Код: 317341

Назва:

Біосенсорні технології

Анотація: Курс "Біосенсорні технології" знайомить студентів з сучасною міждисциплінарною галуззю науки, а саме біосенсорикою, яка виникла на межі біології, хімії, фізики та математики. В курсі детально розглядаються передумови виникнення біосенсорики та основні етапі її розвитку, принципи розробки та створення біосенсорів, що складаються з біоселективних елементів (біологічних макромолекул - ензимів, антитіл, рецепторів, нуклеїнових кислот, а також клітин мікроорганізмів, тканин, тощо) та фізичних перетворювачів біологічного сигналу, який виникає при розпізнаванні відповідних аналітів біологічними чутливими елементами. В курсі розглядаються фундаментальні принципи роботи сучасних фізичних перетворювачів біологічного сигналу в електричний, принципи та фізико-хімічні основи іммобілізації біологічних макромолекул на поверхні фізичних перетворювачів, фундаментальні принципи роботи біосенсорів, створених на основі каталітичних та афінних чутливих елементів, а також штучних аналогів біологічних рецепторів - полімерів-біоміметиків. Крім того, значну увагу приділено сучасним напрямкам розвитку біосенсорики, а саме, застосуванню наноматеріалів при розробці біоселективних елементів таких пристроїв, а також використанню сучасних цифрових технологій у створенні біосенсорів.

Тип дисципліни: нормативна

Рік навчання: І

Семестр: весняний

Кількість кредитів: 3,5

Форма контролю: екзамен

Викладач(і): Сергеєва Т.А., доктор біологічних наук, доцент

Результати навчання: у результаті вивчення дисципліни студент повинен:
- знати базові поняття, терміни та методи, що застосовуються у біосенсориці,
- знати підходи до створення біоаналітичних пристроїв нового покоління - біосенсорів,
- знати сутність методів інтеграції біологічних макромолекул з фізичними перетворювачами, а також основні підходи до створення біосенсорів різних типів,
- знати підходи до синтезу штучних аналогів біологічних макромолекул (біоміметиків),
- мати фундаментальні знання щодо принципів роботи фізичних перетворювачів сигналу та біохімічних реакцій, що лежать в основі функціонування сенсорів каталітичного типу та афінних сенсорів,
- знати основні класи наноматеріалів та принципи їх застосування у біосенсориці.
- творчо використовувати отримані фундаментальні знання у сфері професійної діяльності для розв'язання нових задач у галузі аналітичної біотехнології, біохімії, молекулярної біології, використовувати у навчальній, дослідницькій та викладацькій діяльності знання щодо розробки, створення та застосування як біосенсорів/сенсорних систем та методів із залученням сучасних технологій, так і традиційних біохімічних, імунохімічних та фізико-хімічних методів.
- застосовувати базові знання з сучасної аналітичної біотехнології під час вивчення інших дисциплін професійно-фахової підготовки,
- ефективно формувати комунікаційну стратегію у професійній діяльності,
- нести відповідальність за вибір і тактику способу комунікації та за свої рішення,
- застосовувати знання у професійній діяльності з урахуванням новітніх досягнень, у т.ч. для дослідницької роботи,


Спосіб навчання: аудиторний, дистанційний

Необхідні обовязкові попередні й супутні модулі: "Біохімія", "Генетика", "Молекулярна біологія", "Імунологія", "Біоінформатика", "Аналітична хімія", "Фізична хімія", "Органічна хімія", "Фізика", "Вища математика".

Зміст дисципліни: Вступ до біосенсорики. Передумови виникнення біосенсорики. Визначення біосенсору. Класифікації біосенсорних пристроїв. Типи біоселективних елементів та перетворювачів. Переваги та недоліки. Основні робочі характеристики біосенсорів. Іммобілізація біомолекул на поверхні фізичних перетворювачів. Фізична іммобілізація (адсорбція, включення до складу інертного полімеру, просторове відділення за допомогою напівпроникної мембрани, застосування афінних взаємодій). Хімічна іммобілізація (ковалентна іммобілізація на поверхні фізичного перетворювача, основні типи реакцій) Іммобілізація у полімерних матрицях із застосуванням біфункціональних зшиваючих агентів. Фізичні перетворювачі біологічного сигналу. Сенсори на основі електрохімічних перетворювачів. Амперометричні біосенсори. Типи амперометричних сенсорів та принципи їх роботи. Типи електродів для амперометричного методу вимірювань. Потенціометричні біосенсори на основі іон-селективних польових транзисторів (ІСПТ). Принцип роботи сенсорів на основі ІСПТ. Приклади потенціометричних ензимосенсорів. Кондуктометричні біосенсори. Принцип кондуктометричного методу вимірювань. Типи електродів для кондуктометричних вимірів. Приклади кондуктометричних ензимосенсорів. Біосенсори на основі оптичних перетворювачів, оптичних волокон, спектрометрів поверхневого плазмонного резонансу, п'єзоелектричних перетворювачів та термісторів. Селективні елементи біосенсорів каталітичного типу. Сенсори на основі іммобілізованих ферментів, мікроорганізмів, живих тканин, надмолекулярних клітинних структур, штучних ферментів. Селективні елементи біосенсорів некаталітичного типу. Афінні сенсори. Імуносенсори. Селективні елементи біосенсорів некаталітичного типу. ДНК-сенсори, аптасенсори. Сучасні підходи до створення нового покоління біосенсорів. Сенсори на основі біоміметиків. Принцип молекулярного імпринтингу. Ковалентний та нековалентний молекулярний імпринтинг. Класифікація молекулярно-імпринтованих полімерів (МІП). Основні складові МІП. Застосування МІП у аналітичній біотехнології як альтернативи антитілам, рецепторам та ферментам. Наноматеріали у біосенсориці. Визначення. Основні класи наноматеріалів. Квантові точки у біосенсориці. Вуглецеві наноматеріали для створення біосенсорів. Наночастинки металів та магнітні частинки у біосенсориці.


Рекомендована література: 1. С.В.Дзядевич, О.П.Солдаткін. Наукові та технологічні засади створення мініатюрних електрохімічних біосенсорів. / Київ: Наукова думка, 2006.
2. .P.Serra, Biosensors. / Intech, 2010.
3. J.Y.Yoon, Introduction to biosensors. From electric circuits to immunosensor. / Springer, 2013.
4. F.G.Banica. Chemical sensors and biosensors. Fundamentals and applications / John Willey and Sons, LTD, 2012.
5. М. Тривен, Иммобилизованные ферменты. / Москва: Мир, 1983
6. B. Sellergren, ed., Molecularly Imprinted Polymers, Man-Made Mimics of Antibodies and their Application in Analytical Chemistry Vol.23, Elsevier Science, 22 December 2000.
7. S.Lim S.Cao, S.Piletsky, A.P.F.Turner, Molecularly imprinted catalysts. / Elevier, 2016.
8. Періодичні видання : Biosensors and Bioelectronics, Analytica Chimica Acta, Sensors and Actuators B, Materials Science and Engineering C, Talanta, Electroanalysis.


Форми та методи навчання: лекції (18 год.), семінарські заняття (16 год.), самостійна робота (71 год.).

Методи й критерії оцінювання: рейтингове оцінювання за 100-бальною системою: поточний контроль - 70 балів (опитування, індивідуальні завдання та виступи на семінарських заняттях, поточні контрольні роботи); підсумковий контроль - 30 балів (екзамен)

Мова навчання: українська