FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk 2013 FYS Biofysikk og Medisinsk Fysikk. Høsten Introduksjon

Transkript

1 FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk 2013 FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk Fysikk Høsten Introduksjon Einar Sagstuen, Fysisk institutt, UiO

2 FYS 3710 Biofysikk og Medisinsk fysikk Høsten 2017 Forlesninger og oppgaver Tirsdag 12:15 14 (2t forel.) Lille Fysiske Auditorium Torsdag 10:15 12 (2t forel.) Lille Fysiske Auditorium Fredag 10:15 12 (2t gr.arbeide) KV 346 Kjemibygningen Foreleser og gruppeleder: Einar Sagstuen, KV340, , Eli Olaug Hole, KV338, , Andre som deltar i undervisningen: Taran Paulsen Hellebust OUS, Radiumhospitalet Forskningsleder, Medisinsk fysikk, Radiumhospitalet. Stråleterapi, medisinsk strålingsfysikk Atle Bjørnerud OUS, Rikshospitalet Magnetisk resonans bildedannelse, MRI Anne Cathrine T. Martinsen OUS, Rikshospitalet Seksjonsleder (Diagnostikk). CT, PET, MRI, bildeanalyse Erik O. Pettersen Fysisk institutt, UiO Strålingsbiologi, genteknologi, immunologi Espen Rusten Fysisk institutt, UiO PET Nina F. J. Edin Fysisk institutt, UiO Epigenetikk Lab-øvelsene: Eirik Malinen Fysisk institutt, UiO Lab.-øvelse Radiumhospitalet 2 Joe A. Sandvik Fysisk institutt, UiO Lab.-øvelse Cellelabben

3 KURSOPPLEGG Forelesninger timer i uka (tirsdag og torsdag 10-12) *** Om bruk av forelesningstimene Oppgaveløsing 2 timer på fredag (kl.10-12): arbeidsoppgaver i små grupper. Repetisjon av forelest pensum siste uke, ukeinnleveringer, etter hvert eksamensoppgaver, noen ganger inkludert fasit. Ukeinnleveringer 3 obligatoriske innleveringer. Utgjøres av oppgaver som skal løses i liten gruppe, inkluderer en kort presentasjon og studentevaluering. Mere om disse senere. Godkjent / Ikke-godkjent LAB (uke xx) To OBLIGATORISKE LABORATORIE ØVELSER (av tre mulige) EPR-lab + enten Celle-lab eller Sykehus (Radiumhospital/Ullevål). Grupper 3-4 personer sammen om laboppgavene, individuelle labrapporter. Godkjent / Ikke-godkjent Følgende emner må tas før første obligatorisk laboratorieundervisning i FYS3710: HMS Laboratoriesikkerhet HMS El-sikkerhet Avsluttende Eksamen (14.12) skriftlig 4 timer For å kunne gå opp til eksamen kreves følgende: - minst tre ukeinnleveringer må være godkjent - Begge labjournalene må være godkjent (forutsetter godkjente HMS-kurs). Bokstavkarakter

4 KURSSIDENE på WEB ALL relevant informasjon gis på kurssidene Undervisningsmateriale Oppgaver (inkl. komplette sett eksamensoppgaver + fasiter for de siste 4 årene) Pensumliste Læringsmål Labinfo Eksamensinformasjon Beskjeder (kan forekomme på kort varsel),.. Undervisningsplan, Oppdateres fortløpende Info om dagens tema og tilhørende pensum Lenker til pensum- og tilleggslitteratur Lenker til presentasjonen til de fleste forlesningene Møt forberedt til forelesning!

5 FYS 3710 Biofysikk og medisinsk fysikk - LÆRINGSMÅL Emnet skal gi studenten innsikt i og erfaring med problemstillinger og metoder innenfor biofysikken, med særlig vekt på de delene av fagområdet (strålingsbiofysikk, medisinsk fysikk og magnetisk resonans) som er relevante for videre masterstudier innenfor studieretningen Biofysikk og Medisinsk Fysikk ved Fysisk institutt. Emnet skal også trene studenten i selvstendig arbeid, vitenskapelig rapportskriving og muntlig presentasjonsteknikk. Etter emnet skal studenten kunne: beskrive oppbyggingen av en eukaryot celle, funksjonen til de ulike organellene, og dens cellesyklus beskrive enkel atom- og bindingsteori, sp, sp2, sp3 hybridisering, og diskutere elektronkonfigurasjonen til enkle molekyler beskrive elektron- og molekylstruktur av proteiner og nukleinsyrer beskrive RNA-molekylenes rolle i translasjon og transkripsjon av DNA kjenne til grunnprinsippene innen genteknologi og immunologi beskrive grunnleggende prinsipp for røntgendiffraksjon og forklare diffraksjonsbildet av DNA kjenne til grunnprinsippene innen sedimentering og enzymkinetikk. forklare grunnprinsippene ved optisk spektroskopi. beskrive radioaktivitet, stråledoser, RBE, LET, strålekvalitet, strålevektfaktor, organvektfaktor, oksygeneffekt, Bq, Gy, Sv, vekselvirkningsmekanismer, fotoelektrisk effekt, comptoneffekt, pardannelse, foreta enkle beregninger av stråledoser

6 kjenne til basal strålebiologi, strålingskjemi, strålingsfysikk, og medisinsk fysikk i terapi og diagnostikk beskrive prinsippene for EPR (elektron paramagnetisk resonans) spektroskopi, konstruere forventede EPR-spektre for tilfeldig valgt radikal, og beskrive i detalj EPR-spektrene til H- og D-atomene. beskrive prinsippene for NMR (kjerne magnetisk resonans) spektroskopi og konstruere forventede NMR-spektre for tilfeldig valgt molekyl og kjenne til MRI (magnetisk resonans billeddannelse) og PET (positron emmisjons-tomografi). skrive en kort vitenskapelig rapport og presentere den muntlig i en plenumsforsamling

7 FYS 3710: 17 ukers varighet brutto undervisningsuker (ca. 50 undervisningstimer + 24 gruppetimer) 1 lab-uke med minst 8 (2 * 4) laboratorietimer 3-4 arbeidsuker inklusive lesing til slutteksamen Cellebiologi (3t) Atomfysikk, Bindingsteori, Hybridisering (4t) Aminosyrer, Proteiner, DNA, RNA. Struktur og funksjon (6t) Strålingsfysikk, -kjemi, -biologi, dosimetri (8t) Røntgendiffraksjon (2t) Magnetisk resonans, NMR og ESR (6t) Biofysiske metoder (4-6t) Genteknologi og Immunologi (4t, EOP). Epigenetikk (1t, NFJE) Medisinsk stråleterapi (2t, TPH)) Positron emisjonstomografi (PET, ER) (2t) MRI, Magnetisk Resonans Imaging (4t, AB) CT og bildeanalyse (1t, ACTM)

8 PENSUM (foreløpig liste): Lærebok : Christian Sybesma: Biophysics An introduction. Kluwer, Dordrecht ISBN (se kommentarer nedenfor) Kopier av de delene av boka til Sybesma som er pensum (ca 150 sider) er lagt ut på kurssiden Kompendier (hentes fra kurssiden): Cellenes oppbygging og funksjon (kompendium) Atomorbitaler og hybridisering (kompendium) Strålingsbiofysikk (kompendium) Introduction to EPR (kompendium) NMR Spectroscopy, basics (kompendium) NMR _ gammelt (kompendium) Immunologi og Genteknologi (kompendium) PET (kompendium) Laboratorieøvelsen i EPR : Oppgavetekst og besvarelsen. Forelesningene Samtlige presentasjoner unntatt MRI, Epigenetikk og Stråleterapi er pensum

9 FYS3710 Påmeldte pr , Høst 2017 Etternavn Fornavn Data slettet grunnet personvern. 1: Er denne informasjonen riktig? Noen som er her, men som ikke står på lista? 2: Hvem av dere benytter oftest en annen e-post adresse enn UiO adressen? Det er viktig at kursansvarlig vet dette, idet det vil kunne sendes e-poster som forventes lest i løpet av en dag eller to. Private e-post adresser vil ikke offentliggjøres

10 EVALUERING Alle kurs ved Fysisk institutt evalueres av studentene hver gang det gis: A: Midtveisevaluering: Et enkelt skjema (3 spørsmål) som besvares i pausen mellom to forelesninger omlag 1. oktober B: Sluttevalering: Etter slutteksamen (før sensur). Foreleser og andre sentrale lærere i kurset møter STUDENTREPRENTANTEN (+ eventuelt én eller to andre studenter) til en samtale rundt kurset. +++ og ---. Skriftlig referat som skal undertegnes av samtlige tilstedeværende. Dette referatet skal gjøres tilgjengelig for neste kull av studenter. C: Trenger en av dere som kan representere studentkullet overfor meg og Studieadministrasjonen ved Fysisk institutt Jeg ønsker ett navn fra dere innen slutten av gruppetimen på neste fredag

11 2016- evaluering: Deltakere i dialogsamtalen var kursansvarlig, en labveileder, tre studenter (alle kvinner) samt en representant fra Fagutvalget. Er det god sammenheng mellom emnets læringsmål og eksamen (testing av læringsmål)? Ja. Bredden av oppgaver i eksamensettet var god. Dog ble settet noe i lengste laget. I hvilken grad oppnår studentene læringsmålene? Læringsmålene og undervisningen ble diskutert og det var konsensus om at læringsmålene oppnåes av studentene. Framføring (presentasjon) av ukeobligene og prosjektoppgaven ble spesielt nevnt som gode tiltak. I hvilken grad har studentene de nødvendige og/eller forventede forkunnskaper for emnet? Studenter uten kjemi fra vgs sliter noe i begynnelsen. Det foreslåes å sette av en time av en gruppetime til å gå litt igjennom kjemisk nomenklatur og strukturformler. Underveisevalueringen; hva kom frem, og hvordan er disse elementene fulgt opp? Underveisevalueringen hadde ca 60% deltakelse. Den viste at studentene var fornøyde med kurset. Av positive elementer ble gruppearbeide, foreleser, de to oblig-ene i gruppe, summeoppgaver under forelesninger og prosjektoppgave isf midtveiseksamen kommentert hyppigst. Mange påpekte at KV346 ble for lite for såpass mange studenter. Vi flyttet derfor forelesningene til Lille Auditorium Øst og det fungerte bra. Det ble spurt om oftere pauser - dette ble fulgt opp i senere forelesninger. Flere mener at prosjektoppgaven bør gjøres større og også telle til eksamen - det første skal vi forsøke til neste år, det andre elementet må vi diskutere

12 Det ble spurt om tidsbruk, og besvarelsene konvergerer mot timer per uke alt inkludert og midlet. Undervisers kommentar: jeg tror studentene brukte mere tid enn dette på emnet i 2. halvdelen av semesteret. Det ble kommentert at det var litt vanskelig å komme igang med prosjektoppgaven - kursansvarlig tar dette til etterretning til neste år. Spesielt gode erfaringer med emnet? Gjesteforeleserne var bra. De to ukeobligene (med gruppearbeide, felles rapport, presentasjon av rapporten i plenum og studentaktiv evaluering av rapportene) var veldig bra. Det ble kommentert at de kunne tenkt seg flere. Vi skal se på det, men tror at det blir et kapasitetsproblem. Vi kan evt. se på muligheten for en enklere versjon med nettbaserte ukeoppgaver. Spesielle utfordringer/problemer/negative erfaringer med emnet som bør følges opp? Det må tydliggjøres bedre hva som er pensum og hva som ikke er pensum, spesielt gjelder dette det stoffet som behandles av gjesteforeleserne. Lærebok og kompendier er utfordringer. Dette har vi visst lenge, og endel er gjort for å forbedre det, med det er klart at vi har en lang vei å gå enda. Annet. Studentene uttrykker i hovedsak tilfredshet med kurset

13 Det står følgende på kursets hjemmeside: Følgende emner må tas før første obligatorisk laboratorieundervisning i FYS3710: HMS Laboratoriesikkerhet HMS El-sikkerhet Dette er nettbaserte kurser som har flere lesedeler og én avsluttende test. Denne testen består av 10 spørsmål ifra lesedelene. 8 eller flere av disse må være rett besvart. Prøven kan gjentas så mange ganger som nødvendig for å bestå. Dersom studenten er registrert på student-web vil det automatisk registres at testen er bestått. En e-post vil mottas som bekreftelse (bruk student e-post konto og ikke privatkonto her, man må logge seg inn med UiO brukernavn og passord). Denne skal vises til foreleser senest ved oppmøte til lab-øvelsene. Eksempel:

14 BIOFYSIKK fysikken til levende systemer anvendelsen av fysiske lover og prinsipper på problemstillinger innen biologi og medisin

15 den mest essensielle del av en levende celle kromosomfibrene mest passende må kalles en aperiodisk krystall hvor det er orden - struktur som adlyder fundamentale lover, men hvor mangelen på repetisjon kan inneholde enorme informasjonsmengder på et spesielt kodespråk Erwin Schrödinger, What is life,

16 Reduksjonisme-prinsippet: Anta vi har en biologisk struktur: der A, B, C er subelementer av W W = A + B + C + Eksempel: W =kropp og A,B,C = deler av kropp Anta videre at A,B,C har de respektive egenskapene: f(a), f(b), f(c) Da er ikke nødvendigvis egenskapene til W gitt som summen av egenskapene til de ulike subelementene, d.v.s.: f W (A,B,C, ) f(a) + f(b) + f(c)

17 Allosteric effect : the binding of a ligand to one site on a protein molecule in such a way that the properties of another site on the same protein are affected Hemoglobin Hemegruppen

18 De store utfordringer innen molekylærbiologien og moderne biofysikk er å mekanistisk beskrive og molekylært forstå KOPLINGENE mellom cellulære og molekylære subsystemer ifra respirasjon (hemoglobin) til hjernefunksjon og nevrale nettverk

19 Alt liv har en cellulær struktur ( omtrent som at alt stoff har en atomær struktur ) forståelsen av denne cellulære strukturen og cellers innbyrdes relasjoner danner grunnlaget for forståelsen av alle biologiske fenomener. Cellen: er en fundamental enhet brytes denne ned vil alt liv opphøre. har en kompleks indre struktur og det er organiseringen av denne strukturen som gjør cellen forskjellig fra all annen tilfeldig opphopning av kjemiske forbindelser og aggregater