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. Součástí je i termodynamika, která poskytuje základ pro pochopení přenosu energie, chemických reakcí, rovnováh a transportu látek systémech. Obdržené znalosti jsou v souladu s požadavky navazujících předmětů a farmaceutické a laboratorní praxe. Témata jsou vybírána tak, aby znalosti zde získané mohli studenti využít v dalších předmětech studia, zejména ve fyzikální chemii, biochemii, analytické chemii nebo farmaceutické technologii. Biofyzika jako přípravný předmět poskytuje optimální teoretický základ pro vzdělávání studentů na Farmaceutické fakultě Univerzity Karlovy napříč všemi úseky jejich studia.
Témata: hmota, stavy hmoty, volné radikály, radioaktivita, radiační rizika záření, dozimetrie, biologické účinky ionizujícího záření, termodynamika I – úvod do termodynamiky, termodynamika II- termodynamické zákony, termodynamika III - fázové rovnováhy, termodynamika IV -jedno-, dvou- a vícesložkové soustavy, termodynamika V- chemické rovnováhy, fyzikální vlastnosti a mechanika kapalin, hydrodynamika, fyzikální vlastnosti a mechanika pevných látek, základy reologie
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (16.09.2026)
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. It also includes thermodynamics, which provides the foundation for understanding energy transfer, chemical reactions, equilibria, and the transport of substances within systems. The knowledge obtained is in accordance with the requirements of follow-up courses and pharmaceutical practice. The topics are selected so that students can use the knowledge gained here in other subjects of study, especially in physical chemistry, pharmaceutical technology or analytical chemistry. Biophysics as a preparatory subject provides an optimal theoretical basis for the education of students at the Faculty of Pharmacy of Charles University across all areas of their studies.
Topics: matter, states of matter, free radicals, radioactivity, radiation risks, dosimetry, biological effects of ionizing radiation, thermodynamics I – introduction to thermodynamics, thermodynamics II – thermodynamic laws, thermodynamics III – phase equilibria, thermodynamics IV – one-, two- and multi-component systems, thermodynamics V – chemical equilibria, physical properties and mechanics of liquids, hydrodynamics, physical properties and mechanics of solids, basics of rheology
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (16.09.2026)
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. Ta se skládá z 26 otázek, které jsou vybírány z témat jednotlivých přednášek. Na tyto otázky studenti odpovídají písemně. K úspěšnému složení zkoušky je potřeba získat alespoň 31 bodů z celkového počtu 52 bodů.
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (16.09.2026)
The conditions for the credit granted is fulfillment of following duties:
1. Completion of all tasks in the practical exercises that the students are assigned according to the schedule. Tasks missed for any reason must be made up by the specified deadlines.
2. Successful submission of the protocols from completed tasks.
The subject Biophysics is finished by the final exam. The examination is performed in the written form. The examination consists of 52 questions selected from the topics of individual lectures.The condition for successful examination is to gain the minimal 31 points from all questions.
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (16.09.2026)
Glaser Roland. Biophysics. New York: Spriger, 2012, s. ISBN 978-3-662-49596-4.
Daniel Goldfarb. Bioplysics demystified. : McGraw-Hill, 2011, s. ISBN 978-0-07-163364-2.
Poslední úprava: Kuchařová Monika, Mgr., Ph.D. (23.09.2026)
Sylabus -
Hmota
Formy hmoty, silové interakce, částice hmoty, stavba atomu, fyzikálně-chemické vlastnosti molekul – vazebné interakce, biopolymery a jejich struktura, disperzní soustavy a jejich vlastnosti
Stavy hmoty
popis plynů, kapalin a pevných látek z pohledu atomové hypotézy, vlastnosti plynů, kapalin a pevných látek, vliv mezimolekulových interakcí na stavy hmoty
Volné radikály
Definice a tvorba volných radikálů, radikálová chemie, reaktivní formy kyslíku a dusíku a jejich vliv na organismus, oxidační stres
Radioaktivita
Definice a základní pojmy, charakterizace, proces radioaktivních přeměn a základní veličiny, protonové/nukleonové číslo, izotop, izobar, izoton, izomer, typy radioaktivních přeměn a jejich interakcí s jádry, a především obaly atomů, jaderné reakce
Dozimetrie a biologické účinky ionizujícího záření
Charakterizace odpovědi živých systémů na záření, přímé a nepřímé efekty záření, radiosensitivita, deterministické a stochastické účinky záření, dozimetrické definice
Radiační 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
Termodynamika I
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 II
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, obecné podmínky rovnováhy, Gibbsova a Helmholtzova energie, spojené formulace 1. a 2. věty termodynamické, 3. termodynamický zákon
Termodynamika III
Gibbsův zákon fází, jednosložkové soustavy, fázový diagram, Clausiova -Clapeyronova rovnice
Termodynamika IV
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 V
Gibbsova energie reakce, chemická rovnováha, reakční izoterma, aktivita, rovnovážná konstanta, závislost rovnovážné konstanty na teplotě, van´t Hoffova rovnice
Fyzikální vlastnosti kapalin, mechanika kapalin
Fyzikální vlastnosti kapalin, klasifikace kapalin, proudění ideálních a reálných kapalin, rovnice pro ideální a newtonovské kapaliny, viskozita, rovnice popisující proudění reálných kapalin
Fyzikální vlastnosti pevných látek 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. (23.09.2026)
The matter
Forms of matter, force interactions, particles of matter, structure of atoms, physicochemical properties of molecules – bonding interactions, biopolymers and their structure, dispersion systems and their properties
States of matter
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
Free radicals
Definition and formation of free radicals, radical chemistry, reactive oxygen and nitrogen species and their effect on the body, oxidative stress
Radioactivity
Definitions and basic concepts, characterization, radioactive transformation process and basic quantities, proton/nucleon number, isotope, isobar, isoton, isomer, types of radioactive transformations and their interactions with nuclei, and especially atomic shells, nuclear reactions
Dosimetry and 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
Radiation Risks of Radiation
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
Thermodynamics I
Temperature, properties of gases (ideal gas, real gases), pressure, Boyle's law, Charles' law, equation of state of ideal gas, heat, work, compression/expansion of ideal gas-isothermal reversible, against constant pressure, adiabatic, Carnot cycle
Thermodynamics II
Types of thermodynamic systems, energy transfer, 0th law of thermodynamics, temperature, state functions, 1st law of thermodynamics, concept of internal energy and enthalpy, heat capacities, Hess's law, standard state, 2nd law of thermodynamics, concept of entropy, reversible and irreversible processes, general conditions of equilibrium, Gibbs and Helmholtz energy, combined formulations of the 1st and 2nd theorems of thermodynamics, 3rd law of thermodynamics
Thermodynamics III
Gibbs' law of phases, one-component systems, phase diagram, Clausius-Clapeyron equation
Thermodynamics IV
Two-component systems, Dalton's law, Henry's law, solubility of solids, solid-solvent system, Raoult's law and its uses, colligative properties, cryoscopy and ebuloscopy, osmotic pressure, three-component systems, Nernst's partition law, extraction, thermal analysis – differential scanning calorimetry
Thermodynamics V
Gibb’s reaction energy, chemical equilibrium, reaction isotherm, activity, equilibrium constant, dependence of equilibrium constant on temperature, van ́t Hoffa equation
Physical properties of fluids, fluid mechanics
Physical properties of fluids, classification of liquids, flow of ideal and real fluids, equations for ideal and Newtonian fluids, viscosity, equations describing the flow of real liquids
Physical properties of solids, mechanics of solids, basics of rheology
Physical properties and structure of solids, classification of solids, deformations and mechanical stresses, load curve, importance of rheology, rheological distribution of bodies, 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. (23.09.2026)
