Квантова біофізика

Мета вивчення дисципліни: 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.

Практичне значення та використання отриманих знань: Розуміння змісту основних понять квантової біофізики, сучасного стан і перспектив розвитку. Вивчення основних принципів формування донорно-акцепторних властивостей біологічних молекул; поглинання світла речовиною і люмінесценції з точки зору електронних переходів. Вміння узагальнити і систематизувати відомості про хімічні властивості фотопродуктів та механізми хемілюмінесценції, їх властивості, методи дослідження. Навчитися вмінню самостійного пошуку і аналізу інформації та використанню її в процесі науково-практичної діяльності.
Тематика та види навчальних занять

Для денної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Введення в квантову біофізику. Елементи квантової біофізики».
Лекція 2. «Закони теплового випромінювання. Характеристики світлового випроміню-вання».
Лекція 3. «Властивості фотона та електрона. Інтерференція матеріальної хвилі електрона в атомі».
Лекція 4. «Спектри пропускання та спектри поглинання. Спектрофотометрія».
Лекція 5. «Якісний і кількісний спектрофотометричний аналіз».
Лекція 6. «Явище люмінесценції. Види люмінесценції. Електронні переходи в збудженої молекули. Закони фотолюмінесценції».
Лекція 7. «Прилади для реєстрації люмінесценції. Флуоресцентні зонди і мітки».
Лекція 8. «Оптичні квантові генератори. Принципи пристрою. Властивості лазерного випромінювання. Застосування в медицині».
Лекція 9. «Іонізуюче випромінювання. Види іонізуючого випромінювання».
Лекція 10. «Рентгенівське випромінювання. Фізичні основи застосування в медицині».
Лекція 11. «Хемілюмінесценція і її застосування в медицині. Види хемілюмінесценції в біологічних системах».
Лекція 12. «Дія лазерного випромінювання на біологічні тканини. Будова і фізичні властивості біологічних мембран».
Лекція 13. «Лазери. Спонтанне випромінювання. Вимушене випромінювання. Застосування лазерів в медицині».
Лекція 14. «Дія УФ-випромінювання на нуклеїнові кислоти. Дія ультрафіолету на біологічні мембрани».
Лекція 15. «Фото-біологічні процеси. Поняття і стадії фото-біологічних процесів. Фото-фізика та фото-хімія. Молекулярний механізм первинних стадій».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Випромінювання і поглинання світла атомами і молекулами. Енергетичні рівні атома. Квантові числа. Види стаціонарних станів. Електронні переходи в молекулах. Поглинання монохроматичного світла розчинами. Закон Бугера-Ламберта-Бера».
Мета заняття: засвоїти поняття енергетичні рівні атома, квантові числа, види стаціонарних станів, придбати навички використання закону Бугера-Ламберта-Бера для обчислення інтенсивності світла в середовищі.
Практичне заняття №2 «Рівняння Шредінгера. Рівні енергії електрона в потенційному ящику».
Мета заняття: придбати навички використовувати рівняння Шредінгера для обчислення характеристик потенційного ящику.
Практичне заняття №3 «Спектри поглинання деяких біологічно важливих сполук. Молекулярні спектри».
Мета заняття: придбати навички використовувати теоретичний лекційний матеріал для аналізу молекулярних спектрів.
Практичне заняття №4 «Електронні переходи в молекулах при поглинанні і випромінюванні фотонів. Кількісні закони поглинання монохроматичного світла розчинами. Електронні переходи в збудженої молекули і основні закони люмінесценції. Зв'язок інтенсивності люмінесценції з концентрацією речовини».
Мета заняття: провести розрахунок переходів при поглинанні та випромінюванні фотонів, ознайомитись на практиці з характеристиками люмінесцентного аналізу.
Практичне заняття №5. «Вплив мікрооточення на спектри і квантовий вихід люмінесценції. Застосування фотолюмінесценції в медицині. Дослідження гіпотези про механізм дії лазерного випромінювання на біологічні об'єкти».
Мета заняття: ознайомитись з поняттям та застосуванням фотолюмінесценції в медицині, придбати навички використовувати теоретичний лекційний матеріал для аналізу та дослідження механізму дії лазерного випромінювання на біологічні об'єкти.
Практичне заняття №6. «Вивчення та аналіз видів іонізуючого випромінювання. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. Дозиметрія іонізуючого випромінювання. Захист від іонізуючого випромінювання».
Мета заняття: придбати навички використовувати теоретичний лекційний матеріал для аналізу видів іонізуючого випромінювання, провести розрахунок радіоактивності та застосування закону радіоактивного розпаду.
Практичне заняття №7. «Дослідження і взаємодії оптичного випромінювання (П+ІК) на біологічні тканини. Спектр дії фотохімічної реакції. Сенсибілізовані фото-біологічні процеси».
Мета заняття: провести аналіз дослідження та взаємодії оптичного випромінювання на біологічні тканини, провести аналіз спектрів дії фотохімічної реакції.

Для заочної форми здобуття освіти

Лекційні заняття
Лекція 1. «Введення в квантову біофізику. Елементи квантової біофізики. Закони теплового випромінювання. Характеристики світлового випромінювання. Властивості фотона та електрона. Інтерференція матеріальної хвилі електрона в атомі. Спектри пропускання та спектри поглинання. Спектрофотометрія. Явище люмінесценції. Закони фотолюмінесценції. Прилади для реєстрації люмінесценції. Флуоресцентні зонди і мітки. Оптичні квантові генератори. Властивості лазерного випромінювання».
Лекція 2. «Хемілюмінесценція і її застосування в медицині. Дія лазерного випромінювання на біологічні тканини. Будова і фізичні властивості біологічних мембран. Лазери. Спонтанне випромінювання. Вимушене випромінювання. Застосування лазерів в медицині. Дія УФ-випромінювання на нуклеїнові кислоти. Дія ультрафіолету на біологічні мембрани. Фото-біологічні процеси. Поняття і стадії фото-біологічних процесів. Фото-фізика та фото-хімія. Молекулярний механізм первинних стадій».

Практичні заняття
Практичне заняття №1. «Випромінювання і поглинання світла атомами і молекулами. Закон Бугера-Ламберта-Бера. Радіоактивність. Закон радіоактивного розпаду. Дозиметрія іонізуючого випромінювання. Захист від іонізуючого випромінювання».
Мета заняття: засвоїти поняття енергетичні рівні атома, квантові числа, види стаціонарних станів, придбати навички використання закону Бугера-Ламберта-Бера для обчислення інтенсивності світла в середовищі, придбати навички використовувати теоретичний лекційний матеріал для аналізу видів іонізуючого випромінювання, провести розрахунок радіоактивності та застосування закону радіоактивного розпаду.

Консультації здійснюються впродовж семестру згідно встановленого розкладу.
Індивідуальна робота

Для денної форми здобуття освіти

Непередбачено навчальним планом.

Для заочної форми здобуття освіти

Контрольна робота
Завдання для виконання контрольної роботи здобувач отримує на установчій лекції.
Робота містить 50 теоретичних питань у вигляді тесту, якій оцінюється максимально у 100 балів. Контрольна робота зарахована, якщо здобувач набрав не менше 60 балів.
Термін надання виконаної контрольної роботи на перевірку – не пізніше, ніж за місяць до початку сесії.

Форми контрольних заходів та оцінювання результатів навчання

Для денної форми здобуття освіти

Поточний контроль полягає у виконанні:
1) 2-х контрольних завдань. Контрольні завдання виконуються письмово і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до мети та завдань практичних занять. Бездоганне виконання контрольних завдання №1 та №2 оцінюється по 6 балів; разом 12 балів;
2) виконання практичних робіт. Практичні роботи (7 робіт) виконуються письмово та на комп’ютері і полягають в розв'язуванні типових задач відповідно до мети та завдань роботи. Бездоганне виконання практичних робіт оцінюється у 4 бали, разом 28 балів;
3) двох модульних контрольних робіт, які складаються з теоретичних питань та проводяться у формі комп'ютерного тестування. Бездоганне виконання кожної модульної контрольної роботи становить 30 балів (в кожному завданні модульної контрольної роботи наведено максимальну кількість балів за виконання кожного завдання); разом 60 балів.

Для заочної форми здобуття освіти

Захист контрольної роботи. Бездоганне виконання контрольної роботи оцінюється у 60 балів. При її захисті студент може отримати до 40 балів. Разом – 100 балів.
Підсумковий контроль – екзамен. Екзамен усний. Максимальна оцінка, яку може отримати студент – 100 балів.