Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 2011 г. Рабочая программа

Вид материала

Рабочая программа

Содержание 1. Цели освоения дисциплины 2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата 3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Введение в биофотонику» 4. Структура и содержание дисциплины «Введение в биофотонику» 4.1. Структура дисциплины Формы текущего контроля успеваемости (по неделям семестра) 4.2. Содержание дисциплины 5. Образовательные технологии Список контрольных вопросов по освоению основных понятий и положений дисциплины 7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Введение в биофизику сложных систем» 8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Подобный материал:

• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 20 г. Рабочая программа, 277.23kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 2011 г. Рабочая программа, 271.73kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю " " 2011 г. Рабочая программа, 257.68kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор по умр профессор, 189.39kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 217.53kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.56kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 219.29kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 233.64kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 229.8kb.
• Н. Г. Чернышевского Физический факультет утверждаю проректор сгу по учебно-методической, 193.22kb.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ


Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского


Физический факультет


УТВЕРЖДАЮ

___________________________

"__" __________________2011 г.


Рабочая программа дисциплины


Введение в биофотонику


Направление подготовки

011200 Физика


Профиль подготовки

Биофизика


Квалификация (степень) выпускника

Бакалавр


Форма обучения

очная


Саратов, 2011


1. Цели освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Введение в биофотонику» является приобретение теоретических знаний о современных подходах к изучению многокомпонетных живых систем методами фотоники. В рамках одной из основных целей ООП бакалавриата по направлению «Физика» изучение данной дисциплины направлено на формирование интереса к изучению современной физики и пониманию ее важнейшей роли в развитии различных сфер человеческой деятельности. Конкретными задачами освоения дисциплины являются: формирование целостного и научно обоснованного взгляда на разнообразные проявления кинетики и структурной организации элементов живых системах на основе изучения оптических явлений и процессов, ознакомление с основами математических и модельных подходов к описанию и изучению живых систем, а также возможность применения полученных знаний на практике в виде методов и устройств биофотоники.

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата


Дисциплина (Б3В4) относится к вариативной части профессионального цикла (Б3). Данный курс является одним из начальных в числе дисциплин, использующих описание взаимодействия и распространения оптического излучения в живых системах на самых различных уровнях, и базируется на общефизических и биофизических знаниях и представлениях обучаемых. Для освоения дисциплины необходимы ранее приобретенные знания по общим дисциплинам математического и естественнонаучного цикла (Б2), таким, как математический анализ, механика, молекулярная физика и оптика, общий физический практикум, а также профессионального цикла (Б3) – «Введение в оптическую биофизику», «Основы физиологии клетки и организма» и «Введение в биофизическую химию».

Освоение дисциплины «Введение в биофотонику» необходимо как для последующего успешного освоения дисциплин данного направления: «Методы расчета распространения излучения в рассеивающих средах», «Спектроскопия биологических тканей in vivo», «Молекулярная спектроскопия в биофизике», «Поляризационная оптика биотканей и клеток», «Фотобиофизика», «Когерентно-оптические методы в физике живых систем», «Лазеры и волоконные световоды в биофизических исследованиях», так и для расширения общенаучного кругозора обучающихся в части выработки методологии и практических подходов к анализу сложных процессов в окружающей природе и обществе, а также при персонализированном взаимодействии с социумом.


3. Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения дисциплины «Введение в биофотонику»

• способность собирать, обрабатывать и интерпретировать с использованием современных информационных технологий данные, необходимые для формирования суждений по соответствующим социальным, научным и этическим проблемам в области биофотоники (ОК-4);
  

• способность применять на практике базовые знания теории переноса излучения в простейшем варианте и методов оптических исследований биологических объектов (ПК-5);
  

• способность критически переосмысливать накопленный опыт, изменять при необходимости профиль своей профессиональной деятельности (ОК-7).
  

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

Знать на качественном уровне основные понятия и подходы в рамках современных представлений оптической биофизики, основанных на методологии теории переноса излучения и волновых взаимодействий в сложноорганизованной рассеивающей среде с поглощением.

Уметь выделить причинно-следственные взаимосвязи в типовых задачах биофотоники, предложить качественное модельное описание указанных взаимосвязей и схему экспериментального исследования.

Владеть техникой качественного анализа основных типов оптических моделей, описывающих биообъекты, и построения исследовательских схем и их реализации, практическими навыками по работе с научной литературой.


4. Структура и содержание дисциплины «Введение в биофотонику»


Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы или 108 часов, в том числе 64 часа лекций, 32 часа лабораторных занятий, 4 часа курсовые работы и 8 часов самостоятельной работы.


4.1. Структура дисциплины

№ 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)
1	Введение. Предмет изучения биофотоники	4	1	Л(2)
2	Оптические компоненты и материалы для биофотоники	4	2, 3	Л(4)	лаб(4)		СР(1)	Отчет по лаб. работе (3 нед.)
3	Источники света в биофотонике	4	4, 5	Л(4)	лаб(4)		СР(1)	Отчет по лаб. работе (5 нед.)
4	Спектральные методы исследований	4	6,7, 8	Л(6)	лаб(6)		СР(1)	Отчет по лаб. работе (8нед.)
5	Визуализация и томография	4	9,10	Л(4)	лаб(6)		СР(2)	Отчет по лаб. работе (10нед.)
6	Диагностические методы и устройства биофотоники	4	11,12,13	Л(6)	лаб(6)		СР(2)	Отчет по лаб. работе (13 нед.)
7	Фототерапевтические и хирургические технологии	4	14,15,16	Л(6)	лаб(6)	КР(4)	СР(1)	Отчет по лаб. работе (16 нед.) Отчет по КР

4.2. Содержание дисциплины

1. Введение. Предмет изучения биофотоники
   
   2. Определение биофотоники как новой области знаний и приложений на стыке многих наук, включая волновую и корпускулярную физику, биологию и медицину
      
   3. Классификация физических явлений, лежащих в основе биофотоники и основные примеры применений в биомедицине
      

2. Оптические компоненты и материалы для биофотоники
   

1. Волоконные световоды, одномодовые и многомодовые, пучки световодов
   
2. Дырчатые световоды и фотоннокристаллические световоды
   
3. Микро-оптика и линзовые матрицы, дифракционные решетки, поляризационные фильтры и призмы
   
4. Фотодетекторы, фотоумножители, лавинные диоды, ПЗС и КМОП камеры
   
5. Наночастицы, плазмонные металлические наночастицы, квантовые точки, фотокаталитические наночастицы, карбоновые наночастицы, магнитные наночастицы, составные наночастицы.
   
6. Фотосенсибилизаторы.
   

2. Источники света в биофотонике
   
   1. Лампы непрерывные и импульсные
      
   2. Светодиоды
      
   3. Суперлюминесцентные диоды, лазеры, газоразрядные, твердотельные, полупроводниковые, волоконные, с короткой и сверхкороткой длительностью импульса
      
   4. Источники рентгеновского и терагерцового излучения
      

2. Спектральные методы исследований
   
   1. Спектрофотометрия непрерывная и с разрешением во времени
      
   2. Спектроскопия рассеяния, упругого рассеяния, поляризационная, квази-упругого рассеяния, диффузионно-волновая, комбинационного рассеяния
      
   3. Флуоресцентная спектроскопия, однофотонная и многофотонная
      
   4. Спектроскопия на основе генерации второй гармоники
      
   5. Оптоакустическая спектроскопия
      
   6. Терагерцовая спектроскопия.
      

2. Визуализация и томография
   
   1. Непрерывные системы и системы с разрешением во времени
      
   2. Поляризационная визуализация
      
   3. Конфокальная микроскопия
      
   4. Оптическая когерентная томография
      
   5. Спекл-визуализация
      
   6. Флуоресцентная визуализация
      
   7. Нелинейно-оптическая визуализация
      
   8. Визуализация с использованием комбинационного рассеяния
      
   9. Фототепловые и фотоакустические методы
      
   10. Терагерцовая визуализация
       
   11. Визуализация с использованием наночастиц
       

2. Диагностические методы и устройства биофотоники
   
   1. Прижизненная цитометрия
      
   2. Измерители скорости кровотока и лимфотока
      
   3. Оптические оксиметры
      
   4. Измерение содержания глюкозы в крови и тканях
      
   5. Диагностика рака
      
   6. Биосенсоры и маркеры
      

2. Фототерапевтические и хирургические технологии
   
   1. Фотодинамическая терапия (ФДТ) рака и воспалительных заболеваний
      
   2. Бактерицидные эффекты света
      
   3. Фотохимиотерапия псориаза
      
   4. Селективный фототермолиз
      
   5. Фракционное лазерное воздействие
      
   6. Фотосенсибилизированное оптическое воздействие на ткани и клетки
      
   7. Фототепловое лечение рака
      
   8. Лазерная абляция, сверление, сваривание, моделирование ткани
      
   9. Медицинские системы, эндоскопические, ПУФА терапии, ФДТ, применяемые в дерматологии и стоматологии
      
   10. Применения в косметологии, лечение угревой сыпи, удаление волос, омоложение кожи и пр.
       

5. Образовательные технологии

Лекционные занятия с использованием мультимедийных средств и лабораторных занятий на экспериментальном оборудовании.


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


Наполнение объема часов самостоятельной работы предусмотрено в виде подготовки к лабораторным работам и выполнения курсовой работы на основе читаемых лекций.


Список контрольных вопросов по освоению основных понятий и положений дисциплины:

1. Сформулируйте предмет изучения биофотоники
   
2. Дайте классификацию физических явлений, лежащих в основе биофотоники и основные примеры применений в биомедицине
   
3. Перечислите и охарактеризуйте основные оптические компоненты и материалы для биофотоники
   
4. Сформулируйте принцип действия световодов и их типы, применяемые в биофотонике.
   
5. Охарактеризуйте типы фотодетекторов, применяемых в биофотонике
   
6. Охарактеризуйте типы наночастиц и области их применений в нанобиофотонике
   
7. Опишите основные источники света для биофотоники
   
8. Представьте основные спектральные методы исследований и дайте их классификацию с точки зрения тканевого, клеточного и молекулярного уровня диагностики биообъекта
   
9. Расскажите о принципах и устройствах систем визуализации и фотонной томографии
   
10. Представьте и охарактеризуйте основные диагностические методы и устройства биофотоники
    

11. Представьте и охарактеризуйте фототерапевтические и хирургические технологии на тканевом уровне
    
12. Представьте и охарактеризуйте фототерапевтические и хирургические технологии на клеточном уровне
    

Текущий контроль успеваемости предусмотрен в виде выдачи заданий на выполнение лабораторных работ по темам курса лекций и еженедельного контроля выполнения лабораторных работ с представлением отчета в печатном виде в стиле экспериментальной научной статьи с введением, постановкой задачи, основной частью, выводами или заключением и полным библиографическим списком, а также в виде отчета по курсовой работе.


7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины «Введение в биофизику сложных систем»


а) основная литература:

1. В.В. Тучин, Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях, 2-е издание, Физматлит, 2010.
   
2. Оптическая биомедицинская диагностика. T.1, 2 / Под ред. Тучина В.В. Пер. с англ. М., Физматлит, 2007.
   
3. Руководство по оптической когерентной томографии / Под ред. Гладковой Н.Д., Шаховой Н.М., Сергеева А.М. М., Физматлит, Медицинская книга, 2007.
   
4. Башкатов А.Н., Генина Э.А., Долотов Л.Е., Правдин А.Б., Тучин В.В. Общий биофизический практикум. Саратов: Изд-во Саратовского университета, 2011.
   

б) дополнительная литература:

5. Узденский А.Б. Клеточно-молекулярные механизмы фотодинамической терапии. Санкт-Петербург, Наука, 2010.
   
6. V.V. Tuchin, Dictionary of Biomedical Optics and Biophotonics, SPIE Press, Bellingham, WA, 2011.
   
7. Ю.С. Скибина, В.В. Тучин, В.И. Белоглазов, Г. Штейнмаеер, Й.Л. Бетге, Р. Веделль, Н. Лангхофф, Фотонно-кристаллические волноводы в биомедицинских исследованиях, Квантовая электроника, Т. 41, № 4-5, 2011.
   

в) Интернет-ресурсы

ссылка скрыта


8. Материально-техническое обеспечение дисциплины

«Введение в биофотонику»


Мультимедийный проектор, компьютер преподавателя, лабораторный практикум, доступ в Интернет.


Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению 011200 Физика и профилю подготовки Биофизика.


Автор:

профессор кафедры оптики и биофотоники,

д.ф.-м.н., профессор В.В. Тучин


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