УТВЕРЖДАЮ
Директор ФТИ
___________
«___»_____________2014 г.
БАЗОВАЯ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Физические методы исследования биологических объектов
Направление (специальность) ООП 14.04.02 «Ядерные физика и технологии»
Номер кластера (для унифицированных дисциплин)_________________
Профиль подготовки (специализация, программа) Технологии радиационной безопасности
Квалификация (степень) магистр
Базовый учебный план приема 2014 г.
Курс 2 семестр 3
Количество кредитов 6
Код дисциплины ДИСЦ. В.2.4
Виды учебной деятельности | Временной ресурс по очной форме обучения |
Лекции, ч | 8 |
Практические занятия, ч | 16 |
Лабораторные занятия, ч | 24 |
Аудиторные занятия, ч | 64 |
Самостоятельная работа, ч | 168 |
ИТОГО, ч | 216 |
Вид промежуточной аттестации экзамен 3 семестре
Обеспечивающее подразделение кафедра прикладной физики ФТИ
Заведующий кафедрой___________________
Руководитель ООП ____________________
Преподаватель ____________________
2014г.
1. Цели освоения модуля (дисциплины)
Целью дисциплины является ознакомление студентов направление 14.04.02 «Ядерные физика и технологии», профиль «медицинская физика» с основными физическими методами исследования биологических объектов, изучение основных этапов развития теоретических и экспериментальных исследований в этой области.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Для успешного освоения дисциплины студенты должны иметь знания (в частности, знать биологию) в объеме средней школы и физику в объеме начальных курсов вуза.
До освоения данной дисциплины изучение предметов по программе высшего профессионального образования не требуется. Параллельно с данной дисциплиной могут изучаться следующие циклы: Общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины; Общие математические и естественнонаучные дисциплины; Общие профессиональные дисциплины
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины (модуля) направлено на формирование у студентов следующих компетенций (результатов обучения), в т. ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной дисциплины
Результаты обучения (компетенции из ФГОС) | Составляющие результатов обучения | |||||
Код | Знания | Код | Умения | Код | Владение опытом | |
Р1 | З1.16 | физических методов исследования биологических объектов | У1.16 | применять физические методы исследования биологических объектов в профессиональной деятельности. | В1.16 | навыками выбора и применения физических методов исследования биологических объектов |
Р4 | З4.2 | физических методов исследования биологических объектов, современных физических приборов медицинской физики и ядерной медицины | У4.2 | расчета параметров и характеристик ионизирующих излучений при разработке современных физических приборов для использования в медицинской физике и ядерной медицине | В4.2 | навыками разработки и расчета современных физических приборов для медицинской физики и ядерной медицины |
В результате освоения дисциплины (модуля) студентом должны быть достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
Формируемые компетенции в соответствии с ООП* | Результаты освоения дисциплины |
Р1 | Знание основных физических методов исследования биологических объектов. |
Р2 | Умение оценить правильность применения необходимого диагностического метода |
Р3 | владеть основными физическими методами, применяемыми в диагностике заболеваний. |
4. Структура и содержание модуля (дисциплины)
4.1 Содержание модуля (дисциплины)
Дисциплина содержит 14 модулей.
1. Классификация основных физических методов исследования биологических объектов. Приводится сравнительных анализ основных методов исследования.
2. Рентгеновская кристаллография. Рассматриваются устройство и основные характеристики оборудования, применяемого при исследовании структур протеинов.
3. Ядерный магнитный резонанс. Показаны устройство и применение метода для анализа белков.
4. Электронная микроскопия. Приводятся устройство и характеристики электронных микроскопов.
5. Электрофорез. Рассматриваются характеристики необходимого оборудования для разделения протеинов.
6. Флуоресцентная спектроскопия. Применение ее для исследования деполяризации молекул.
7. Флуоресцентная корреляционная спектроскопия. Некогерентные явления.
8. Рассеяние рентгеновского излучения и нейтронов на малые углы. Приводятся достоинства и недостатки метода.
9. Масс-спектрометрия. Рассматриваются устройство и применение масс-спектрометров.
10. Поверхностные резонансные плазмоны и биосенсоры. Показаны устройство, чувствительность и избирательность метода.
11. Спектроскопия в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах. Приводятся схемы соответствующих спектрометров и принцип их работы.
12. Применение синхротронного излучения для определения структуры макромолекул.
13. Флуоресцентная и конфокальная микроскопия. Их применение для исследования активности биологических объектов.
14. Магнитно-резонансная спектроскопия и томография. Ее применение для получения трехмерных изображений объектов.
4.2 Структура модуля (дисциплины)
Таблица 1.
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы | Аудиторная работа (час) | СРС СРС(час) | Итого | ||
Лекции | Практ./сем. Занятия | Лаб. зан. | |||
1. Классификация основных физических методов исследования биологических объектов. | 0.5 | 12.0 | 12.5 | ||
2. Рентгеновская кристаллография | 0.5 | 1.0 | 8.0 | 12.0 | 21.5 |
3. Ядерный магнитный резонанс | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
4. Электронная микроскопия | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
5. Электрофорез | 0.5 | 2.0 | 12.0 | 14.5 | |
6. Флуоресцентная спектроскопия | 0.5 | 12.0 | 12.5 | ||
7. Флуоресцентная корреляционная спектроскопия | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
8. Рассеяние рентгеновского излучения и нейтронов на малые углы | 1.0 | 2.0 | 8.0 | 12.0 | 23 |
9. Масс-спектрометрия | 0.5 | 2.0 | 12.0 | 14.5 | |
10. Поверхностные резонансные плазмоны и биосенсоры | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
11. Спектроскопия в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах | 1.0 | 2.0 | 8.0 | 12.0 | 23 |
12.Применение синхротронного излучения для определения структуры макромолекул | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
13. Флуоресцентная и конфокальная микроскопия | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
14. Магнитно-резонансная спектроскопия и томография | 0.5 | 1.0 | 12.0 | 13.5 | |
Итого | 8.0 | 16.0 | 24.0 | 168.0 | 216.0 |
5. Образовательные технологии
Обеспечение достижения планируемых результатов освоения дисциплины обеспечивается:
· повышением качества образования путем его фундаментализации, информирования обучаемого о современных достижениях науки в большем объеме и с большей скоростью;
· нацеленностью обучения на новые, в первую очередь на информационно-коммуникационные технологии;
· повышение творческого начала в образовании.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО Методы | Лекц. | Пр. зан./ Сем., | СРС |
IT-методы | |||
Работа в команде | |||
Case-study | |||
Игра | + | ||
Методы проблемного обучения. | + | + | + |
Обучение на основе опыта | |||
Опережающая самостоятельная работа | + | + | |
Проектный метод | |||
Поисковый метод | + | + | |
Исследовательский метод | + | ||
Другие методы |
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов:
6.1 Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений.
- работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и электронных источников информации в сети ИНТЕРНЕТ по индивидуально заданной проблеме курса,
- опережающая самостоятельная работа по проблеме курса,
- перевод текстов с иностранных языков по проблеме курса,
- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- подготовка к семинарским занятиям;
- подготовка к зачету.
6.2 Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), ориентированная на развитие интеллектуальных умений, комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов.
- поиск, анализ, структурирование и презентация информации по основным проблемам курса,
- выполнение расчетно-графических работ;
- исследовательская работа и участие в научных студенческих конференциях, семинарах и олимпиадах по основным проблемам курса;
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем теме;
- анализ статистических и фактических материалов по заданной теме, проведение расчетов, составление схем и моделей на основе статистических материалов.
6.2. Содержание самостоятельной работы студентов по модулю (дисциплине)
1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований
Улучшение разрешения рентгеновской кристаллографии.
Монохроматизация рентгеновского излучения.
Применение ЯМР для определения контактных поверхностей протеин-протеин комплексов.
Применение криогенных температур в электронной микроскопии.
Влияние формы возбуждающего импульса на затухание флуоресценции.
Динамическое рассеяние света при негауссовской статистике.
Применение биосенсоров для изучения кинетики связывания в реальном времени.
Двухфотонные взаимодействия во флуоресцентной микроскопии.
2. Темы индивидуальных заданий.
3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку.
1.Аномальная дисперсия в рентгеновской кристаллографии.
2.Увеличение интенсивности пучка в рентгеновской кристаллографии.
3.Сравнение методов рентгеновской кристаллографии и ЯМР.
4.Влияние движения молекул на разрешение ЯМР.
5.Недостатки ЯМР.
6.Увеличение контрастности в электронной микроскопии.
7.Возможности электронной микроскопии.
8.Ориентация молекул в электрическом поле.
9.Гидродинамическая ориентация макромолекул.
10.Теоретические основы флуоресцентной спектроскопии.
11.Измерение вязкости суспензии.
12.Эффективность метода флуоресцентной спектроскопии.
13.Теоретические основы метода рассеяния рентгеновского излучения на малые углы.
14.Определнгие различных конформационных состояний молекул с помощью метода рассеяния на малые углы.
15.Метод триангуляции.
16.Точность современных методов масс-спектрометрии.
17.Явление внутреннего отражения.
18.Применение биосенсоров.
19.Измерение активности ферментов.
20.Измерение инфракрасного спектра макромолекул.
21.Двухмерная инфракрасная спектрометрия.
22.Рамановское рассеяние.
23.Оптическая активность материалов.
24.Определение дисперсионного соотношения теплового возбуждения молекул с помощью нейтронной спектроскопии.
25.Методы улучшения изображения в оптической микроскопии.
26.Флуоресцентная микроскопия ниже барьера дифракции.
27.Разрешение флуоресцентной микроскопии.
28.Микроскопия в ближнем поле.
29.Разделение резонансов ЯМР.
30.Пространственное разрешение МРТ.
6.3 Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется следующим образом:
● оценка домашних контрольных работ;
● оценка при защите специальных заданий с теоретическими вопросами и задачами;
6.4 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Для дополнительного самостоятельного изучения дисциплины могут быть использованы следующие электронные ресурсы:
http://window. edu. ru/
http://rndc. ippe. obninsk. ru
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля (дисциплины)
Средства оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения дисциплины - перечень вопросов, ответы на которые позволяют оценить степень усвоения теоретических знаний; проблем, позволяющих оценить профессиональные и универсальные (общекультурные) компетенции студентов.
1.Приготовление образцов для рентгеновской кристаллографии.
2.Преимущества нейтронной спектроскопии.
3.Недостатки нейтронной спектроскопии.
4.Ядерный эффект Оверхаузера.
5.Разница в методологии получения структуры молекул методами ЯМР и рентгеновской кристаллографии.
6.Временной диапазон измерений методом ЯМР.
7.Основная трудность в определении структуры молекул методом ЯМР.
8.Основная разница между применением электронов и рентгеновских лучей для определения структуры молекул.
9.Ограничения электронной микроскопии.
10.Разновидности электрофореза.
11.Связь между затуханием флуоресценции и вращательной релаксацией.
12.Флуоресценция с временным разрешением.
13.Динамическое рассеяние света.
14.Условие Гауссовской статистики.
15.Двухцветная корреляционная спектроскопия.
16.Недостатки спектроскопии с применением рассеяния на малые углы.
17.Основные компоненты масс-спектрометра.
18.Тройная изотопическая подстановка.
19.Применение циклотронного резонанса в масс-спектрометрии.
20.Прохождение света между двумя прозрачными средами с различными коэффициентами преломления.
21.Оптические схемы биосенсоров.
22.Преимущества применения биосенсоров.
23.Особенности инфракрасной спектроскопии.
24.Потенциальные источники ошибок в методе инфракрасной спектроскопии.
25.Два метода многоразмерной инфракрасной спектроскопии.
26.Как измеряется оптическая активность в методе рамановского рассеяния.
27.Разница между классической микроскопией и микроскопией ближнего поля.
28.Основная идея магнитной резонансной томографии.
29.Различия между оптической микроскопией и МРТ.
30.Применение дейтерия в методе рассеяния на малые углы.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с «Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости, промежуточной и итоговой аттестации студентов Томского политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од от 01.01.2001 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
· текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах (максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент должен набрать не менее 33 баллов);
· промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене (зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов, полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)
Основная 1. Физические методы в исследовании биологических объектов [Электронный ресурс] : учебное пособие / , ; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Физико-технический институт (ФТИ), Кафедра прикладной физики (№ 12) (ПФ). — 1 компьютерный файл (pdf; 4.1 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013. http://www. lib. tpu. ru/fulltext2/m/2014/m127.pdf 2. Методы в молекулярной биофизике. Структура. Функция. Динамика: учебное пособие: в 2 т. / И. Сердюк, Н. Заккаи, Дж. Заккаи. — М.: КДУ, 2009 3. Методы в молекулярной биофизике. Структура. Функция. Динамика: учебное пособие: в 2 т. / И. Сердюк, Н. Заккаи, Дж. Заккаи. — М.: КДУ, 2009 |
Дополнительная 1. Медико-биологические аспекты взаимодействия электромагнитных волн с организмом : учебное пособие / , В. А. Ча, ; Томский политехнический университет (ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — 128 с.. — Библиогр.: с. 121-125.. 2. Практикум по магнитному резонансу : учебное пособие / Санкт-Петербургский государственный университет; Под ред. . — СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 2003. — 183 с.: ил.. — Квантовая радиофизика. — ISBN 5-288-02471-5. 3. Магнитно-резонансная томография : справочник: пер. с англ. / К. Уэстбрук. — Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011. — 448 с.: ил.. — Предметный указатель: с. 446-447.. — ISBN 978-5-9963-0364-9. |
Internet-ресурсы:
1.http://www. /
2 .http://www. iucr. org/
.http://www/comar. bam. de/
.http://www.chemport. ru/.
.http://www. nmr. phys. spbu. ru/
.http://www.molbiol. ru./
.http://www.ebiblioteka. lt/
.http://www.classes. ru/
10. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При проведении практических (семинарских) занятий и чтении лекций используются компьютеры, мультимедиа проигрыватели, корпоративная компьютерная сеть и ИНТЕРНЕТ.
№ п/п | Наименование (компьютерные классы, учебные лаборатории, оборудование) | Корпус, ауд., количество установок |
1 | Лаборатория ЭМЯФ каф. ПФ ФТИ | 10 к, ауд. 123, 9 комп. |
2 | Лаборатория томографии каф. ПФ ФТИ | 10 к., ауд. 026 |
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с требованиями ФГОС по направлению 14.04.02 Ядерные физика и технологии.
Программа одобрена на заседании кафедры «Прикладной физики» (протокол № 28 от «08» мая 2014 г.).
Автор(ы) _____________________________
____________________________
Рецензент(ы) __________________________
