Biofyzika - GB057

• Anglický název: Biophysics
• Zajišťuje: Katedra biofyziky a fyzikální chemie (16-16110)
• Fakulta: Farmaceutická fakulta v Hradci Králové
• Platnost: od 2024
• Semestr: zimní
• Body: 0
• E-Kredity: 6
• Způsob provedení zkoušky: zimní s.:písemná
• Rozsah, examinace: zimní s.:28/28, Z+Zk [HS]
• Počet míst: neomezen / neomezen (neurčen)
• Minimální obsazenost: neomezen
• 4EU+: ne
• Virtuální mobilita / počet míst pro virtuální mobilitu: ne
• Stav předmětu: vyučován
• Jazyk výuky: čeština
• Způsob výuky: prezenční
• Způsob výuky: prezenční
• Vysvětlení: (ZB, prez.1.r.)
• Poznámka: předmět je možno zapsat mimo plán; povolen pro zápis po webu
• Garant: Mgr. Monika Kuchařová, Ph.D.
• Kategorizace předmětu: Farmacie >

Anotace

čeština

Předmět biofyzika poskytuje studentům základní pohled na strukturu hmoty a její vlastnosti z fyzikálního hlediska. Cílem předmětu je vybavit posluchače potřebnými teoretickými znalostmi, které jsou důležité i pro popis chování různých lékových forem v organismu, a dále je seznamuje s biofyzikálními principy fyziologických procesů lidského těla. Náplň předmětu si také klade za cíl naučit posluchače základům laboratorní techniky včetně správných návyků pro vedení experimentů, seznámit je s přístroji pro měření fundamentálních fyzikálních vlastností a naučit je základům vědecké práce Obdržené znalosti jsou v souladu s požadavky navazujících předmětů a laboratorní praxe. Témata jsou vybírána tak, aby znalosti zde získané mohli studenti využít v dalších předmětech studia. Biofyzika jako přípravný předmět poskytuje optimální teoretický i experimentální základ pro vzdělávání studentů na Farmaceutické fakultě Univerzity Karlovy napříč všemi úseky jejich studia. Témata: struktura hmoty, stavy hmoty a mezimolekulové síly, radioaktivita, dozimetrie - biologické účinky ionizujícího záření, rizika záření, volné radikály, úvod do termodynamiky- plyny, termodynamika I- termodynamické zákony, fázové rovnováhy, jedno-, dvou- a vícesložkové soustavy, termodynamika II- chemické rovnováhy, mechanika kapalin, hydrodynamika, mechanika pevných látek, základy reologie

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (20.09.2024)

angličtina

The course Biophysics provides students with a basic view of the structure of matter and its properties from a physical point of view. The aim of the course is to equip students with the necessary theoretical knowledge, which is also important for describing the behaviour of various dosage forms in the body, and also introduces them to the biophysical principles of physiological processes of the human body. The content of the course also aims to teach students the basics of laboratory technology, including the correct habits for conducting experiments, to familiarize them with instruments for measuring fundamental physical properties and to teach them the basics of scientific work. The topics are selected so that students can use the knowledge gained here in other subjects of study. Biophysics as a preparatory subject provides an optimal theoretical and experimental basis for the education of students at the Faculty of Pharmacy of Charles University across all areas of their studies Topics: Structure of matter, states of matter and intermolecular forces, radioactivity, dosimetry - biological effects of ionizing radiation, risks of radiation, free radicals, introduction to thermodynamics, gases, thermodynamics I – thermodynamic laws, phase equilibrium, one-, two- and multi-component systems, thermodynamics II – chemical equilibrium, fluid mechanics, hydrodynamics, solid mechanics, basics of rheology

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (18.09.2024)

Podmínky zakončení předmětu

Podmínkou udělení zápočtu je splnění následujících podmínek:

1. Absolvování všech úloh v praktických cvičeních, které posluchači přísluší podle rozvrhu. Úlohy zameškané z jakéhokoli důvodu je třeba nahradit ve zvlášť určených termínech.

2. Úspěšné odevzdání protokolů z absolvovaných úloh.

 

 Podmínkou úspěšného zakončení předmětu je složení zkoušky. Skládá se z otázek, které jsou vybírány z témat jednotlivých přednášek. Na tyto otázky studenti odpovídají písemně. K úspěšnému složení zkoušky je potřeba získat alespoň 30 bodů z celkového počtu 50 bodů.

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (18.09.2024)

Literatura

Doporučená:

• Moodle_kurz biofyzika
• Studijní materiály
• Navrátil, L., Rosina J. a kol.. Medicínská biofyzika. Praha: Grada, 2005, s. ISBN 80-247-1152-4.
• Glaser Roland. Biophysics. New York: Springer, 2012, s. ISBN 978-3-662-49596-4.
• Kuchařová M., Bárta P., Nováková V.. Praktická cvičení z biofyziky. Praha: Karolinum , 2021, s. ISBN 978-80-246-4987-0.
• Breviář z fyzikální chemie
• Vacík, Jiří. Obecná chemie. Praha: Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy, 2017, 283 s. ISBN 978-80-7444-050-2.
• Atkins Peter, de Paula Julio. Fyzikální chemie. Praha: Vysoká škola chemicko-technologická, 2013, s. ISBN 9788070808306.

Poslední úprava: prepocet_literatura.php (19.09.2024)

Sylabus

čeština

Struktura hmoty

Formy hmoty, silové interakce, částice hmoty, stavba atomu, fyzikálně-chemické vlastnosti molekul a jejich struktura, biopolymery a jejich struktura, disperzní soustavy a jejich vlastnosti

Stav hmoty a mezimolekulové síly

popis plynů, kapalin a pevných látek z pohledu atomové hypotézy, vlastnosti plynů, kapalin a pevných látek, vliv mezimolekulových interakcí na stavy hmoty

Radioaktivita

Definice, charakterizace, proces radioaktivní přeměny, aktivita, fyzický poločas, protonové/nukleonové číslo, izotop, izobar, izoton, izomer, radioaktivní přeměna, typy radioaktivního záření, interakce ionizujícího záření s jádry a obaly atomů, jaderné reakce

Dozimetrie – biologické účinky ionizujícího záření

Charakterizace odpovědi živých systémů na záření, přímé a nepřímé efekty záření, radiosensitivita, deterministické a stochastické účinky záření, dozimetrické definice

Volné radikály

Definice, tvorba a radikálová chemie, reactive oxygen species, reactive nitrogen species, oxidativní stres

Dozimetrie – rizika záření

Strategie ochrany před ionizujícím zářením, dávkové limity, osobní dozimetry a detektory ionizujícího záření, možnosti využití radionuklidů v terapii a diagnostice, způsoby získávání radionuklidů

Úvod do termodynamiky – plyny

Teplota, vlastnosti plynů (ideální plyn, reálné plyny), tlak, Boyleův zákon, Charlesův zákon, stavová rovnice ideálního plynu, teplo, práce, komprese/expanse ideálního plynu-izotermická reverzibilní, proti konstantnímu tlaku, adiabatická, Carnotův cyklus

Termodynamika 1 – termodynamické zákony

Typy termodynamických systémů, transfer energie, 0. termodynamický zákon, teplota, stavové funkce, 1. termodynamický zákon, pojem vnitřní energie a entalpie, tepelné kapacity, Hessův zákon, standardní stav, 2. termodynamický zákon, pojem entropie, vratné a nevratné děje, obecná podmínky rovnováhy, Gibbsova a Helmholtzova energie, spojené formulace 1. a 2. věty termodynamické, 3. termodynamický zákon

Fázové rovnováhy, jednosložkové soustavy

Gibbsův zákon fází, jednosložkové soustavy, fázový diagram, Clausiova-Clapeyronova rovnice

Fázové rovnováhy, dvou a vícesložkové soustavy

Dvousložkové soustavy, Daltonův zákon, Henryho zákon, rozpustnost tuhých látek, soustava tuhá látka – rozpouštědlo, Raoultův zákon a jeho využití, koligativní vlastnosti, kryoskopie a ebulioskopie, osmotický tlak, třísložkové soustavy, Nernstův rozdělovací zákon, extrakce, termická analýza- diferenční skenovací kalorimetrie

Termodynamika 2 - chemické rovnováhy

Gibbsova energie reakce, chemická rovnováha, reakční izoterma, aktivita, rovnovážná konstanta, závislost rovnovážné konstanty na teplotě, van´t Hoffova rovnice

Mechanika kapalin, hydrodynamika

Fyzikální vlastnosti kapalin, klasifikace kapalin, proudění ideálních a reálných kapalin, rovnice pro ideální a newtonovské kapaliny, viskozita, rovnice popisující proudění reálných kapalin

Mechanika pevných látek, základy reologie

Fyzikální vlastnosti a struktura pevných látek, klasifikace pevných těles, deformace a mechanická namáhání, zatěžovací křivka, význam reologie, reologické rozdělení těles, reologická elementární tělesa a reologické modely, křivky toku

Praktická cvičení z biofyziky

Měření hustoty

Měření viskozity

Kalorimetrická měření

Kryoskopie

Fázové rovnováhy

Spektrofotometrická měření

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (24.09.2024)

angličtina

Structure of matter

Forms of matter, force interactions, particles of matter, structure of atom, physico - chemical properties of molecules and their structure, biopolymers and their structure, dispersion systems and their properties

State of matter and intermolecular forces

Description of gases, liquids and solids from the point of view of the atomic hypothesis, properties of gases, liquids and solids, influence of intermolecular interactions on states of matter

 Radioactivity

Definition, characterization, radioactive decay process, activity, physical half-life, proton/nucleon number, isotope, isobar, isotone, isomer, radioactive decay, types of radioactive radiation, interaction of ionizing radiation with nuclei and shells of atoms, nuclear reactions

Dosimetry – biological effects of ionizing radiation

Characterization of the response of living systems to radiation, direct and indirect effects of radiation, radiosensitivity, deterministic and stochastic effects of radiation, dosimetric definitions

Free radicals

Definition, formation and radical chemistry, reactive oxygen species, reactive nitrogen species, oxidative stress

Dosimetry – radiation risks

Strategies of protection against ionizing radiation, dose limits, personal dosimeters and detectors of ionizing radiation, possibilities of using radionuclides in therapy and diagnostics, methods of obtaining radionuclides

 Introduction to Thermodynamics – gases

Temperature, properties of gases (ideal gas, real gases), pressure, Boyle's law, Charles' law, ideal gas equation of state, heat, work, compression/expansion of ideal gas-isothermal reversible, against constant pressure, adiabatic, Carnot cycle

Thermodynamics I – thermodynamic laws

Types of thermodynamic systems, energy transfer, 0. thermodynamic law, temperature, state functions, 1. thermodynamic law, concept of internal energy and enthalpy, heat capacity, Hess's law, standard state, 2. thermodynamic law, concept of entropy, reversible and irreversible processes, general equilibrium conditions, Gibbs and Helmholtz energy, combined formulations of 1st and 2nd law of thermodynamics, 3. law of thermodynamics

Phase equilibria, one-component systems

Gibbs' law of phases, one-component systems, phase diagram, Clausius-Clapeyron equation

Phase equilibria, two- and more-component systems

Two-component systems, Dalton's law, Henry's law, solid-solvent solubility, Raoult's law and its applications, colligative properties, cryoscopy and ebulioscopy, osmotic pressure, three-component systems, Nernst's partition law, extraction, thermal analysis - differential scanning calorimetry

Thermodynamics II – chemical equilibria

Gibbs energy reaction, chemical equilibrium, reaction isotherm, activity, equilibrium constant, dependence of equilibrium constant on temperature, van ́t Hoff's equation

Mechanics of fluids, hydrodynamics

Physical properties of fluids, classification of fluids, flow of ideal and real fluids, equations for ideal and Newtonian fluids, viscosity, equation describing the flow of real liquids

Mechanics of solids, basics of rheology

Physical properties and structure of solids, classification of solid bodies, deformation and mechanical stress, load curve, importance of rheology, rheological division of solids, rheological elementary bodies and rheological models, creep curves

 

Practical trainings

• Measurement of density
• Measurement of viscosity
• Measurement of heat
• Determination of the relative molecular weight by Rast method
• Phase equilibria
• Spectrophotometry

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (24.09.2024)

Studijní opory

https://intranet.faf.cuni.cz/Studijni-materialy/KBFCH/?path=biofyzika

E-learning Moodle: Biofyzika
https://dl1.cuni.cz/course/view.php?id=3609

Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (18.09.2024)