Содержание: 1. Введение 1.1. Нанобиотехнология. Наномедицина. Приложение нанотехнологий в медицине (адресная. доставка лекарств, молекулярная визуализация, биофотоника, молекулярные биосенсоры


Чтобы посмотреть этот PDF файл с форматированием и разметкой, скачайте его и откройте на своем компьютере.
Курс "Микро
-

и нанотехнологии в биологических и медицинских исследованиях"


Содержание
:


1.
Введение

1.1.

Нанобиотехнология. Наномедицина. Приложение нанотехнологий в медицине (адресная
доставка лекарств, молекулярная визуализация, биофотоника, молекулярные б
иосенсоры,
гибридизационные и микрофлюидные
чипы
).
Микро
-

и нано
-

технологии

в приборах и
устройствах для биологических и медицинских исследований. Тенденции развития
аналитической техники для исследований химических и биологических
проб
.

1.2.

Качественное и ко
личественное определение состава сложного вещества. Общие вопросы
анализа. Классификация аналитических методов. Метрологическое обеспечение
аналитических исследований.


1.3.

Использование микро
-

и нано
-

технологий для получения информации о биологическом
объект
е на качественно новом уровне. Био
логические

материалы
и биологические пробы.
Особенности
изучения

биологических объектов. Специфика приготовления и хранения
проб.


2.

Основы микро
-

и нанофлюидики.

2.1.

Флюиды: жидкости и газы. Факторы, определяющие процессы в мик
ро/нанофлюидике.
Гидродинамические и реологические свойства жидкости. Ньютоновские и
неньютоновские жидкости. Гипотеза сплошной среды и дискретный ансамбль частиц.
Характеристические числа и критерии (Кнудсена, Рейнольдса, Пекле, Прандтля, Шмидта,
Грасгоф
а). Турбулентное и ламинарное движение жидкости.
Моделирование в
микро
флюидике. Базовые теоретические положения и математические модели (система
уравнений Навье
-
Стокса, Пуассона
-
Больцмана, температуропроводности, неразрывности).
Роль граничных и начальных
условий. Потоки в микро
-

и наноканалах.

2.2.

Двойной электрический слой
. Дзета
-

потенциал. Оценки Дебаевской длины и толщины
двойного электрического слоя. Электроосмотическая подвижность.
Электроосмотический
насос.
Электротермический поток.
Электрофоретическая

подвижность.
Электрофоретическое разделение проб. Способы концентрирование проб.

2.3.

Управление движением и разделение частиц в жидкос
ти. Общая классификация методов

(
силовые, электрические, магнитные, электромагнитные, ультразвуковые поля
)
.
Диэлектрофорез. П
оложительные и отрицательный диэлектрофорез. С
оздание

неоднородных электрических полей. Диэлектрофорез клеток. Электроротация.
Фотофорез: физические процессы. Лазерный фотофорез. Оптофорез. «Время пролетный»
оптофорез. Оптический пинцет. Магнитофорез. Эле
ктромагнитофорез. Гибридные
методы. Особенности воздействия внешних полей на биологические частицы
(макромолекулы, бактерии, клетки).


3.

Аналитические приборы и системы на
основе
микро
-

и нанотехнологий
.

3.1.

Сенсоры и биосенсоры. Трансдьюсеры. Основные аналитич
еские характеристики
сенсоров. Мультисенсорные системы.

3.2.

«Micro total analysis system» (m
-
TAS), Lab
-
on
-
a
-
chip
-

"микросистемы полного анализа" и
"лаборатория на чипе". Микрочипы, как элементы аналитических и технологических
систем. Гибридизационные (матрич
ные), микрофлюидные (капиллярные) и гибридные
чипы. Детектирование в микрочипах (электрохимические, ф
отометрические,
люминесцентные,

масс
-
спектрометрические
и другие
методы).
Полностью
интегрированные системы.

3.3.

Технологии получения микро
-

и нано
-

размерных
устройств и элементов для
аналитических систем: литография (фотолитография, рентгеновская, ультрафиолетовая,
ионная), травление материала, тиснение, лазерная абляция, микрообработка.
Сравнительные характеристики. Модификация поверхности микроструктур.
Герм
етизация аналитических микрочипов.

3.4.

Функциональные элементы микро чипов: интерфейсы ввода пробы, транспортные каналы,
устройства дозирования, реакционные камеры, смесители, дозаторы, клапаны,
микронасосы, нагреватели, микродатчики, наноструктуры
, наночастиц
ы
. Внешние
устройства. Вспомогательные системы и приспособления.


4.

Аналитические методы в биологических

и

медицинских исследованиях

4.1.

Геном человека. ДНК и РНК. Современные методы анализа нуклеиновых кислот
(биочипы, микрофлюидные системы, амплификаторы, сек
венаторы).

4.2.

Биосенсоры и биочипы. Состав и особенности. Распознающий элемент (рецепторный
слой). Требования, предъявляемые к биосенсорам. Физические и химические методы
иммобилизации молекул (биологического материала). Принципы функционирования
биочипов. Ан
ализ генетического материала. Протеомный анализ.

4.3.

Седиментационные методы исследований. Уравнение Сведберга. Принципы
седиментационного анализа.
Ограничения метода.
Исследование высокомолекулярных
соединений. Радиальные
многоканальные
микрочипы (
CD



чипы).

4.4.

Электрофоре
тические методы разделения

на микрочипе.
Особенности электрофореза на
микрочипе. Устройства дозирования пробы. Дисперсия пробы. Концентрирование пробы
методом стэкинга. Применение электрофоретических методов в биологических и
медицинс
ких

исследованиях.


4.5.

Применение наноструктур в микрофлюидном чипе для фильтрации и фракционирования
биологических проб.
Особенности в
заимодействи
я

биологических молекул и
биологических объектов с наноструктурами.

4.6.

Анализ популяций и отдельных клеток, макр
омолекул методом диэлектрофореза на
микрочипе. Ограничения и особенности метода. Воздействие электрических полей на
исследуемые объекты.

4.7.

Методы, основанные на специфическом связывании. Реакция антиген


антитело.
Использование меченых соединений. Иммунодиф
фузия, иммуноэлектрофорез,
конкурентное связывание, сэндвич


методы и др. Конкурентный иммуноанализ.
Иммунный анализ на микрочипе.

4.8.

Полимеразная цепная реакция (ПЦР) и другие методы амплификации генетического
материала (ДНК, РНК). Стадии ПЦР, компоненты д
ля реакции. ПЦР в реальном времени.
Модель образования специфического продукта реакции. Эффективность реакции.
Специфические и неспецифические методы ПЦР. Постановка ПЦР на микрочипе.
Применение ПЦР.


4.9.

Секвенирование биополимеров.
Секвенирование по Сэнгеру.

Пиросеквенирование.
Сравнение секвенирования по Сэнгеру и параллельного пиросеквенирования по
Маргулису

Эгхольму

Ротбергу. Пиросиквенатор.
Альтернативные

методы
секвенирования. Секвенирование на микрочипе.

4.10.

Методы визуализации биологических объектов. Выс
окоразрешающая микроскопия
(микроскопия ближнего поля, конфокальная сканирующая и атомно
-
силовая
микроскопия) при изучении макромолекул, клеток и других
биообъектов
.

Сочетание
микрочиповых технологий и микроскопии высокого разрешения.


5.

Заключение.

Коммерче
ские аналитические приборы и функциональные устройства на основе
микрочипов. Интегрированные микро
-

аналитические системы. Обзор современных
исследований.





Список литературы


1.

Козырев С.В., Якуцени П.П. Нанобиотехнологии


панорама направлений//
Российс
кие
нанотехнологии. 2008. Т3, N3
-
4.

2.

Попечителев Е.П., Старцева О.Н. Аналитические исследования в медицине, биологии и
экологии. М.: Высшая школа, 2003, 279 с.

3.

Эггинс Б. Химические и биологические сенсоры. М.: Техносфера, 2005, 336 с.

4.

Беленький Б.Г. Высокоэ
ффективный капиллярный электрофорез. СПб.: Наука, 2009. 320 с. (с.
246
-
308)

5.

Евстрапов А.А. Физические методы управления движением и разделением микрочастиц в
жидких средах. Часть 1. Диэлектрофорез, фотофорез, оптофорез, оптический пинцет //Научное
приборос
троение, 2005. 15, 1. 8
-
21.

6.

Буляница А.Л. Математическое моделирование в микрофлюидике: Основные положения
//Научное приборостроение, 2005. 15, 2. 51
-
66.

7.

Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics/

Editor
-
in
-
Chief
Dongqing Li.
Springer
Science&Business

Media, LLC., New York, USA. 2008. 2226 p.

8.

Bruus H.
Theoretical microfluidics.
Oxford University Press. Inc
.
USA
. 2008. 346
p
.

9.

Handbook of capillary and microchip electrophoresis and associated microtechniques/ Ed. J.P. Landers.
CRC Press, Tailor & Franci
s Group, Boca Raton. 2008. 1598 p.

10.

Microfluidic Technologies for Miniaturized Analysis Systems//Ed: Hardt Steffen and Schonfeld
Friedhelm. Springer Verlag. May 2007. 550 p.

11.

Fundamentals of BioMEMS and Medical Microdevices//Ed. Saliterman S.S.. Washington:
SPIE PRES.
2006. 610 p.

12.

-
Ed.
A.
Rasooly and K. E. Herold.
Humana Press, Springer Science+Business Media. 2009. 452 p.

13.

Biosensors and Biodetection. Methods and Protocols
. Vol. 504: Electrochemical and Mechanical
Humana Press,
Springer Science+Business Media. 2009. 461 p.

14.

Microchip Methods in Diagnostics//
Ed.
Dr. U. Bilitewski.
Humana Pre
ss, Springer Science+Business
Media. 2009. 189 p.




Приложенные файлы

  • pdf 15098541
    Размер файла: 145 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий