Методические указания составлены в соответствии с учебным планом и программой по дисциплине «Современные проблемы физики»
Скачать 264.66 Kb.
|
Содержание разделов и тем самостоятельных занятийСамостоятельная работа по дисциплине «Современные проблемы физики» представляется тремя модулями и построена на основе ключевых Нобелевских премий по физике, химии, физиологии и медицине, которые позволяют понять студенту роль физики в открытиях современной химии, биологии и медицины. Модуль 1. «Фундаментальные физические константы» Тема 1. Измерение – ключ современной физики. Новые рекомендованные значения фундаментальных физических постоянных (КОДАТА 2006). Основные физические константы, известные с абсолютной точностью (по определению): скорость света в вакууме, частота сверхтонкого расщепления в цезии, магнитная постоянная, электрическая постоянная. Согласованные и рекомендованные значения физических постоянных: постоянные Джозефсона и фон Клитцинга, масса атома углерода. Физико-химические постоянные. Методы количественной биологии. Основные понятия. Квантование энергии, квант действия = постоянная Планка. Квантование заряда, заряд электрона. Квант магнитного потока. Квант циркуляции. Кванты сопротивления и проводимости. Критические аспекты применения физико-химических постоянных в количественной биологии. Проблема биомаркеров. Модуль 2. «Примеры Нобелевских премий по физике» Тема 2 Квантовый эффект Холла (1985) – смена точки зрения на измерения с высокой точностью. Как и почему изменилась принципиально точка зрения на измерения с точностью более 10 значащих цифр после запятой! Классификация аналитических методов. Требования, предъявляемые к аналитическим методам. Основные стадии анализа. Критерии отбора пробы. Характеристики аналитических методов. РНК интерференция – замалчивание генов (2006). Бактерии при гастрите и язвенной болезни (2005). Обсуждение: что необходимо и достаточно для такой высокой точности измерений (10 значащих цифр) в химии и количественной биологии? Интегральные микросхемы и полупроводниковые гетероструктуры (2000). Реализация идеи интегральных микросхем в ДНК-чипах. Гигантское магнитосопротивление (2007). Использование этого эффекта в системах записи и считывания информации. Тема 3. Мягкое вещество, жидкие кристаллы и полимеры (1991) – идеи де Жена в биологии. От идеи цитоскелета Кольцова (1903) до мягкого вещества де Жена или 90 лет спустя. Применение методов физики конденсированного состояния в фундаментальной механике клетки. Электрокинетические процессы, двойной электрический слой, дзета-потенциал. Оксид азота как сигнальная молекула в сердечно-сосудистой системе (1998). Прионы – новый биологический принцип инфекции (1997). Особенности воздействия внешних полей на биологические частицы (макромолекулы, клетки). Диэлектрофорез, основные принципы диэлектрофореза, диэлектрофорез клеток. «Квантованная» биология Тимофеева-Ресовского. Сверхпроводимость и сверхтекучесть (2003). Коллективные возбуждения Квантование коллективных возбуждений, концепция квазичастиц. Квантование электромагнитных волн. Фотон. Квантование звука. Фонон. Квантование спиновых волн. Магнон. Волны спиновой плотности. Плазмон, экситон, полярон, поляритон, эктон, конформон, боголоны в сверхпроводниках (куперовские пары). Ротоны Фейнмана и вихри Абрикосова. Тема 4. Проблемы физики углерода: графен (2010). Квантовая электродинамика в карандашном следе. Чувствительность графеновых слоев к одиночным атомам на поверхности. Двумерные материалы толщиной в один атом – реальность современной физики. Создание спинового транзистора на графене, новые поколения чипов. Модификация генов эмбриональными стволовыми клетками (2007). Генетический контроль раннего эмбрионального развития (1995). Расщепление генов (1993). Проблемы химии углерода: фуллерен (1996). Современные исследования фуллеренов, применения в медицине. Биоконъюгаты фуллеренов и наночастиц. Конструкции аналитических микрочипов. Методы детектирования в микрочипах. Твердофазная, жидкостная и микрофлюидная экстракция. Модуль 3. «Физика надмолекулярной самоорганизации в химии и биологии» Тема 5. Зеленый флуоресцентный белок (2008), GFP в датчиках, биосенсорах и чипах. Классификация датчиков и биосенсоров. Преобразователи химических сигналов и мультиплексный принцип детектирования. Основные аналитические характеристики сенсоров. Каталитические и аффинные биосенсоры. Иммобилизация биологического материала. Сходства и различия GFP и люцифераз. Люциферазные биосенсоры и чипы. Содержание существующих пособий по биосенсорам. Фрагменты люциферазных чипов (Duke). Сигналы в физике, химии и биологии. Собственные сигналы белков, управляющие их транспортом и локализацией в клетке (1999). Ключевые регуляторы клеточного цикла (2001). Рецепторы запаха и организация обонятельной системы (2004). Тема 6. ЯМР-спектроскопия биомолекул в растворе (2002) и ЯМР томография (2003). ЯМР спектроскопия люцифераз. Перспективы использования биолюминесцентных ферментативных систем в биотестировании. Действие химических соединений на биолюминесцентную реакцию. Влияние молекул на процессы переноса энергии, электрона и водорода в биолюминесцентной системе. Примеры ЯМР томографии. Результаты десятилетнего применения биолюминесцентного анализа в биологии. Точные формулировки границ применимости – от биотестирования до количественной биологии. Специфика клеточной иммунной защиты (1996); 11 Нобелевских премий за иммунитет в течение 110 лет! От Мечникова и Эрлиха до Нобелевской премии 2011: патогенраспознающие рецепторы, врожденный иммунитет от бактерий до человека, роль горизонтального и вертикального переноса генов, иммунитет слизистых, взаимодействие биологических симбиозов. Тема 7. Физика надмолекулярной самоорганизации – роль измерения и фундаментальных физических постоянных в химии и биологии. Микротрубочки и микрофиламенты. Наномашины и бироботы, принципы их создания. Ионные каналы (2003). АТФ-синтаза. Кинезин, миозин, жгутиковый молекулярный двигатель. Неорганические (химические) молекулярные двигатели. Самосборка нанороботов. Устройства адресной доставки лекарств. Медицинская и биоинженерная физика. Физико-химические основы межклеточных коммуникаций. Регулирующие системы человека. Биомеханика человека и биоэнергетика здорового и больного организма. Методология и методы медико-физических исследований и диагностики заболеваний. Устройства и приборы для биологических и медицинских исследований. Физика сенсорных материалов и устройств. Физические принципы преобразования химических и биологических параметров в доступные для использования сигналы в датчиках. Материаловедческие и технологические аспекты формирования чувствительных элементов сенсоров. Синтез адаптивных сенсорных устройств. Физика современных медицинских технологий. Физическое материаловедение. Физика и химия биополимеров. Композиционные материалы. Биологическая совместимость материалов. Воздействие электромагнитного излучения на биологические объекты. Томография. Современные методы обработки информации. Физические методы моделирования биологических процессов. Методы медицинской, микробиологической и экологической диагностики. Биочипы и биокластеры. Селективная биодиагностика и хемотерапия. Модели надмолекулярной самоорганизации в биологических системах. Физические, химические и биологические сценарии происхождения жизни. Теория В. И. Вернадского, его представления о биосфере и эволюции, человек как геологический фактор, ноосфера. Дополнения П.А. Кропоткина о взаимной поддержке в "борьбе за существование". Вклад Н. И. Вавилова в теории гомологических рядов, фенотипических и генотипических признаков (фенов и генов), и в иммунитет растений против инфекционных заболеваний. Технологические платформы биохимической физики. |
Похожие:
 | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерские программы «Биофизика»,... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Биофизика» |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерские программы «Биофизика»,... |  | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология» |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология» | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... ... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Целью изучения дисциплины является формирование представлений об актуальных проблемах и перспективных направлениях биологических... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерские программы «Биофизика»,... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология», магистерская программа 020400.... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 011200. 68 «Физика», магистерская программа 011200.... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и... |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» |
| Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и... | | Методические указания составлены в соответствии с учебным планом... ... |
