Geum.ru

Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 20 г. Рабочая программа

Вид материалаРабочая программа

Содержание


1. Цели освоения дисциплины
2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата
Люминесценция биологических тканей
3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Люминесценция биологических тканей»
4. Структура и содержание дисциплины «Люминесценция биологических тканей»
Неделя семестра
Содержание дисциплины «Люминесценция биологических тканей»
5. Образовательные технологии
Виды самостоятельной работы студента
Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов
Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины «Люминес
7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Люминесценция биологических тканей»
8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Люминесценция биологических тканей»
Подобный материал:
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского


Физический факультет


УТВЕРЖДАЮ

___________________________

"__" __________________20__ г.


Рабочая программа дисциплины


ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ


Направление подготовки

011200 Физика


Профиль подготовки

Биофизика


Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр


Форма обучения

очная


Саратов, 2011


1. Цели освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Люминесценция биологических тканей» являются изучение закономерностей люминесценции биологических тканей и молекул, их составляющих, применение люминесценции для анализа состава тканей и состояния живых организмов. Учитывая, что отдельные моменты описания люминесценции входят в другие курсы и практические занятия, второй задачей курса является объединение сведений о процессах люминесценции, которые, в совокупности с новыми данными должны углубить понимание принципов люминесцентных методов исследования живых организмов.


2.Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата

Дисциплина «Люминесценция биологических тканей» относится к Математическому и естественнонаучному циклу Б.2, части дисциплин по выбору этого цикла ДВ.1. Дисциплина «Люминесценция биологических тканей» в рамках учебного плана следует за взаимосвязанными с нею дисциплинами профиля Биофизика такими как:
  • Оптика;
  • Молекулярная спектроскопия в биофизике;

Задачей дисциплины является изучение закономерностей люминесценции, что дает основу для понимания поведения основных оптических характеристик вещества, т.е. спектров возбуждения и люминесценции, поляризационных характеристик излучения, а также процессов передачи энергии, и т.п.

При изучении курса « Люминесценция биологических тканей» студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными пособиями и монографической учебной литературой, умение решать физические задачи, требующие применения высшей математики, умение производить приближенные преобразования аналитических выражений (для решения оптических задач это умение имеет особое значение). Также студентам необходимы навыки работы на персональном компьютере с графическим (Microcal Origin) и текстовым (Microsoft Word) редакторами, иметь навыки работы на физических экспериментальных установках, умение оформления результатов экспериментов с использованием графического материала и с оценкой погрешностей измерений.


3 Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Люминесценция биологических тканей»

В результате освоения дисциплины формируются части следующих компетенций:

Общекультурных

ОК-16: способность использовать в познавательной и профессиональной деятельности навыки работы с информацией из различных источников

Общепрофессиональных:

ПК-6: способность пользоваться современными методами обработки, анализа и синтеза физической информации, получаемой из спектральных измерений.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

•Знать:
  • принципы формирования спектров люминесценции;
  • основы принципов получения информации об исследуемом объекте из спектральных данных;
  • характеристики спектральных приборов, связь между характеристиками и результирующим спектром;
  • основы использования различных источников возбуждения для получения спектров;
  • закономерности формирования спектров и связанные с этими закономерностями принципы математической обработки экспериментальных спектров;
  • основы производных спектров, закономерности влияния различных методов их получения на качество получаемых спектральных характеристик.


•Уметь:
  • излагать и критически анализировать основные положения теории люминесценции;
  • пользоваться методами теории люминесценции для анализа состава и состояния исследуемого объекта;
  • оценивать качество экспериментально получаемых спектров;
  • решать базовые задачи предварительной математической обработки спектров;
  • анализировать спектры с точки зрения выбора оптимального метода обработки для получения требуемых физических параметров исследуемого вещества.

•Владеть
  • методами анализа и расчета спектральных данных;
  • методами использования спектральных приборов для регистрации спектров;
  • методами предварительной обработки экспериментальных спектров с целью уменьшения погрешности конечных результатов;


4. Структура и содержание дисциплины «Люминесценция биологических тканей»

Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу, 36 часов (18 лекций, 18 самостоятельной работы).


№

п/п
Раздел дисциплины
Семестр
Неделя семестра
Виды учебной работы, включая самостоятельную работу студентов и трудоемкость (в часах)
Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра)

Формы промежуточной аттестации (по семестрам)

Лекц.
Лаб.
Самост.



1
Основные закономерности люминесценции
7
1
2



2






2
Выход люминесценции Тушение люминесценции
7
2
2



2






3
Законы нарастания и затухания люминесценции

7
3
2



2






4
Поляризован-ная люминесценция
7
4
2



2






5
Флуоресценция сложных молекул
7
5
2



2






6
Применение люминесцент-ных методов в биологии
7
6
2



2






7
Эксперимен-тальная техника при работе с люминесцентными средами
7
7
2



2






8
Особенности регистрации люминесценции оборудование, пространствен-ная конфигурация оптического оборудования
7
8
2



2






9
Обработка результатов эксперимента
7
9
2



2









ИТОГО






18



18



Экзамен



    Содержание дисциплины «Люминесценция биологических тканей»
  1. Определение люминесценции. Классификация люминесценции: по кинетике, по длительности, по методу возбуждения. Спонтанное, вынужденное, рекомбинационное излучение. Отличительные признаки люминесценции дискретных центров и рекомбинационной люминесценции. Связь спектров поглощения и люминесценции; законы затухания; влияние температуры; фотопроводимость.
  2. Мощность люминесценции. Вывод формул, определяющих мощность равновесного и неравновесного излучения. Положительная и отрицательная люминесценция, их мощность и условия наблюдения
  3. Основные законы преобразования света: закон независимости; правило Стокса; закон Стокса-Ломмеля. Физические процессы, обуславливающие сущность данных законов.
  4. Выход люминесценции: квантовый выход, энергетический выход. Вывод соотношений между мощностью люминесценции, квантовым и энергетическим выходами люминесценции.
  5. Тушение люминесценции. Связь квантового выхода люминесценции и времени жизни возбужденного состояния. Температурное тушение. Тушение посторонними примесями. Сенсибилизаторы и тушители. Степень перекрытия спектров. Концентрационная зависимость интенсивности люминесценции. Концентрационное тушение. Закон Вавилова. Теория ассоциатов и теория резонансной миграции энергии.
  6. Законы нарастания и затухания люминесценции. Свечение тонкого слоя. Частные случаи: Слабое возбуждение. Сильное возбуждение. Анализ сложных кривых затухания.
  7. Поляризованная люминесценция. Элементарный электрический диполь: схема поляризационная, плотность энергии э/м поля, плотность потока э/м энергии. Схема поля излучения электрического диполя. Электрический ротатор. Излучатели высших порядков. Явление Зеемана. Возникновение поляризованного излучения: собственная анизотропия макросистемы, кристаллы, пленки, целлофан, Степень поляризации света. Воздействие электрических и магнитных полей. Световой луч как поляризующий фактор.
  8. Резонансный перенос при перекрывании электрических полей атомов. Условия резонанса. Вероятность переноса в единицу времени. Интеграл перекрытия. Вероятности диполь-дипольного, диполь-квадрупольного и квадруполь-квадрупольного переноса энергии. Другие виды переноса энергии: реабсорбция испущенного света, обмен электронами между соседними атомами, миграция дырок диффузия экситонов.
  9. Флуоресценция сложных молекул. Конфигурационно-координационные кривые. Принцип Франка- Кондона. Правило Левшина. Димеры и эксимеры. Флуоресценция и фосфоресценция. Замедленная флуоресценция.
  10. Применение люминесцентных методов в биологии. Собственная люминесценция. Люминесценция белков, полосы люминесценции, температурные зависимости. Диагностика опухолей, гематопорфирин, тип опухолей. Диагностика заболеваний печени, билирубин. Люминесценция НАД-Н, диагностика гастроэнтерологическая. Люминесценция крови. Люминесценция кожи, гематома, эритема, меланома. Зонды и метки: рак - акридин оранжевый, ранние стадии - гематопорфирин, акридин оранжевый - атеросклероз, флуоресцеин - циркуляция крови, тетрациклин - язвенные болезни
  11. Оборудование для регистрации спектров люминесценции и спектров возбуждения. Источники света, фотоприемники. Фильтрация излучения светофильтрами. Коллинеарная и 90-градусная схема регистрации люминесценции.
  12. Сглаживание спектров для уменьшения шумов. Производные спектров. Аппроксимация спектров гауссовым или лоренцевым контурами. Разложение сложных спектров на составляющие. Учет фона.


5. Образовательные технологии


При реализации дисциплины «Люминесценция биологических тканей» используются следующие виды учебных занятий: лекции, консультации, контрольные работы, самостоятельные работы.

В рамках лекционных занятий предусмотрены активные формы учебного процесса: разбор конкретных ситуаций, натурные демонстрации и обсуждение наблюдаемых явлений и эффектов, компьютерные демонстрации с использованием современных цифровых систем изобразительной техники.

В рамках практических лабораторных занятий предусмотрены: детальный разбор физических основ основных разделов лекционного курса с решением физических задач по основным разделам содержания дисциплины, выполнением лабораторных работ и выполнение контрольных работ по всем разделам.


6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины.


Виды самостоятельной работы студента:

- изучение теоретического материала по конспектам лекций и рекомендованным в пункте 7 данной рабочей программы учебным пособиям, монографической учебной литературе;

- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины, нерассмотренных на лекциях;

- выполнение комплекса заданий теоретического характера, расчетных и графических по всем разделам дисциплины;

- изучение теоретического материала по методическим руководствам к физическому практикуму по спектроскопии.


Порядок выполнения и контроля самостоятельной работы студентов:

- предусмотрена еженедельная самостоятельная работа обучающихся по изучению теоретического лекционного материала; контроль выполнения этой работы предусмотрен на практических занятиях по данной дисциплине;

- самостоятельное изучение некоторых теоретических вопросов, выделенных в программе дисциплины и нерассмотренных на лекциях предусматривается по мере изучения соответствующих разделов, в которых выделены эти вопросы для самостоятельного изучения; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен в рамках промежуточного контроля – экзамена по данной дисциплине;

- выполнение и письменное оформление комплекса заданий теоретического характера, расчетных и графических по основным разделам дисциплины предусмотрено еженедельно по мере формулировки этих заданий на лекциях; предусматривается письменное выполнение этой самостоятельной работы с текстовым, включая формулы, и графическим оформлением; контроль выполнения этой самостоятельной работы предусмотрен при завершении изучения дисциплины по представленному в печатном виде отчету по этому виду самостоятельной работы;

- изучение теоретического материала по методическим руководствам к специальному физическому практикуму по спектроскопии предусмотрено еженедельно с отчетом о проделанной работе на практических лабораторных занятиях.


Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины «Люминесценция биологических тканей»

  1. Чем люминесценция отличается от других видов излучения?
  2. Перечислите классификацию люминесценции по различным признакам: временному, кинетике, типу возбуждения?
  3. Почему закон затухания люминесценции дискретных центров отличается от закона затухания при спонтанной люминесценции?
  4. Каким образом нарастание интенсивности люминесценции зависит от мощности возбуждающего света?
  5. Как можно объяснить физическую основу принципа Франка-Кондона?
  6. Какова связь между квантовым и энергетическим выходом люминесценции?
  7. Оцените вероятность и концентрационную зависимость тушения посторонними примесями в зависимости от спектральных характеристик люминофора и тушителя.
  8. Охарактеризуйте различные виды тушения люминесценции и их связь между собой?
  9. Опишите пространственные характеристики интенсивности и поляризации люминесценции для различных видов элементарных излучателей?
  10. Каким образом вероятность переноса энергии зависит от расстояния между донором и акцептором при диполь-дипольном, диполь-квадрупольном и квадруполь-квадрупольном переносе энергии?
  11. Чем отличается двухфотонное возбуждение от ступенчатого? Введите понятие виртуального уровня энергии.
  12. Опишите спектральные и временные характеристики замедленной люминесценции. Обоснуйте результат.
  13. Какие из видов дефектов твердого тела являются люминесцирующими?
  14. Опишите основы метода термического высвечивания центров люминесценции в твердых телах. Для чего данный метод используется?
  15. Приведите области использования люминесценции кристаллофосфоров. На каких принципах люминесценции основано данное применение?
  16. Приведите примеры использования люминесцентных методов диагностики заболеваний. Опишите физические основы приведенных примеров.
  17. Обоснуйте предпочтительность использования 90-градусной схемы регистрации люминесценции.
  18. Опишите основные требования к светофильтрам, используемым при регистрации люминесценции.
  19. Опишите основные методы обработки экспериментально полученных спектров люминесценции.


Перечень заданий для самостоятельной работы:
  1. Закон затухания люминесценции.
  2. Передача энергии возбуждения люминесценции.
  3. Флуоресценция красителей.
  4. Люминесценция биологических объектов
  5. Люминесцентный спектрометр.
  6. Обработка спектральных данных


7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Люминесценция биологических тканей»


а) основная литература:
  1. Заказнов, Н. П. Кирюшин, С. И., Кузичев, В. И. Теория оптических систем : учеб. пособие . -4-е изд., стер. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2008 – 446 с.
  2. Курс физики: учеб. пособие : в 3 т./ И. В. Савельев. - (Учебники для вузов. Специальная литература). - (Классическая учебная литература по физике). - (Лучшие классические учебники). - 3-е изд., стер. Т. 3: Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твёрдого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2007 301 с
  3. Пентин Ю.А, Курамшина Г.М. Основы молекулярной спектроскопии : учеб. пособие М.: Мир: БИНОМ. Лаб. Знаний, 2008, 398 с
  4. Ландсберг Г.С. Оптика : учеб. пособие . -6-е изд., стер. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010, 848 с.


б) дополнительная литература:
  1. В.Шмидт Оптическая спектроскопия для химиков и биологов. М.:Техносфера, 2007, 368 с.
  2. Зайдель А.Н., Островская Г.В., Островский И.Ю. Техника и практика спектроскопии. М.:Наука, 1972, 375 с.
  3. Оптическая биомедицинская диагностика = Optical Biomedical Diagnostics: учеб. пособие : в 2 т. : пер. с англ./ под ред. В. В. Тучина. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007
  4. Баличева Т. Г., Белорукова Л. П., Звинчук Р. А., Кондратьев Ю. В. Физические методы исследования неорганических веществ : учеб. пособие М.: Академия, 2006, 442 с.
  5. Карнаухов В.Н. Люминесцентный анализ клеток. Электронное учебное пособие – Электронное изд-во "Аналитическая микроскопия". Пущино, 2002


в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

Учебные и учебно-методические материалы, размещенные на сайте кафедры оптики и биофотоники Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского ссылка скрыта


8. Материально-техническое обеспечение дисциплины «Люминесценция биологических тканей»


Доска, мел/маркеры, компьютер, мультимедийный проектор.

Лекционные демонстрации:
  1. Оптические детали. Призмы, линзы, дифракционные решетки.
  1. Спектрофлуориметр СДЛ-1
  2. Спектрофотометр CARY-2415


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю подготовки _ Биофизика


Автор:

профессор кафедры оптики и биофотоники,

д.ф.-м.н., профессор В.И. Кочубей


Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники

от 14 января 2011 года, протокол № 1/11..


Подписи:

Зав. кафедрой В.В. Тучин


Декан физического факультета

(факультет, где разработана программа) В.М. Аникин


Декан физического факультета

(факультет, где реализуется программа) В.М. Аникин