Біосенсори

Тип: На вибір студента

Кафедра: біохімії

Навчальний план

СеместрКредитиЗвітність
83Залік

Лекції

СеместрК-сть годинЛекторГрупа(и)
840доцент Нагалєвська М. Р.БЛБ - 44с

Опис курсу

Курс розроблено таким чином, щоб надати учасникам необхідні знання, обов’язкові для розуміння сучасних аспектів будови біосенсорів, різноманіття біорецепторних молекул. Тому у курсі представлено як методологія проведення біосенсорики, так і практичне застосування біосенсорів у різних галузях (моніторингу забруднення навколишнього середовища; виявлення токсичних елементів в їжі та для контролю її якості; виявлення біологічно небезпечних бактерій чи вірусів; виявлення біомаркерів, що використовуються в клінічній діагностиці; застосування в оборонній промисловості).

Програма навчальної дисципліни складається з таких змістових модулів:

  1. Загальна характеристика біосенсорів та рецепторів біорозпізнавання.
  2. Застосування біосенсорів

Метою вивчення вибіркової дисципліни «Біосенсори» є підготовка до науково-дослідницької та педагогічної діяльності, пов’язаної з використанням біохімічних методів аналізу і біосенсорів в медицині, харчовій промисловість, еколого-аналітичному контролі, при проведенні досліджень у галузі молекулярної біології, біохімії, біотехнології, а також споріднених областях, включаючи фармацевтику та нанотехнологію. У результатах освоєння даної дисципліни повинні бути сформульовані уявлення про сучасні методи біоаналізу, про принципи конструювання та функціонування біосенсорів на основі ферментів, антитіл і нуклеїнових кислот, їх використання для вирішення конкретних аналітичних завдань.

Тиждень

Тема занять (перелік питань)

1 Біосенсори: принципи будови та галузі застосування.

Основні етапи та досягнення, що лежать в основі створення біосенсорів Застосування біосенсорів. Характеристики, якими повинні володіти біосенсори.

2 Класифікація біосенсорів на основі типу трансдуктора.

Електрохімічні біосенсори, оптичні біосенсори, п’єзоелектричні біосенсори та термальні біосенсори.

3 Класифікація біосенсорів на основі типу біорозпізнавального елемента. Біосенсори на основі ферментів (ензиматичні біосенсори). Імуносенсори (біосенсори, що базуються на антитілах). РНК- та ДНК-біосенсори.
4 Класифікація біосенсорів на основі типу біорозпізнавального елемента

Цільноклітинні біосенсори. Аптасенсори. Біосенсори на основі пептидів. Біосенсори на основі молекулярно-імпринтованих полімерів (МІР-біосенсори). Техніка іммобілізації.

5 Техніка іммобілізації.

Абсорбція. Ковалентне зв’язування. Захоплення. Поперечне зшивання або кополімеризація. Інкапсуляція. Іммобілізація цілих клітин.

6 Біомаркери в галузі охорони здоров’я.

Переваги використання біомаркерів. Ідеальні характеристики біомаркерів. Біологічні зразки та біомаркери. Персоналізоване здоров’я та технології догляду. Використання біомаркерів у технології біочутливості. Біомаркери в діагностиці захворювань.

7 Біосенсори для виявлення біомаркерів захворювань.

Біомаркери захворювань. Встановлені технології виявлення біомаркерів захворювання. Поверхневі білки. Нові технології виявлення біомаркерів захворювання.

8 Електрохімічні біосенсорні технології в виявленні та діагностиці захворювань.

Біомаркери в клінічних областях. Електрохімічні біосенсори для маркерів пухлин. Електрохімічні біосенсори для маркерів серцево-судинних захворювань. Електрохімічні біосенсори для аутоімунних захворювань.

9 Лабораторні платформи (LOC ‑ Lab-on-Chip) для виявлення та діагностики захворювань.

Платформи безперервного потоку. Платформи LOC на основі паперу. Крапельні LOC платформи. Цифрові мікрофлюїдні платформи LOC. Переносні платформи LOC.

10 Біосенсори для виявлення ДНК та РНК.

Принципи зондування за участю ДНК / РНК. Електрохімічне зондування з використанням ДНК-біосенсорів. Оптичне зондування ДНК з використанням ДНК-біосенсорів. Мікробаланс кварцового кристала та датчики поверхневої акустичної хвилі. Мікрокантиліверсні олігонуклеотидні датчики.

11 Біосенсори для неінвазивних вимірювань.

Біосенсори для виявлення алкоголю та лактату. Неінвазивні електрохімічні та амперометричні біосенсори. Оптичні біосенсори для неінвазивних вимірювань таргетних аналітів.

12 Переносні біосенсори для медичного застосування.

Вимоги та типи переносних сенсорів. Температурні, механічні та електричні сенсори. Біологічне та хімічне зондування. Клінічне застосування.

13 Біосенсори для оцінки якості харчових продуктів

Біосенсори для виявлення акриламіду, нітрозамінів та бензолу в безалкогольних напоях. Біосенсори для оцінки якості риби, м’ясних продуктів, овочів та фруктів. Біосенсори для виявлення харчових алергенів та патогенних бактерій чи токсинів

14 Біосенсори для виявлення наркотичних речовин

Імуносенсори для виявлення героїну та його метаболітів. Біосенсори для виявлення тетрагідроканабіноїдів.

15 Використання біосенсорів для моніторингу навколишнього середовища

Застосування біосенсорів для екологічного моніторингу. Виявлення важких металів, азотних сполук, фенольних та фосфорорганічних сполук. Оцінка наявності гормонів, антибіотиків та забруднення мікроорганізмами 

16 Використання біосенсорів у воєнній сфері

Біологічна зброя та засоби біологічної війни. Використання біосенсорів під час біологічної загрози. Оптичні та електрохімічні біосенсори для аналізу наявності біологічної загрози.

Після завершення цього курсу студент буде:

знати основні типи сучасних біосенсорів, підходи до створення сучасних біоселективних елементів біосенсорів, методи інтеграції живих молекул з неживими трансдукторами, методи вимірювання за допомогою біосенсорів, галузі застосування біосенсорів;

вміти аналізувати та синтезувати інформацію на основі логічних аргументів та перевірених фактів, розуміти основні закономірності іммобілізації ферментів та інші біологічні молекули на поверхнях оптичних та електрохімічних перетворювачів, розуміти аналіз біологічних систем за допомогою біосенсорів, визначати та вимірювати параметри організму людини, моделювати процеси, що відбуваються в біосенсорах під час вимірів, робити якісні, науково-обґрунтовані висновки.

Рекомендована література

Основна література:

  1. Malhotra B. D., Pandey C. M. Biosensors: Fundamentals and Applications. Smithers Information Ltd., 2017 – 272 р.
  2. Higson S. Biosensors for medical applications. Woodhead Publishing Limited, 2012 – 352 р.
  3. Cooper J. M., Cass A.E.G. Biosensors. Second edition. A Practical Approach, Oxford University Press, 2003– 293 р.
  4. Evtugyn G. Biosensors: Essentials. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2014– 274 р.

Додаткова література:

  1. Altintas Z. Biosensors and Nanotechnology. Applications in Health Care Diagnostics. John Wiley & Sons, Inc. 2018 – 385 р.
  2. Nikolelis D. P., Varzakas T., Erdem A., Nikoleli G.-P. Portable Biosensing of Food Toxicants and Environmental Pollutants, CRC Press Taylor & Francis Group, 2014 – 800 р.
  3. Marks R. S., Cullen D. C., Karube I., Lowe C. R., Weetall H. H. Handbook of Biosensors and Biochips. John Wiley & Sons, Ltd., 2008 – 1242 р.
  4. Malhotra B. D., Ali Md. A. Nanomaterials for Biosensors Fundamentals and Applications. Elsevier Inc., 2018 – 320 р.
  5. Asal, M., Özen, О., Şahinler, M., Baysal, H. and Polatoğlu О. An overview of biomolecules, immobilization methods and support materials of biosensors, Sensor Review, 2019, 39 (3): 377-386.
  6. Kim J, Campbell AS, de Ávila BE, Wang J. Wearable biosensors for healthcare monitoring. Nat Biotechnol. 2019; 37(4): 389-406.