Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Wydział Technologii i Inżynierii Chemicznej - Nanotechnologia (S2)

Sylabus przedmiotu Chemosensory i biosensory w technologii nano:

Informacje podstawowe

Kierunek studiów Nanotechnologia
Forma studiów studia stacjonarne Poziom drugiego stopnia
Tytuł zawodowy absolwenta magister inżynier
Obszary studiów nauk technicznych, studiów inżynierskich
Profil ogólnoakademicki
Moduł
Przedmiot Chemosensory i biosensory w technologii nano
Specjalność Nanonauki i nanotechnologie
Jednostka prowadząca Instytut Technologii Chemicznej Nieorganicznej i Inżynierii Środowiska
Nauczyciel odpowiedzialny Ryszard Kaleńczuk <Ryszard.Kalenczuk@zut.edu.pl>
Inni nauczyciele
ECTS (planowane) 1,0 ECTS (formy) 1,0
Forma zaliczenia egzamin Język polski
Blok obieralny Grupa obieralna

Formy dydaktyczne

Forma dydaktycznaKODSemestrGodzinyECTSWagaZaliczenie
wykładyW2 15 1,01,00egzamin

Wymagania wstępne

KODWymaganie wstępne
W-1Matematyka
W-2Fizyka

Cele przedmiotu

KODCel modułu/przedmiotu
C-1Celem przedmiotu jest zapoznanie Studenta z zagadnieniami z zakresu działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.

Treści programowe z podziałem na formy zajęć

KODTreść programowaGodziny
wykłady
T-W-1Definicja sensora chemicznego i biosensora. Typy sensorów chemicznych. Podział biosensorów ze względu na ogólną zasadę działania. Podział chemosensorów i biosensorów ze względu na rodzaj używanego czujnika (elektrochemiczne, pół-przewodnikowe, optyczne, piezoelektryczne, entalpimetryczne i inne).Sensory elektrochemiczne - potencjometryczne, amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne. Elektrody jonoselektywne (budowa, typy i zastosowania). Amperometryczne elektrody tlenowe.Sensory półprzewodnikowe.2
T-W-2Budowa i zasada działania tranzystorów polowych. Tranzystory polowe z bramką sterowaną sygnałem chemicznym: jonoselektywne, czułe na wodór i amoniak. BIOSFET - tranzystory polowe z bramką sterowaną działaniem materiału biologicznego. Rezystory półprzewodnikowe. Czujniki pojemnościowe. Adresowane światłem sensory potencjometryczne.2
T-W-3Podstawy fizyczne metod optycznych: absorpcja promieniowania, fluorescencja, chemi-luminescencja, elektrochemiluminescencja, bioluminescencja. Czujniki optyczne do oznaczania pH, tlenu, jonów metali. Światłowody, konstrukcja, zasada działania. Wykorzystanie światłowodów w chemo- i biosensorach. Zjawisko fali zanikającej i jego zastosowanie w biosensorach optycznych. Elektronowy rezonans plazmowy (SPR). Lustro rezonansowe. Zjawisko piezoelektryczne. Zastosowanie kryształu piezoelektrycznego jako czujnika masowego (mikrowaga kwarcowa). Czujniki wykorzystujące fale akustyczne w kryształach piezoelektrycznych. Wykorzystanie ciepła reakcji do konstrukcji sensorów entalpimetrycznych. Termistory.3
T-W-4Omówienie materiału biologicznego stosowanego do konstrukcji biosensorów: enzymy, tkanki, organelle komórkowe (mitochondria, chloroplasty), mikroorganizmy (bakterie, drożdże, algi jednokomórkowe), organizmy wyższe i ich organy (np. owady i ich czułki), przeciwciała, kwasy nukleinowe (DNA), inne związki biologicznie czynne (hemoglobina, lektyny roślinne). Organizmy wskaźnikowe jako biosensory. Sposoby immobilizacji materiału biologicznego na biosensorach: adsorpcja, sieciowanie, pułapkowanie w żelach polimerowych, wiązanie kowalencyjne, mikrokapsułkowanie.3
T-W-5Rozwój amperometrycznych elektrod enzymatycznych na przykładzie najczęściej używanej elektrody do oznaczania glukozy. Elektrody pierwszej, drugiej, trzeciej generacji. Parametry operacyjne sensorów: zakres pomiarowy, czułość, selektywność, czas życia operacyjny i podczas przechowywania.2
T-W-6Metody pomiarowe: oparte na krzywej kalibracyjnej i metoda wewnętrznego wzorca. Użycie sensorów w przepływowej analizie wstrzykowej (FIA). Zastosowania chemo- i biosensorów: medycyna,kontrola produkcji i analiza żywności, kontrola procesów biotechnologicznych, ochrona środowiska, bezpieczeństwo zewnętrzne i wewnętrzne, medycyna sportowa, badania naukowe. Komercjalizacja.Sensory biomimetyczne: sztuczny nos, sztuczny język, imprinting.Perspektywy: dalsza miniaturyzacja biosensorów, łączenie materiału biologicznego i półprzewodników w jeden biochip, łączenie wielu funkcji w jednym, złożonym sensorze, komercjalizacja nowych biosensorów, obniżka kosztów.3
15

Obciążenie pracą studenta - formy aktywności

KODForma aktywnościGodziny
wykłady
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Zapoznanie się z dostępną literaturą5
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu8
A-W-4Konsultacje u prowadzącego zajecia2
30

Metody nauczania / narzędzia dydaktyczne

KODMetoda nauczania / narzędzie dydaktyczne
M-1Wykład wspomagany prezentacją multimedialną.

Sposoby oceny

KODSposób oceny
S-1Ocena podsumowująca: Egzamin pisemny obejmujacy zagadnienia omawiane na wykładzie.

Zamierzone efekty kształcenia - wiedza

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
Nano_2A_D1-04_W01
Student ma szczegółową wiedzę z zakresu zasad działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
Nano_2A_W02T2A_W01, T2A_W02, T2A_W03, T2A_W06InzA2_W01, InzA2_W05C-1T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6M-1S-1

Zamierzone efekty kształcenia - umiejętności

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
Nano_2A_D1-04_U01
Student potrafi dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii.
Nano_2A_U07, Nano_2A_U08, Nano_2A_U12, Nano_2A_U14T2A_U08, T2A_U09, T2A_U12, T2A_U13, T2A_U18, T2A_U19InzA2_U01, InzA2_U02, InzA2_U05, InzA2_U06, InzA2_U07, InzA2_U08C-1T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6M-1S-1

Zamierzone efekty kształcenia - inne kompetencje społeczne i personalne

Zamierzone efekty kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówOdniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaOdniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraCel przedmiotuTreści programoweMetody nauczaniaSposób oceny
Nano_2A_D1-04_K01
Student wykazuje aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
Nano_2A_K02, Nano_2A_K03T2A_K02, T2A_K03, T2A_K04, T2A_K05, T2A_K06InzA2_K01, InzA2_K02C-1T-W-1, T-W-2, T-W-3, T-W-4, T-W-5, T-W-6M-1S-1

Kryterium oceny - wiedza

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
Nano_2A_D1-04_W01
Student ma szczegółową wiedzę z zakresu zasad działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
2,0Student nie opanował lub opanował w stopniu niewystarczającym wiedzy w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
3,0Student opanował w stopniu dostatecznym wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 60 %.
3,5Student opanował w stopniu większym, niż dostateczny, wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 70 %.
4,0Student opanował w stopniu dobrym wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 80 %.
4,5Student opanował w stopniu większym, niż dobry, wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 90 %.
5,0Student w pełni opanował wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.

Kryterium oceny - umiejętności

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
Nano_2A_D1-04_U01
Student potrafi dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii.
2,0Student nie potrafi lub potrafi w stopniu niewystarczającym dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistycznych metod i procedur pomiarowych oraz określić zakresu stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii.
3,0Student potrafi w stopniu dostatecznym dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 60 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
3,5Student potrafi w stopniu większym, niż dostateczny dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 70 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
4,0Student potrafi w stopniu dobrym dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 80 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
4,5Student potrafi w stopniu większym, niż dobry dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 90 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
5,0Student w pełni potrafi dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 80 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.

Kryterium oceny - inne kompetencje społeczne i personalne

Efekt kształceniaOcenaKryterium oceny
Nano_2A_D1-04_K01
Student wykazuje aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
2,0Student nie wykazuje lub wykazuje w stopniu niewystarczającym aktywnej postawy przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz nie potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
3,0Student wykazuje w stopniu dostatecznym aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
3,5Student wykazuje w stopniu większym, niż dostateczny aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
4,0Student wykazuje w stopniu dobrym aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
4,5Student wykazuje w stopniu większym, niż dobry aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
5,0Student w pełni wykazuje aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.

Literatura podstawowa

  1. Z. Brzózka, W. Wróblewski, Sensory Chemiczne, Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa, 1998

Treści programowe - wykłady

KODTreść programowaGodziny
T-W-1Definicja sensora chemicznego i biosensora. Typy sensorów chemicznych. Podział biosensorów ze względu na ogólną zasadę działania. Podział chemosensorów i biosensorów ze względu na rodzaj używanego czujnika (elektrochemiczne, pół-przewodnikowe, optyczne, piezoelektryczne, entalpimetryczne i inne).Sensory elektrochemiczne - potencjometryczne, amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne. Elektrody jonoselektywne (budowa, typy i zastosowania). Amperometryczne elektrody tlenowe.Sensory półprzewodnikowe.2
T-W-2Budowa i zasada działania tranzystorów polowych. Tranzystory polowe z bramką sterowaną sygnałem chemicznym: jonoselektywne, czułe na wodór i amoniak. BIOSFET - tranzystory polowe z bramką sterowaną działaniem materiału biologicznego. Rezystory półprzewodnikowe. Czujniki pojemnościowe. Adresowane światłem sensory potencjometryczne.2
T-W-3Podstawy fizyczne metod optycznych: absorpcja promieniowania, fluorescencja, chemi-luminescencja, elektrochemiluminescencja, bioluminescencja. Czujniki optyczne do oznaczania pH, tlenu, jonów metali. Światłowody, konstrukcja, zasada działania. Wykorzystanie światłowodów w chemo- i biosensorach. Zjawisko fali zanikającej i jego zastosowanie w biosensorach optycznych. Elektronowy rezonans plazmowy (SPR). Lustro rezonansowe. Zjawisko piezoelektryczne. Zastosowanie kryształu piezoelektrycznego jako czujnika masowego (mikrowaga kwarcowa). Czujniki wykorzystujące fale akustyczne w kryształach piezoelektrycznych. Wykorzystanie ciepła reakcji do konstrukcji sensorów entalpimetrycznych. Termistory.3
T-W-4Omówienie materiału biologicznego stosowanego do konstrukcji biosensorów: enzymy, tkanki, organelle komórkowe (mitochondria, chloroplasty), mikroorganizmy (bakterie, drożdże, algi jednokomórkowe), organizmy wyższe i ich organy (np. owady i ich czułki), przeciwciała, kwasy nukleinowe (DNA), inne związki biologicznie czynne (hemoglobina, lektyny roślinne). Organizmy wskaźnikowe jako biosensory. Sposoby immobilizacji materiału biologicznego na biosensorach: adsorpcja, sieciowanie, pułapkowanie w żelach polimerowych, wiązanie kowalencyjne, mikrokapsułkowanie.3
T-W-5Rozwój amperometrycznych elektrod enzymatycznych na przykładzie najczęściej używanej elektrody do oznaczania glukozy. Elektrody pierwszej, drugiej, trzeciej generacji. Parametry operacyjne sensorów: zakres pomiarowy, czułość, selektywność, czas życia operacyjny i podczas przechowywania.2
T-W-6Metody pomiarowe: oparte na krzywej kalibracyjnej i metoda wewnętrznego wzorca. Użycie sensorów w przepływowej analizie wstrzykowej (FIA). Zastosowania chemo- i biosensorów: medycyna,kontrola produkcji i analiza żywności, kontrola procesów biotechnologicznych, ochrona środowiska, bezpieczeństwo zewnętrzne i wewnętrzne, medycyna sportowa, badania naukowe. Komercjalizacja.Sensory biomimetyczne: sztuczny nos, sztuczny język, imprinting.Perspektywy: dalsza miniaturyzacja biosensorów, łączenie materiału biologicznego i półprzewodników w jeden biochip, łączenie wielu funkcji w jednym, złożonym sensorze, komercjalizacja nowych biosensorów, obniżka kosztów.3
15

Formy aktywności - wykłady

KODForma aktywnościGodziny
A-W-1Uczestnictwo w zajęciach15
A-W-2Zapoznanie się z dostępną literaturą5
A-W-3Przygotowanie się do zaliczenia przedmiotu8
A-W-4Konsultacje u prowadzącego zajecia2
30
(*) 1 punkt ECTS, odpowiada około 30 godzinom aktywności studenta
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaNano_2A_D1-04_W01Student ma szczegółową wiedzę z zakresu zasad działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówNano_2A_W02ma szczegółową wiedzę o materiałach, nanomateriałach, produktach i procesach stosowanych w przemyśle chemicznym w szczególności związanych z ukończoną specjalnością, a także w zakresie wybranych zagadnień fizyki i inżynierii oraz technologii chemicznej dotyczących nowoczesnych materiałów, nanomateriałów i biomateriałów
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_W01ma rozszerzoną i pogłębioną wiedzę z zakresu matematyki, fizyki, chemii i innych obszarów właściwych dla studiowanego kierunku studiów przydatną do formułowania i rozwiązywania złożonych zadań z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W02ma szczegółową wiedzę w zakresie kierunków studiów powiązanych ze studiowanym kierunkiem studiów
T2A_W03ma uporządkowaną, podbudowaną teoretycznie wiedzę ogólną obejmującą kluczowe zagadnienia z zakresu studiowanego kierunku studiów
T2A_W06ma podstawową wiedzę o cyklu życia urządzeń, obiektów i systemów technicznych
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA2_W01ma podstawową wiedzę o cyklu życia urządzeń, obiektów i systemów technicznych
InzA2_W05zna typowe technologie inżynierskie w zakresie studiowanego kierunku studiów
Cel przedmiotuC-1Celem przedmiotu jest zapoznanie Studenta z zagadnieniami z zakresu działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
Treści programoweT-W-1Definicja sensora chemicznego i biosensora. Typy sensorów chemicznych. Podział biosensorów ze względu na ogólną zasadę działania. Podział chemosensorów i biosensorów ze względu na rodzaj używanego czujnika (elektrochemiczne, pół-przewodnikowe, optyczne, piezoelektryczne, entalpimetryczne i inne).Sensory elektrochemiczne - potencjometryczne, amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne. Elektrody jonoselektywne (budowa, typy i zastosowania). Amperometryczne elektrody tlenowe.Sensory półprzewodnikowe.
T-W-2Budowa i zasada działania tranzystorów polowych. Tranzystory polowe z bramką sterowaną sygnałem chemicznym: jonoselektywne, czułe na wodór i amoniak. BIOSFET - tranzystory polowe z bramką sterowaną działaniem materiału biologicznego. Rezystory półprzewodnikowe. Czujniki pojemnościowe. Adresowane światłem sensory potencjometryczne.
T-W-3Podstawy fizyczne metod optycznych: absorpcja promieniowania, fluorescencja, chemi-luminescencja, elektrochemiluminescencja, bioluminescencja. Czujniki optyczne do oznaczania pH, tlenu, jonów metali. Światłowody, konstrukcja, zasada działania. Wykorzystanie światłowodów w chemo- i biosensorach. Zjawisko fali zanikającej i jego zastosowanie w biosensorach optycznych. Elektronowy rezonans plazmowy (SPR). Lustro rezonansowe. Zjawisko piezoelektryczne. Zastosowanie kryształu piezoelektrycznego jako czujnika masowego (mikrowaga kwarcowa). Czujniki wykorzystujące fale akustyczne w kryształach piezoelektrycznych. Wykorzystanie ciepła reakcji do konstrukcji sensorów entalpimetrycznych. Termistory.
T-W-4Omówienie materiału biologicznego stosowanego do konstrukcji biosensorów: enzymy, tkanki, organelle komórkowe (mitochondria, chloroplasty), mikroorganizmy (bakterie, drożdże, algi jednokomórkowe), organizmy wyższe i ich organy (np. owady i ich czułki), przeciwciała, kwasy nukleinowe (DNA), inne związki biologicznie czynne (hemoglobina, lektyny roślinne). Organizmy wskaźnikowe jako biosensory. Sposoby immobilizacji materiału biologicznego na biosensorach: adsorpcja, sieciowanie, pułapkowanie w żelach polimerowych, wiązanie kowalencyjne, mikrokapsułkowanie.
T-W-5Rozwój amperometrycznych elektrod enzymatycznych na przykładzie najczęściej używanej elektrody do oznaczania glukozy. Elektrody pierwszej, drugiej, trzeciej generacji. Parametry operacyjne sensorów: zakres pomiarowy, czułość, selektywność, czas życia operacyjny i podczas przechowywania.
T-W-6Metody pomiarowe: oparte na krzywej kalibracyjnej i metoda wewnętrznego wzorca. Użycie sensorów w przepływowej analizie wstrzykowej (FIA). Zastosowania chemo- i biosensorów: medycyna,kontrola produkcji i analiza żywności, kontrola procesów biotechnologicznych, ochrona środowiska, bezpieczeństwo zewnętrzne i wewnętrzne, medycyna sportowa, badania naukowe. Komercjalizacja.Sensory biomimetyczne: sztuczny nos, sztuczny język, imprinting.Perspektywy: dalsza miniaturyzacja biosensorów, łączenie materiału biologicznego i półprzewodników w jeden biochip, łączenie wielu funkcji w jednym, złożonym sensorze, komercjalizacja nowych biosensorów, obniżka kosztów.
Metody nauczaniaM-1Wykład wspomagany prezentacją multimedialną.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Egzamin pisemny obejmujacy zagadnienia omawiane na wykładzie.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie opanował lub opanował w stopniu niewystarczającym wiedzy w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
3,0Student opanował w stopniu dostatecznym wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 60 %.
3,5Student opanował w stopniu większym, niż dostateczny, wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 70 %.
4,0Student opanował w stopniu dobrym wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 80 %.
4,5Student opanował w stopniu większym, niż dobry, wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii. Wiedza Studenta w odniesieniu do materiału objętego programem przedmiotu wynosi 90 %.
5,0Student w pełni opanował wiedzę w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaNano_2A_D1-04_U01Student potrafi dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówNano_2A_U07potrafi zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe z zakresu technologii chemicznej, fizyki i nanotechnologii, aby zaplanować złożony eksperyment laboratoryjny oraz potrafi interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
Nano_2A_U08potrafi dokonać doboru metod analitycznych i aparatury właściwych dla przeprowadzenia badań laboratoryjnych poprzez integrację zdobytej wiedzy
Nano_2A_U12potrafi określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych i technologii oraz nowych rozwiązań w warunkach przemysłowych
Nano_2A_U14posiada umiejętność doboru reakcji chemicznych, technik laboratoryjnych i rozwiązań inżynieryjnych do realizacji konkretnych zadań z zakresu ukończonej specjalności o zróżnicowanym stopniu trudności
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_U08potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
T2A_U09potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich i prostych problemów badawczych metody analityczne, symulacyjne i eksperymentalne
T2A_U12potrafi ocenić przydatność i możliwość wykorzystania nowych osiągnięć (technik i technologii) w zakresie studiowanego kierunku studiów
T2A_U13ma przygotowanie niezbędne do pracy w środowisku przemysłowym oraz zna zasady bezpieczeństwa związane z tą pracą
T2A_U18potrafi ocenić przydatność metod i narzędzi służących do rozwiązania zadania inżynierskiego, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów, w tym dostrzec ograniczenia tych metod i narzędzi; potrafi - stosując także koncepcyjnie nowe metody - rozwiązywać złożone zadania inżynierskie, charakterystyczne dla studiowanego kierunku studiów, w tym zadania nietypowe oraz zadania zawierające komponent badawczy
T2A_U19potrafi - zgodnie z zadaną specyfikacją, uwzględniającą aspekty pozatechniczne - zaprojektować złożone urządzenie, obiekt, system lub proces, związane z zakresem studiowanego kierunku studiów, oraz zrealizować ten projekt - co najmniej w części - używając właściwych metod, technik i narzędzi, w tym przystosowując do tego celu istniejące lub opracowując nowe narzędzia
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA2_U01potrafi planować i przeprowadzać eksperymenty, w tym pomiary i symulacje komputerowe, interpretować uzyskane wyniki i wyciągać wnioski
InzA2_U02potrafi wykorzystać do formułowania i rozwiązywania zadań inżynierskich metody analityczne, symulacyjne oraz eksperymentalne
InzA2_U05potrafi dokonać krytycznej analizy sposobu funkcjonowania i ocenić - zwłaszcza w powiązaniu ze studiowanym kierunkiem studiów - istniejące rozwiązania techniczne, w szczególności urządzenia, obiekty, systemy, procesy, usługi
InzA2_U06potrafi dokonać identyfikacji i sformułować specyfikację prostych zadań inżynierskich o charakterze praktycznym, charakterystycznych dla studiowanego kierunku studiów
InzA2_U07potrafi ocenić przydatność rutynowych metod i narzędzi służących do rozwiązania prostego zadania inżynierskiego o charakterze praktycznym, charakterystycznego dla studiowanego kierunku studiów oraz wybrać i zastosować właściwą metodę i narzędzia
InzA2_U08potrafi - zgodnie z zadaną specyfikacją - zaprojektować proste urządzenie, obiekt, system lub proces, typowe dla studiowanego kierunku studiów, używając właściwych metod, technik i narzędzi
Cel przedmiotuC-1Celem przedmiotu jest zapoznanie Studenta z zagadnieniami z zakresu działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
Treści programoweT-W-1Definicja sensora chemicznego i biosensora. Typy sensorów chemicznych. Podział biosensorów ze względu na ogólną zasadę działania. Podział chemosensorów i biosensorów ze względu na rodzaj używanego czujnika (elektrochemiczne, pół-przewodnikowe, optyczne, piezoelektryczne, entalpimetryczne i inne).Sensory elektrochemiczne - potencjometryczne, amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne. Elektrody jonoselektywne (budowa, typy i zastosowania). Amperometryczne elektrody tlenowe.Sensory półprzewodnikowe.
T-W-2Budowa i zasada działania tranzystorów polowych. Tranzystory polowe z bramką sterowaną sygnałem chemicznym: jonoselektywne, czułe na wodór i amoniak. BIOSFET - tranzystory polowe z bramką sterowaną działaniem materiału biologicznego. Rezystory półprzewodnikowe. Czujniki pojemnościowe. Adresowane światłem sensory potencjometryczne.
T-W-3Podstawy fizyczne metod optycznych: absorpcja promieniowania, fluorescencja, chemi-luminescencja, elektrochemiluminescencja, bioluminescencja. Czujniki optyczne do oznaczania pH, tlenu, jonów metali. Światłowody, konstrukcja, zasada działania. Wykorzystanie światłowodów w chemo- i biosensorach. Zjawisko fali zanikającej i jego zastosowanie w biosensorach optycznych. Elektronowy rezonans plazmowy (SPR). Lustro rezonansowe. Zjawisko piezoelektryczne. Zastosowanie kryształu piezoelektrycznego jako czujnika masowego (mikrowaga kwarcowa). Czujniki wykorzystujące fale akustyczne w kryształach piezoelektrycznych. Wykorzystanie ciepła reakcji do konstrukcji sensorów entalpimetrycznych. Termistory.
T-W-4Omówienie materiału biologicznego stosowanego do konstrukcji biosensorów: enzymy, tkanki, organelle komórkowe (mitochondria, chloroplasty), mikroorganizmy (bakterie, drożdże, algi jednokomórkowe), organizmy wyższe i ich organy (np. owady i ich czułki), przeciwciała, kwasy nukleinowe (DNA), inne związki biologicznie czynne (hemoglobina, lektyny roślinne). Organizmy wskaźnikowe jako biosensory. Sposoby immobilizacji materiału biologicznego na biosensorach: adsorpcja, sieciowanie, pułapkowanie w żelach polimerowych, wiązanie kowalencyjne, mikrokapsułkowanie.
T-W-5Rozwój amperometrycznych elektrod enzymatycznych na przykładzie najczęściej używanej elektrody do oznaczania glukozy. Elektrody pierwszej, drugiej, trzeciej generacji. Parametry operacyjne sensorów: zakres pomiarowy, czułość, selektywność, czas życia operacyjny i podczas przechowywania.
T-W-6Metody pomiarowe: oparte na krzywej kalibracyjnej i metoda wewnętrznego wzorca. Użycie sensorów w przepływowej analizie wstrzykowej (FIA). Zastosowania chemo- i biosensorów: medycyna,kontrola produkcji i analiza żywności, kontrola procesów biotechnologicznych, ochrona środowiska, bezpieczeństwo zewnętrzne i wewnętrzne, medycyna sportowa, badania naukowe. Komercjalizacja.Sensory biomimetyczne: sztuczny nos, sztuczny język, imprinting.Perspektywy: dalsza miniaturyzacja biosensorów, łączenie materiału biologicznego i półprzewodników w jeden biochip, łączenie wielu funkcji w jednym, złożonym sensorze, komercjalizacja nowych biosensorów, obniżka kosztów.
Metody nauczaniaM-1Wykład wspomagany prezentacją multimedialną.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Egzamin pisemny obejmujacy zagadnienia omawiane na wykładzie.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie potrafi lub potrafi w stopniu niewystarczającym dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistycznych metod i procedur pomiarowych oraz określić zakresu stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii.
3,0Student potrafi w stopniu dostatecznym dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 60 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
3,5Student potrafi w stopniu większym, niż dostateczny dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 70 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
4,0Student potrafi w stopniu dobrym dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 80 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
4,5Student potrafi w stopniu większym, niż dobry dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 90 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
5,0Student w pełni potrafi dokonać doboru metod analitycznych i aparatury, zastosować specjalistyczne metody i procedury pomiarowe oraz określić zakres stosowalności poznanych metod badawczych w zakresie działania, konstrukcji i wykorzystania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii. Umiejętności zdobyte przez Studenta wynoszą 80 % umiejętności możliwych do uzyskania w ramach przedmiotu.
PoleKODZnaczenie kodu
Zamierzone efekty kształceniaNano_2A_D1-04_K01Student wykazuje aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
Odniesienie do efektów kształcenia dla kierunku studiówNano_2A_K02zna wpływ wdrażania poznanych technik i technologii na środowisko naturalne, zdrowie pracowników, użytkowników i osób postronnych oraz konsekwencje prawne tego wpływu, potrafi stosować w praktyce idee zrównoważonego rozwoju
Nano_2A_K03potrafi pracować w zespołach badawczych i produkcyjnych, a w razie potrzeby przyjmować pozycję lidera, umie oszacować czas potrzebny na realizację zleconego zadania; potrafi opracować i zrealizować harmonogram prac zapewniający dotrzymanie terminów
Odniesienie do efektów zdefiniowanych dla obszaru kształceniaT2A_K02ma świadomość ważności i zrozumienie pozatechnicznych aspektów i skutków działalności inżynierskiej, w tym jej wpływu na środowisko, i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje
T2A_K03potrafi współdziałać i pracować w grupie, przyjmując w niej różne role
T2A_K04potrafi odpowiednio określić priorytety służące realizacji określonego przez siebie lub innych zadania
T2A_K05prawidłowo identyfikuje i rozstrzyga dylematy związane z wykonywaniem zawodu
T2A_K06potrafi myśleć i działać w sposób kreatywny i przedsiębiorczy
Odniesienie do efektów kształcenia prowadzących do uzyskania tytułu zawodowego inżynieraInzA2_K01ma świadomość ważności i rozumie pozatechniczne aspekty i skutki działalności inżynierskiej, w tym jej wpływu na środowisko, i związanej z tym odpowiedzialności za podejmowane decyzje
InzA2_K02potrafi myśleć i działać w sposób przedsiębiorczy
Cel przedmiotuC-1Celem przedmiotu jest zapoznanie Studenta z zagadnieniami z zakresu działania, konstrukcji i wykorzystania sensorów chemicznych i biosensorów w nanotechnologii.
Treści programoweT-W-1Definicja sensora chemicznego i biosensora. Typy sensorów chemicznych. Podział biosensorów ze względu na ogólną zasadę działania. Podział chemosensorów i biosensorów ze względu na rodzaj używanego czujnika (elektrochemiczne, pół-przewodnikowe, optyczne, piezoelektryczne, entalpimetryczne i inne).Sensory elektrochemiczne - potencjometryczne, amperometryczne, kulometryczne, konduktometryczne. Elektrody jonoselektywne (budowa, typy i zastosowania). Amperometryczne elektrody tlenowe.Sensory półprzewodnikowe.
T-W-2Budowa i zasada działania tranzystorów polowych. Tranzystory polowe z bramką sterowaną sygnałem chemicznym: jonoselektywne, czułe na wodór i amoniak. BIOSFET - tranzystory polowe z bramką sterowaną działaniem materiału biologicznego. Rezystory półprzewodnikowe. Czujniki pojemnościowe. Adresowane światłem sensory potencjometryczne.
T-W-3Podstawy fizyczne metod optycznych: absorpcja promieniowania, fluorescencja, chemi-luminescencja, elektrochemiluminescencja, bioluminescencja. Czujniki optyczne do oznaczania pH, tlenu, jonów metali. Światłowody, konstrukcja, zasada działania. Wykorzystanie światłowodów w chemo- i biosensorach. Zjawisko fali zanikającej i jego zastosowanie w biosensorach optycznych. Elektronowy rezonans plazmowy (SPR). Lustro rezonansowe. Zjawisko piezoelektryczne. Zastosowanie kryształu piezoelektrycznego jako czujnika masowego (mikrowaga kwarcowa). Czujniki wykorzystujące fale akustyczne w kryształach piezoelektrycznych. Wykorzystanie ciepła reakcji do konstrukcji sensorów entalpimetrycznych. Termistory.
T-W-4Omówienie materiału biologicznego stosowanego do konstrukcji biosensorów: enzymy, tkanki, organelle komórkowe (mitochondria, chloroplasty), mikroorganizmy (bakterie, drożdże, algi jednokomórkowe), organizmy wyższe i ich organy (np. owady i ich czułki), przeciwciała, kwasy nukleinowe (DNA), inne związki biologicznie czynne (hemoglobina, lektyny roślinne). Organizmy wskaźnikowe jako biosensory. Sposoby immobilizacji materiału biologicznego na biosensorach: adsorpcja, sieciowanie, pułapkowanie w żelach polimerowych, wiązanie kowalencyjne, mikrokapsułkowanie.
T-W-5Rozwój amperometrycznych elektrod enzymatycznych na przykładzie najczęściej używanej elektrody do oznaczania glukozy. Elektrody pierwszej, drugiej, trzeciej generacji. Parametry operacyjne sensorów: zakres pomiarowy, czułość, selektywność, czas życia operacyjny i podczas przechowywania.
T-W-6Metody pomiarowe: oparte na krzywej kalibracyjnej i metoda wewnętrznego wzorca. Użycie sensorów w przepływowej analizie wstrzykowej (FIA). Zastosowania chemo- i biosensorów: medycyna,kontrola produkcji i analiza żywności, kontrola procesów biotechnologicznych, ochrona środowiska, bezpieczeństwo zewnętrzne i wewnętrzne, medycyna sportowa, badania naukowe. Komercjalizacja.Sensory biomimetyczne: sztuczny nos, sztuczny język, imprinting.Perspektywy: dalsza miniaturyzacja biosensorów, łączenie materiału biologicznego i półprzewodników w jeden biochip, łączenie wielu funkcji w jednym, złożonym sensorze, komercjalizacja nowych biosensorów, obniżka kosztów.
Metody nauczaniaM-1Wykład wspomagany prezentacją multimedialną.
Sposób ocenyS-1Ocena podsumowująca: Egzamin pisemny obejmujacy zagadnienia omawiane na wykładzie.
Kryteria ocenyOcenaKryterium oceny
2,0Student nie wykazuje lub wykazuje w stopniu niewystarczającym aktywnej postawy przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz nie potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
3,0Student wykazuje w stopniu dostatecznym aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
3,5Student wykazuje w stopniu większym, niż dostateczny aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
4,0Student wykazuje w stopniu dobrym aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
4,5Student wykazuje w stopniu większym, niż dobry aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.
5,0Student w pełni wykazuje aktywną postawę przy realizacji określonego zadania w sytuacjach priorytetowych i problemowych oraz potrafi poprawnie ocenianie wpływu zastosowania chemosensorów i biosensorów w nanotechnologii na środowisko naturalne i na organizm człowieka.