Квантова біофізика

Мета – формування базових знань, що дозволяють орієнтуватися в термінології і напрямках квантової біофізики як сукупності технологічних методів, що застосовуються для вивчення принципів біофізичних процесів у живому організмі; фізичних методів діагностики захворювань і дослідження біологічних систем; впливу фізичних факторів на організм людини при її лікуванні; фізичних властивостей матеріалів, які використовуються в медицині та фармації; фізичних властивостей і характеристик оточуючого середовища.

Завдання навчальної дисципліни:  ознайомити з основними поняттями квантової біофізики та розглянути сучасний стан і перспективи розвитку; вивчити основні принципи формування донорно-акцепторні властивості біологічних молекул; поглинання світла речовиною і люмінесценція з точки зору електронних переходів; узагальнити і систематизувати відомості про хімічні властивості фотопродуктів та механізми хемілюмінесценції, їх властивості, методи дослідження; навчити вмінню самостійного пошуку і аналізу інформації, використання її в процесі науково-практичної діяльності. 
 
 
Основні результати навчання
 
Застосовувати знання основ математики, фізики та біофізики, біоінженерії, хімії, механіки, електроніки, інформатики, отримання та аналізу сигналів і зображень, автоматичного управління, системного аналізу та методів прийняття рішень на рівні, необхідному для вирішення задач біомедичної інженерії.

Уміти застосовувати знання у практичних ситуаціях. 

Уміти використовувати інформаційні і комунікаційні технології для вирішення різних дослідницьких і професійних завдань. 
 
Форми організації освітнього процесу та види навчальних занять
Л – лекційні заняття; СРС – самостійна робота здобувача вищої освіти; ПЗ – практичні заняття – практична підготовка до й активна участь в обговоренні питань і виконанні завдань безпосередньо на занятті; К – консультації викладача; РГР – розрахунково-графічна робота; МКР – модульна контрольна робота.

 
Тематика та види навчальних занять
 
1 тиждень

Л1. Введення в квантову біофізику. Елементи квантової біофізики.
ПЗ№1. Випромінювання і поглинання світла атомами і молекулами. Енергетичні рівні атома. Квантові числа. Види стаціонарних станів.
СРС, К, РГР та початок 1 етапу.

2 тиждень

Л2. Закони теплового випромінювання. Характеристики світлового випромінювання.
ПЗ№2. Електронні переходи в молекулах. Поглинання монохроматичного світла розчинами. Закон Бугера-Ламберта-Бера.
СРС, К.

3 тиждень

Л3. Властивості фотона. Властивості електрона. Інтерференція матеріальної хвилі електрона в атомі.
ПЗ№3. Рівняння Шредінгера. Рівні енергії електрона в потенційному ящику. Електронні орбіталі і електронні переходи. Електронні переходи в молекулах.
СРС, К

4 тиждень

Л4. Спектри пропускання та спектри поглинання. Спектрофотометри.
ПЗ№4. Спектри поглинання деяких біологічно важливих сполук. Молекулярні спектри.
СРС, К, РГР та початок 2 етапи.

5 тиждень

Л5. Якісний і кількісний спектрофотометричний аналіз.
ПЗ№5. Електронні переходи в молекулах при поглинанні та випромінюванні фотонів. Кількісні закони поглинання монохроматичного світла розчинами.
СРС, К.

6 тиждень

Л6. Явище люмінесценції. Види люмінесценції. Електронні переходи в збудженої молекули. Закони фотолюмінесценції.
ПЗ№6. Електронні переходи в збудженої молекули і основні закони люмінесценції. Зв'язок інтенсивності люмінесценції з концентрацією речовини Люмінесцентний аналіз.
СРС, К.
 
7 тиждень
 
Л7. Прилади для реєстрації люмінесценції. Флуоресцентні зонди і мітки.
ПЗ№7. Вплив мікрооточення на спектри і квантовий вихід люмінесценції. Застосування фотолюмінесценції в медицині.
СРС, К, МКР1
 
8 тиждень
 
Л8. Оптичні квантові генератори. Принципи пристрою. Властивості лазерного випромінювання. Застосування в медицині.
ПЗ№8. Дослідження гіпотези про механізм дії лазерного випромінювання на біологічні об'єкти.
СРС, К.

9 тиждень

Л9. Іонізуюче випромінювання. Види іонізуючого випромінювання.
ПЗ№9. Вивчення та аналіз видів іонізуючого випромінювання.
СРС, К, РГР та початок етапу 3

10 тиждень

Л10. Рентгенівське випромінювання. Фізичні основи застосування в медицині.
ПЗ№10. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. Дозиметрія іонізуючого випромінювання. Захист від іонізуючого випромінювання.
СРС, К.

11 тиждень
 
Л11. Хемілюмінесценція і її застосування в медицині. Види хемілюмінесценції в біологічних системах.
ПЗ№11. Фітобіологічні процеси і їх стадії. Фотохімічний (фітобіологічні) спектр дії.
СРС, К
 
12 тиждень

Л12. Дія лазерного випромінювання на біологічні тканини. Будова і фізичні властивості біологічних мембран.
ПЗ№12. Форми маломірного руху в БМ. Моделі мембран. Потенціал спокою. Механізм генерації і поширення потенціалу дії.
СРС, К

13 тиждень

Л13. Лазери. Спонтанне випромінювання. Вимушене випромінювання. Застосування лазерів в медицині.
ПЗ№13. Середа з інверсної заселеністю рівнів. Використання позитивного зворотного зв'язку (оптичного резонатора). Дія лазерного випромінювання на біологічні тканини. СРС, К, РГР та етап 4

14 тиждень

Л14. Дія УФ-випромінювання на нуклеїнові кислоти. Дія ультрафіолету на біологічні мембрани.
ПЗ№14. Дослідження і взаємодії оптичного випромінювання (П + ІК) на біологічні тканини.
СРС, К

15 тиждень

Л15. Фотобіологічні процеси. Поняття і стадії фотобиологических процесів. Фотофізіка і фотохимия. Молекулярний механізм первинних стадій.
ПЗ№15. Спектр дії фотохімічної реакції. Сенсибілізовані фотобіологічні процеси. Застосування в медицині.
СРС, К, МКР 2

Індивідуальна робота
 
Виконується РГР
 
Мета РГР – розвиток самостійності студентів у доборі та опрацюванні джерел інформації з визначеної теми, удосконалення вмінь обирати суттєве, основне, а також давати оцінку проаналізованому та робити змістовні висновки.

Виконання реферативної роботи складається з 4 етапів: 
 
1-3 тиждень – етап 1 – вибір та затвердження теми, попередній вибір наукових джерел, складання плану дослідження. 
 
5-7 тиждень – етап 2 – обговорення теми, остаточний відбір наукових джерел, визначення методики та розробка інструментарію дослідження, підготовка чорнового варіанту реферативної роботи. 
 
9-11 тиждень – етап 3 – отримання відгуку від наукового керівника, редагування та підготовка до захисту (презентація+доповідь).
 
13-15 тиждень – етап 4 – публічний захист.
 
Самостійна робота
Самостійна робота складається з творчого сприйняття й осмислення навчального матеріалу протягом лекцій, підготовки до практичних занять, виконання індивідуальних контрольних завдань та курсової роботи.
 
Самостійна робота складає 120 годин. Розподіл самостійної роботи за видами навчальних робіт:
1) підготовка до лекційних занять – 30 годин;
2) підготовка до практичних занять та виконання індивідуальних контрольних завдань – разом 30 години;
3) виконання РГР – 30 годин;
4) підготовка до екзамену – 30 годин.
 
Процедура оцінювання

Система оцінювання рівня навчальних досягнень ґрунтується на принципах ЄКТС та є накопичувальною. Студенти впродовж семестру готуються до лекційних та практичних занять, виконують дві модульні контрольні роботи. Для забезпечення оперативного контролю за успішністю та якістю рівня навчальних досягнень здобувачів вищої освіти дисципліна поділяється на два семестрові модулі. Кожний модуль оцінюється у максимально можливі 50 балів. 
 
Максимальна сума накопичувальних балів в кожному модульному контролі – по 20 балів, а саме: у 1 модулі – вирішення практичних завдань на ПЗ (10 балів), РГР –  10 бали; у 2 модулі – вирішення практичних завдань на ПЗ (10 балів), РГР – 10 бали. 
 
Максимальна оцінка за кожну модульну контрольну роботу складає – 30 балів. Модульні контрольні роботи № 1 та № 2 виконуються у письмовій формі. Модульна робота складається з теоретичної частини (2 запитання) та практичної частини (2 задачі). Відповідь на кожне теоретичне питання оцінюється максимум 10 балами (разом за теоретичну частину 20 балів). Правильне розв’язання задачі оцінюється у 5 балів (разом за практичну частину 10 балів).
 
Індивідуальне завдання. Бездоганне та своєчасне виконання та захист РГР оцінюється у 20 балів (по 10 балів у семестровому модулі 1 та 2), які складаються зі змістовного розкриття теми, аналізу наукової думки з проблематичного питання відповідно до тематики РГР та публічного захисту роботи. Робота має бути оформлена згідно зі стандартами та методичним забезпеченням дисципліни. Усі етапи РГР (4 етапи) оцінюється максимум у 5 балів, за представлення результатів роботи, через доповідь та відповідь на додаткові запитання під час захисту.

Умови допуску до підсумкового контролю
До іспиту допускаються здобувачі вищої освіти, які виконали всі види навчальних елементів навчальної дисципліни не менш, ніж на 60 %. Екзамен відбувається за всіма тематичними (змістовними) модулями дисципліни. Складання/перескладання екзамену відбувається за встановленим деканатом розкладом.
 
 
Політика освітнього процесу

Здобувач зобов’язаний своєчасно та якісно виконувати всі отримані завдання, відвідувати консультації викладача з метою з’ясування всіх не зрозумілих під час самостійної та індивідуальної роботи питань. Такій підхід сприяє формуванню академічної культури та академічної доброчесності, здобуттю навичок самостійної роботи і формування відповідних компетентностей, як для успішного навчання на відповідному освітньому рівні, так і для майбутньої професійної діяльності.

Викладач на першому аудиторному занятті надає повну інформацію щодо усіх складових дисципліни, роз’яснює кількісне та якісне наповнення змістовних модулів, рекомендує відповідну фахову літературу, інформує щодо критеріїв оцінювання рівня навчальних досягнень здобувача з усіх видів та форм навчання та термінів контрольних заходів. 

Викладач здійснює консультації відповідно до затвердженого завідувачем кафедри графіка консультацій.

Відсутність здобувача на МКР відповідає оцінці «0». 
 
Складання/перескладання  заліку відбувається за встановленим деканатом розкладом. 
 
Під час Л, ПЗ, МКР, Е користуватися телефоном заборонено.

Заборонено використання будь-яких літературних джерел, конспектів лекцій, шпаргалок під час проходження модульних контролів з дисципліни.