Elementy elektrofizjologii (3 godz.)
Potencjał błonowy, potencjały czynnościowe i ich propagacja, metody diagnostyczne-elektrokardiografia i elektroencefalografia, własności dielektryczne komórek i tkanek, wpływ zmiennych pól elektromagnetycznych na komórki i tkanki, elektroporacja.
8.Elementy biomechaniki bioakustyki makroskopowej (2 godz.)
Fale akustyczne w cieczach, ucho – budowa i funkcje, audiologia, charakterystyka ultradźwiękowa wody i tkanek, ultradźwięki ich zastosowanie w biomedycynie: efekt Dopplera, ultrasonografia, kawitacja.
9. Biomagnetyzm (3 godz.) *
Elementarna chemia kwantowa: koncepcja funkcji falowej, równanie Schrödingera, opis stanów elektronów w molekułach, hybrydyzacja, spin i paramagnetyzm, wolne rodniki i ich rola biologiczna, stany wzbudzone: singletowy i trypletowy, tlen molekularny i stres oksydacyjny, antoksydanty, spektroskopia EPR.
*10. Elementy fotobiofizyki (3 godz.)

Światło: fale i fotony, detekcja światła – wielkości radiometryczne i fotometryczne, budowa i funkcje oka, oddziaływanie promieniowania UV-VIS z materią (diagram Jabłońskiego), podstawowe prawa fotochemii i elementy kinetyki fotochemicznej, pojęcie przekroju czynnego, wydajności kwantowe, spektroskopia absorpcyjna i fluorescencyjna w biofizyce, metody badania szybkich reakcji, transport światła w strukturach biologicznych, reakcje fotouczulane, terapia fotodynamiczna nowotworów, bioluminescencja, fotosynteza.
11. Elementy biofizyki radiacyjnej (2 godz.)
Charakterystyka fizyczna promieniowania jonizującego, podstawowe sposoby oddziaływania promieniowania jonizującego z materią, dawki i jednostki, LET i względna skuteczność biologiczna, radioliza wody i rola wolnych rodników w uszkodzeniach radiacyjnych- wydajność radiacyjna, kinetyka kompetycyjna radioprotektory i radiouczulacze, radiobiologia komórkowa – rozkład Poissona, krzywe przeżywalności i efekt tlenowy, radioterapia kontrola prawdopodobieństwa zniszczenia nowotworu, terapia jonowa

Ćwiczenia laboratoryjne:
Ćwiczenia laboratoryjne

1. Podstawy biospektroskopii optycznej (3 godz.)
2. Podstawy mikroskopii optycznej (3 godz.)
3. Spektroskopia i obrazowanie w podczerwieni (3 godz.)
4. Podstawy bioelektrochemii (3 godz.)
5. Prfoce4sy nierównowagowe w biofizyce (3 godz.)

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 117 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 15 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 60 godz
Egzamin lub kolokwium zaliczeniowe 2 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z ćwiczeń rachunkowych audytoryjnych © oraz z kolokwium zaliczeniowego (Z) obliczane są następująco: procent uzyskanych punktów przeliczany jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Egzamin obejmuje cześć ogólna i rachunkową (traktowana jako zaliczenie ćwiczeń).

Ocena końcowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona ocen z egzaminu (E) i z ćwiczeń rachunkowych ©:
OK = 0.6 x Z + 0.4 x C
Uzyskanie pozytywnej oceny końcowej (OK) wymaga uzyskania pozytywnej oceny z ćwiczeń audytoryjnych © i egzaminu (E).

Wymagania wstępne i dodatkowe:

• Znajomość rachunku różniczkowego i całkowego w zakresie podstawowym.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  • Matuszak Z., Materiały pomocnicze do przedmiotu: Biofizyka
  • Glaser R., Wstęp do biofizyki. PZWL, Warszawa,1975.
  • Jaroszyk F. ( red.), Biofizyka. Podręcznik dla studentów, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa, 2008.
  • Bryszewska M., Leyko W. (red.), Biofizyka dla biologów, PWN, Warszawa, 1997.
  • Beier W., Biofizyka, PWN, Warszawa,1968.
  • Ackerman E., Zarys biofizyki, , PWN, Warszawa, 1968.
  • Miękisz S., Hendrich A., Wybrane zagadnienia z biofizyki, Volumed, Warszawa, 1998
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Podgorska E., Drzal A., Matuszak Z., Swakon J., Slominski A., Elas M., Urbanska K., Calcitriol and calcidiol can sensitize melanoma cells to low-let proton beam irradiation // International Journal of Molecular Sciences, ISSN 1422-0067. — 2018 vol. 19 iss. 8 art. no. 2236, s. 1–15. — Wymagania systemowe: Adobe Reader. — Bibliogr. s. 11–15.
2. M. Szczygieł, B. Boroń, D. Szczygieł, M. Szafraniec, A. Susz, Z. Matuszak, K. Urbanska, L. Fiedor
Real-time Non-invasive Transdermal Monitoring of Photosensitizer Level in vivo for Pharmacokinetic Studies and Optimization of Photodynamic Therapy Protocol, J Analytical & Bioanalytical Techniques, 5/6 (2014) 1-9 .
3. Reszka, K.J., Matuszak, Z., Chignell, C.F., and Dillon, J. Oxidation of biological donors and antioxidants by a reactive lactoperoxidase metabolite from nitrite (NO2-) and EPR and spin trapping study, Free Rad. Biol. Med. 26, 5/6, 1999.
4. Urbanska K., B. Romanowska-Dixon, Z. Matuszak, J. Oszajca, P. Nowak-Sliwinska and G. Stochel, Indocyanine green as a prospective sensitizer for photodynamic therapy of melanomas, Acta Biochim.Polon. 49(2), 387-391, 2002.
5. Matuszak Z., EMITEL e-Encyclopedia of medical physics and multilingual dictionary of terms [Dokument elektroniczny] Slavik Tabakov, Perry Sprawls, [et al.], Anna Benini, Marta Radwańska, Cari Borras, [et al.], Azam Niroomand-Rad, Zenon MATUSZAK, Aleksandra JUNG, Katarzyna MATUSIAK, Ana Pascoal, [et al.]. — [London] : EMITEL Consorcium, 2008. — Tryb dostępu: http://www.emitel2.eu
6.Matuszak Z., B. Romanowska-Dixon, A. Skwara, K. Urbańska, M. Starzycka, The effects of Irradiation with 116Ru and 125I on the Growth and Metastases of Experimental Melanoma, Curr. Top. Biophys., 2000, 24(1), 79-82.
7. Janczyk A., Wolnicka-Glubisz A., Chmura A., Elas.M, Matuszak Z., Stochel G., and Urbanska K., NO-dependent phototoxicity of Roussin’s black salt against cancer cells, Nitric Oxide 2004, 10, 42-50

Informacje dodatkowe:

Sposób i tryb wyrównania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach.
Ćwiczenia audytoryjne: Nieobecność na jednych zajęciach wymaga od studenta samodzielnego opanowania przerabianego na tych zajęciach materiału.
Student który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż jedno ćwiczenie i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może zostać pozbawiony, przez prowadzącego zajęcia, możliwości wyrównania zaległości.
Obecność na wykładzie: zgodnie z Regulaminem Studiów AGH.
Ćwiczenia są obowiązkowe tylko dla studentów kierunku mikro-i nanotechnologie w biofizyce.