Программа

Рабочий вариант - согласуется между авторами


1. Введение. Биологические пробы и микрофлюидика.

Нанобиотехнология. Наномедицина. Приложение нанотехнологий в медицине (адресная доставка лекарств, молекулярная визуализация, биофотоника, молекулярные биосенсоры, гибридизационные и микрофлюидные биочипы). Микро- и нано- технологии в приборах и устройствах для биологических и медицинских исследований. Тенденции развития аналитической техники для исследований химических и биологических веществ.

Качественное и количественное определение состава сложного вещества. Общие вопросы анализа. Стадии анализа. Селективность и специфичность анализа. Классификация аналитических методов. Метрологическое обеспечение аналитических исследований.

Использование микро- и нано- технологий для получения информации о биологическом объекте на качественно новом уровне. Молекулы и макромолекулы. Биосубстраты и биологические пробы. Особенности анализа биологических объектов. Пробы внутренней среды организма. Пробы окружающей среды. Основные характеристики. Специфика приготовления и хранения проб.

Моделирование процессов тепло- и массопереноса в микроразмерных системахВведение в микро/нанофлюидикуФакторы, определяющие процессы в микро/нанофлюидике. Гипотеза сплошной среды. Гипотеза ламинарности потока. Жидкие и газообразные среды. Гидродинамические и реологические свойства жидкости. Ньютоновские и неньютоновские жидкости. Характеристические числа (Рейнольдса, Пекле, Прандтля, Кнудсена). Двойной электрический слой. Профили скорости и концентрации. Турбулентное и ламинарное движение жидкости. Закон Фика. Формулы Навье-Стокса. Границы применимости гипотезы сплошной среды. Ансамбль дискретных частиц. Особенности нанофлюидики.

Управление движением и разделение микрочастиц в жидкости с помощью внешних полей: силовых полей (давление, разряжение, гравитация, центробежные силы), электрических полей (электроосмос, электрофорез, диэлектрофорез, электроротация и т.д.), электромагнитных полей (фотофорез, оптофорез, электромагнитофорез, оптический пинцет), магнитных полей (магнитофорез и т.д.) и ультразвуковых полей. Теория, основные определения, примеры. Особенности воздействия полей на биологические частицы (макромолекулы, клетки).

 

2. Микро- и нано- устройства и приборы для биологических и медицинских исследований.

 

Микрочипы, как элементы аналитических и технологических систем. Гибридизационные (матричные) и микрофлюидные (капиллярные) чипы. Концепция Micro total analysis system (m-TAS) и Lab-on-a-chip - "микросистемы полного анализа" и "лаборатории на чипе". Терминология, классификация. Основные преимущества миниатюризации.

Микрочипы, как функциональные элементы: устройства адресной доставки лекарств, имплантируемые устройства, телеметрические системы, устройства идентификации, микророботы, микросенсоры.

Наночастицы и наноструктуры в биологических и медицинских исследованиях. Применение для транспортировки лекарств и других веществ, для управления движением потоками, для разделения, концентрирования и извлечения частиц. Нанопоры и нанопористые материалы. Нанокристаллы. Квантовые точки.

Материалы микрочипов (кремний, кварц, стекло, полимеры, металлические пленки и др.)Получение микро- и нано- размерных структур и элементов для микрочипов: литография (фотолитография, рентгеновская, ультрафиолетовая, ионная и др.), травление материала, тиснение, лазерная абляция, микрообработка, нанесение тонкослойных покрытий (магнетронное, электрохимическое осаждение и т.д.). Сравнительные характеристики. Герметизация микрочипов.

Топология (архитектура) и конструкции микрочипов. Микроканалы, смесители, дозаторы, клапаны, фильтры, реакционные камеры, микронасосы, детекторы. Интерфейсы микроустройств. Методы и способы управления микропотоками.

Топология (архитектура) и конструкции микрочипов. Микроканалы, смесители, дозаторы, реакционные камеры, микронасосы, детекторы. Интерфейсы микроустройств. Методы и способы управления микропотоками. Видимо, это повтор, но я бы этот раздел выделил в отдельную страницу, чтобы желающие научились сами проектировать и делать микрочипы.

 

3. Аналитические методы в биологических, медицинских и экологических исследованиях.

Физические, химические, физико-химические методы анализа биологических проб. Выбор метода анализа. Подготовка пробы. Современная аналитическая система – комплекс высокотехнологичных приборов и устройств.

Методы и способы детектирования компонентов биологических проб. Оптические, электрохимические и масс-спектрометрические методы. Особенности при детектировании сверхмалых количеств пробы.

Методы визуализации биологических объектов. Высокоразрешающая микроскопия (микроскопия ближнего поля, конфокальная сканирующая и сканирующая зондовая микроскопия) при изучении макромолекул, клеток и других структур.

Разделение, концентрирование и амплификация биологических проб. Классификация методов. Сущность методов разделения.

Экстракция. Теория экстракции. Твердофазная, жидкость-жидкостная и микрофлюидная экстракции.

Методы фильтрации и фракционирования. Мембранная фильтрация. Фильтрация и фракционирование на микро- и нано- структурах.

Седиментационные методы разделения. Флотация. Разделение веществ с помощью центробежных сил. Многоканальные CD – чипы.

Электрофоретические методы. Теория электрофореза. Электроосмотический поток. Зональный электрофорез, капиллярный электрофорез, изоэлектрическое фокусирование, изотахофорез, двумерный электрофорез, иммуноэлектрофорез. Концентрация пробы методом стэкинга. Электрофоретическое разделение нуклеотидов и белков на микрочипе.

Анализ популяций, отдельных клеток и макромолекул на микрочипе методом диэлектрофореза.

Хроматографические методы. Основные понятия и терминология. Классификация. Жидкостная хроматография. Адсорбционная, распределительная, ионообменная, аффинная, тонкослойная и двумерная хроматографии. Концепция теоретических тарелок. Кинетическая теория хроматографии. Параметры колонки и размывание зон. Уравнение Ван-Деемтера. Разрешающая способность колонки. Хроматограф и его элементы. Электрохроматография и хроматография на чипе.

Методы, основанные на специфическом связывании. Реакция антиген- антитело. Агглютинация и преципитация. Использование меченых соединений. Иммунодиффузия, иммуноэлектрофорез, конкурентное связывание, сэндвич - методы, латекс-агглютинация. Иммунный анализ на чипе. Конкурентный иммуноанализ. Приборы для иммунного анализа на основе нанотехнологий.

Идеология Т- и Н- сенсора на микрочипе. Разделение и извлечение "малых" молекул.

 

4. Анализ нуклеиновых кислот.

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

 

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

Секвенирование биополимеров. Секвенирование по Сэнгеру. Пиросеквенирование. Сравнение секвенирования по Сэнгеру и параллельного пиросеквенирования по Маргулису—Эгхольму—РотбергуПиросиквенатор Genome Sequencer. Другие методы секвенирования.


Надо бы добавить: Анализ белков с чувствительностью ПЦР без ПЦР на основе наночастиц.

Ссылки поставлю чуть позже 

 

5. Сенсоры и биочипы.

Селективные и неселективные сенсоры. Мультисенсорные системы (электронный нос, электронный язык). Характеристики сенсоров. Микро- и нанотехнологии при создании сенсорных систем.

Биосенсоры и биологические чипы. Состав и особенности биосенсоров. Распознающий элемент (рецепторный слой). Требования, предъявляемые к биосенсорам. Физические и химические методы иммобилизации молекул (биологического материала). Характеристики биосенсоров. Принципы функционирования биочипов.

(а дальше идет Ваш оригинальный материал. По-моему такое построение будет вполне логично!)

Поставлю чуть позже 

 

Заключение.

              Коммерческие аналитические приборы и функциональные устройства на основе микрочипов. Интегрированные микро- аналитические системы. Обзор современных исследований.

              Нанороботы. Био- нанороботы. Основные принципы создания био- наноробототизированных систем. Управление нанороботами. Молекулярные машины. Микро- и наноразмерные исполнительные механизмы. АТФ-синтазаКинезин, миозин, жгутиковый молекулярный двигатель. Неорганические (химические) молекулярные двигатели. Самосборка нанороботов. «Дорожная карта» «Технологическая карта» развития био- нанороботов. 


Ошибка «Дорожная карта» попала в русский язык по недоразумению! Знаю это досконально, но бороться с этим глупо. Просто будем употреблять technological road-map в русском контексте точно. 

 

 

 


Comments