МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ
| 7 класс | 8 класс | 9 класс |
Форма обучения – очная; удаленный режим (выполнение лабораторной работы в online на предоставленном нами оборудовании домашнего пользования).
Режим обучения – 3 ак. аудиторных часа в неделю.
В результате освоения программы слушатель должен:
Уметь:
- Использовать измерительные приборы – линейку, штангенциркуль, весы, мультиметр, окуляр-микрометр в различных режимах для получения результатов измерений, как объектов неживой природы, так и живых объектов и их частей.
- Готовить растворы требуемой концентрации;
- Работать с микроскопом, готовить простые микропрепараты для наблюдения под микроскопом;
- Выполнять простой биологический рисунок на листе бумаги или на компьютере (в графическом редакторе Paint).
- Производить оценки погрешностей (абсолютных, относительных) в процессе выполнения лабораторных работ;
- Выполнять простые физико-математические оценки для решения биологических задач;
- Уметь применять закон Архимеда для оценки подъемной силы, действующей на живой организм (плавательный пузырь рыбы, моллюск Nautilus pompilius)
- Использовать 3д-принтер.
Знать
- Характерные признаки, позволяющие распознавать объекты живой и неживой природы
- Введение в классификацию живых существ (микроорганизмы: вирусы, бактерии, простейшие; макроорганизмы: животные, растения)
- Особенности строения растений и животных;
- Физические механизмы, лежащие в основе двигательной активности животных и растений.
- Основы классификации различных физических явлений (оптика, акустика, электричество и др.), и примеры их проявления в биологических объектах.
Тематическое планирование
| 1 | Вводное занятие: «Жизнь и физика: что общего?» |
| 1.1 | Биологическое определение жизни и его критика с точки зрения биофизики |
| 2 | Микроскоп: «От физиков-биологам, и наоборот» |
| 2.1 | Компьютерный микроскоп – строение и настройка. |
| 2.2 | Микроскоп – строение и настройка, окуляр-микрометр |
| 2.3 | Жители микромира – бактерии и простейшие |
| 2.4 | Движение биологических объектов – лабораторная работа. |
| 3 | «Физические измерительные приборы в биологии» |
| 3.1 | Линейка и штангенциркуль, окуляр-микрометр, хронометр |
| 3.2 | Измерения с использованием закона Архимеда |
| 3.3 | Масса и вес, весы |
| 3.4 | Мультиметр. Лабораторная работа по биоэлектрометрии |
| 4 | Растворы |
| 4.1 | Приготовление растворов. Мерная посуда и микродозаторы |
| 5 | Растения и животные, сходства и различия |
| 5.1 | Ткани растений |
| 5.2 | Лабораторная работа «Годичные кольца – биологические часы растений» |
| 6 | 3д-печать |
| 6.1 | Знакомство с 3д принтером и программами для работы с 3д объектами |
| 6.2 | Печать 3д моделей биологических объектов: вируса (коронавирус) |
| 7 | Биофизика - основа современных биотехнологий» |
| 7.1 | Заключительная лекция «биофизика – основа современных биотехнологий» |
Форма обучения – очная; удаленный режим (выполнение лабораторной работы в online на предоставленном нами оборудовании домашнего пользования).
Режим обучения – 3 ак. аудиторных часа в неделю.
В результате освоения программы слушатель должен
уметь:
- Применять лабораторное оборудование, включая компьютеризированный микро-макроскоп для исследования количественных параметров, структуры и функции биологических объектов
- Оформлять результаты исследований в форме таблиц, рисунков, диаграмм и графиков с элементами статистической обработки результатов (основные статистики: среднее, размах, абсолютная и относительная погрешность измерений).
- Использовать цифровую камеру как приставку к оптико-механической части микроскопа с целью регистрации изображений и повышения точности измерений.
- Выполнить простейший рисунок микропрепаратов с передачей цвета, воспринимаемого зрительным анализатором
- Использовать 3д-принтер
Знать:
- Закон сохранения энергии (I начало термодинамики) с целью его использования для расчета биоэнергетики живых систем. (КПД, типы преобразования энергии в живых системах, фотосинтез, синтез АТФ в митохондриях).
- Особенности строения тканей животных и растений с целью их использования в биоинженерии
- Характеристические признаки живого с целью их применения в робототехнике (различие восприятия информации правым и левым полушарием у человека).
Помимо теоретических лекций для слушателей будут организованы семинарские занятия с решением задач, большое количество лабораторных работ.
Тематическое планирование
| 1 | «Жизнь в норме и при патологии: Основы биомедицины» |
| 1.1 | Жизнь с точки зрения биофизики – характеристические свойства |
| 2 | Закон сохранения энергии: термодинамика и биоэнергетика |
| 2.1 | Процессы теплообмена |
| 2.2 | Фазовые переходы |
| 2.3 | КПД топливных элементов в живой и неживой природе |
| 3 | Механика и биомеханика |
| 3.1 | Механика: рычаги |
| 3.2 | Биомеханика: мышцы и сочленения |
| 4 | Биологическая микроскопия |
| 4.1 | Компьютерный микроскоп как измерительный инструмент в физиологии |
| 4.2 | Виды биологической микроскопии |
| 5 | Тканевое строение растений и животных или начала биоинженерии |
| 5.1 | Биополимеры – основа тканевого уровня строения организмов |
| 5.2 | Годичные кольца растений как пространственно-временная модель развития организма |
| 6 | 3D-печать |
| 6.1 | 3D-модели, работа с ними на компьютере |
| 6.2 | Печать 3D моделей биологических объектов: модель клетки |
Форма обучения – очная; удаленный режим (выполнение лабораторной работы в online на предоставленном нами оборудовании домашнего пользования).
Режим обучения – 3 ак. аудиторных часа в неделю.
Реализация Программы позволит слушателям
- Выработать умение выявлять межпредметные связи для решения новых исследовательских задач
- Овладеть широким спектром инженерно-измерительной техники и ее применению в различных проблемных областях знаний
В результате освоения программы слушатель должен:
Уметь:
- Использовать и настраивать лабораторное оборудование и измерительные приборы для решения различных исследовательских задач в биоинженерии и биомедицине.
- Поставить биологическую проблему как физическую задачу и решить ее физико-математическими методами.
- Уметь регистрировать результаты экспериментов с помощью оптоэлектронных систем, оценивать различные виды погрешностей и вариабельностей (биологических, инструментальных, методических), и представлять эти результаты в наглядной форме.
- Используя 3д-принтер, произвести стереологическую реконструкцию исследуемого явления (например, процесс взаимодействия молекулы ДНК с наночастицами).
Знать:
- Основные физико-химические закономерности функционирования клеточных структур в норме и при патологии.
- Особенности взаимодействия наносистем с биологическими структурами и способы их количественного анализа.
- Основы биоинженерии и ее ключевую технологию – формирование тканевых структур и органов в условиях in vitro;
Помимо теоретических лекций для слушателей будут организованы семинарские занятия с решением задач, большое количество лабораторных работ.
Тематическое планирование
| 1 | Электрические и магнитные явления в биомедицине. |
| 1.1 | Опыты Гальвани. Гальванический потенциал и потенциал Вольта |
| 1.2 | Биоэлектрометрия. Сопротивление тканей |
| 1.3 | Секрет птиц и бактерий. Магнитные наночастицы |
| 1.4 | HomeMedicine: как построить домашний электрокардиограф (два отведения). |
| 1.5 | HomeMedicine: биофизика сигнализации, как увидеть и измерить звук фонендоскопа |
| 2 | Оптика, фотобиология зрения |
| 2.1 | Оптические приборы; модель зрительного анализатора |
| 2.2 | Свет: отражение, преломление, светорассеяние в биологических объектах – сигнал или помеха? |
| 3 | Микроскоп в биологии: особенности применения |
| 3.1 | Формула тонкой линзы; объектив, окуляр, проектив в микроскопе |
| 3.2 | Устройство микроскопа, юстировка по Келлеру и разрешение |
| 3.3 | На пределе разрешающей способности микроскопа: иммерсия; «сверхразрешение» – ближнепольная микроскопия |
| 4 | Передача нервного импульса. Потенциал действия и его сигнальный путь |
| 4.1 | Опыт Гельмгольца (XVIII век) и измерение скорости нервного импульса без секундомера (XXI век) |
| 5 | Строение клеток и их функции |
| 5.1 | ДНК – сверхсовершенная облачная технология хранения данных и знаний |
| 5.2 | Биополимеры: базовая технология продвинутых инженерных решений живой природы |
| 6 | Продвинутые навыки работы с 3D принтером |
| 6.1 | Навыки работы с 3D моделями биологических объектов |
| 6.2 | Составной 3D объект. Печать модели глазного яблока |
| 6.3 | Составной 3D объект – изготовление части скелета млекопитающего/птицы. |
Для участия необходимо пройти регистрацию