Кафедра електронної інженерії

Прикладна біофізика

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти

Другий (магістерський)

Галузь знань

15 Автоматизація та приладобудування

Спеціальність

153 Мікро та наносистемна техніка

Освітня програма

Освітньо-професійна, Освітньо-наукова

Статус дисципліни

Нормативна

Форма навчання

очна(денна)

Рік підготовки, семестр

1 курс, осінній,  весняний семестр

Обсяг дисципліни

225

Семестровий контроль/ контрольні заходи

1 семестр – екзамен,

2 семестр - залік

Розклад занять

http://rozklad.kpi.ua/

Мова викладання

Українська

Інформація про
керівника курсу / викладачів

Лектор: к.т.н., с.н.с. Ніколов М.О., Тел. 067-246-68-14; nicholay.nikolov.gmail.com; nikolov-ee@lll.kpi.ua 

 Лабораторні: : к.т.н., с.н.с. Ніколов М.О.

Розміщення курсу

Google classroom

Програма навчальної дисципліни

  1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Метою вивчення дисципліни є формування у студентів здатностей використовувати закономірності впливу фізичних полів різної природи на біологічні об’єкти (БО)  та реакції біоб’єкти  на зовнішні фізичні чинники

Згідно з вимогами програми навчальної дисципліни студенти після засвоєння мають продемонструвати такі результати навчання:

знання :

-  основні механізми та наслідки впливу фізичних чинників на БО, основні моделі живих систем та  основні  біологічні процеси.

уміння:

– з єдиних позицій пояснити результати цього впливу на БО, моделювати  біологічні процеси, визначати параметри цих процесів.

досвід:

- оволодіти  технікою та методами дослідження впливу фізичних чинників на БО та  моделей біологічних процесів.

  1. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Дисципліна базується на знаннях, набутих під час вивчення математики, спеціальних розділів фізики, фізичної хімії, біофізики, обчислювальної математики. Подальший розвиток курс отримує під час проведення досліджень, пов’язаних з дипломним проектуванням та підготовки докторів філософії.

  1. Зміст навчальної дисципліни

Тема 1. Організація, структура і    властивості БО                                          

Тема 2. Принцип побудови і функціонування БО .

Тема 3. Загальні уявлення про іонізуюче випромінювання

Тема 4. Дія іонізуючого випромінювання на клітину

Тема 5. Радіаційна генетика

Тема 6. Дія радіації на ссавців

Тема 7. Дія радіації на рослини

Тема 8. Ядерні пошкодження і променева хвороба

Тема 9. Взаємодія ЕМП з фізичним середовищем

Тема 10. Взаємодія ЕМП з БО

Тема 11. Експериментальне дослідження біологічної дії ЕМП

Тема 12. Застосування ЕМП і хвиль в медицині

Тема 13.  Кінетика органічних реакцій                           .            

Тема 14. Проблема автокаталізу                                          

Тема 15  Найпростіші ферментативні процеси            

Тема 16. Визначальний ланцюг реакцій                      

Тема 17. Біфуркаціі          

  1. Навчальні матеріали та ресурси

Базові

          1. Лошицкий П.П. Взаимодействие биологических объектов с   физическими факторами. – Киев.: НТУУ «КПИ», 2009.

          2.Романовский Ю.М., Степанова Н.В., Чернавский Д.С.   Математическое моделирование в биофизике.- М.Наука, 1980.

           3. Лошицький П.П. Моделювання біофізичних процесів.-        Київ.»Політехніка»,2005

           4 Лошицький П.П. Взаємодія біологічних об’єктів з фізичними                   полями.   Методичні вказівки до виконання лабораторних робот. – Київ.:”Політехніка”,2005.

           5.Лошицький П.П., Ніколов М.О. Моделювання біологічних процесів                  Вступ до синергетики. – Киев.: НТУУ»КПИ», 2014.-412с.

Допоміжні

1. Г.Маккин. Стохастические интегралы – М.: Мир, 1972.                                                              

2. Хакен Г.     Синергетика - М.   Мир   1980

3. Николис Г.    Пригожий И.    Самоорганизация в неравновесньгх системах - М.   Мир   1979

4. Арнольд В.    Дополнительные главы теории  обыкновенных                  дифференциальных уравнений - М.   Мир   1980

5. Шустер Г.    Детерминированньїй хаос - М.   Мир   1980

6. Ширяев А.Н. Вероятность –М.: Наука. 1980.

7. Андронов А.А., Витт А.А., Хайкин С.З. Теория колебаний. М.

 Физматгиз, 1981.

8. Блакьер О. Анализ нелинейньїх систем. М. Мир, 1969.

9. Заславский Г.М., Сагдеев Р.З. Введение в нелинейную физику.-

   М.Наука, 1990.

10 Марчук Г.И. Математические модели в иммунологии.- М. Наука, 1980.

11. Морри Дж. Нелинейные дифференциальные уравнения в биологии.-

   М.Мир, 1983.

12.В.Хорстемке, Р.Лефевр Индуцированные шумом переходы. – М.: Мир,1987

13. Б.Оксендаль Стохастические дифференциальные уравнения Введение в теорию и приложения. – М.:Мир. ”АСГ”, 2003.

14. В.С.Анищенко и др. Стохастический резонанс как индуцированный шумом эффект увеличения степени порядка. // УФН – Т.169,-№1,- С.7 –

15. К.Чжун, Р.Уильямс. Введение в стохастическое интегрирование. – М.: Мир,1987.

Навчальний контент

  1. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Розподіл навчального часу за видами занять і завдань з дисципліни згідно з робочим навчальним планом.

Форма навчання

Кредитні модулі

      Разом

Розподіл навчального часу за видами занять

Семестрова атестація

кредитів

годин

Лекції

Практичні (семінарські) заняття

Лабораторні роботи

Модульні контрольні роботи

СРС

РГР, РР, ГР

Денна

1 семестр

1

5

150

54

18

1

78

1

Екзамен – 3 години

Денна

2 семестр

1

2.5

75

18

18

2

39

Залік-2 години

Лекційні заняття

Таблиця. Лекційні заняття

№ з/п

Назва теми лекції та перелік основних питань
(перелік дидактичних засобів, посилання на літературу та завдання на СРС)

Розділ 1

Тема 1. Вступ. Основні особливості курсу

Лекція:  Вступ. Основні особливості курсу. Його зв’язки   з різними науками.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  

Природні та штучні поля. Фізичні поля БО. Спектр змін електромагнітного поля біля поверхні Землі.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:    Організація, структура і    властивості БО.

   Біологічна система як об’єкт  досліджень. Ієрархія структур. Одноклітинні організми. Многоклітинніорганізми.        Популяція. Відкритий        характер живих систем. Рівняння Берталанфі. Ентропійний підхід. Властивості біологічних систем,збереження властивостей. Гомеостатична властивість. Адаптація. Якісна неоднорідність. Неоднорідність у часі.    

                                 

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:    Клітинний цикл. Фази мітозу

Література основна: 1, 2;  допоміжна:  6.

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 2.   Принцип побудови і функціонування БО .

Лекція: Структурно  -   функціональні принципи.

Адекватність   конструкції   організму.   Компенсація сили тяжіння. Принципи динамічного функціонування біосистем. Принцип найменшої взаємодії.  .

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція: Принцип функціональної системи.

Аферентний синтез. Принципи функціонування мозку. Принцип самоорганізації та адекватності.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції

Тема 3. Загальні уявлення про іонізуюче випромінювання

Лекція: Дозиметрія.

"Пряма" дія випромінювання на БО. Одно ударні   та   багато ударні  процеси. "Кисневий    ефект". Міграція енергії    та    заряду    по  біоструктурах.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 4. Дія іонізуючого випромінювання на клітину.

 Лекція: Функціональні   та   морфологічні зміни.

 Інактивація і загибель клітин. Концепція ушкоджень.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 5. Радіаційна генетика

Лекція: Стійкість  цитоплазми   і  ядра.   Мутації.   Роль фактору часу

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 6.   Дія радіації на ссавців        

Лекція:  Критерії  і  характеристики.   Діаграма. Особливості

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 7.  Дія радіації на вищі рослини

Лекція: Рівні    впливу.  Особливості дії радіації на вищи рослини.

 

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція: Вплив малих доз. Радіаційна біология

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 8. Ядерні пошкодження і променева хвороба

Лекція:  Зв'язок     ПХ   та    пошкоджень органів

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Онкологічні захворювання

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 9. Взаємодія ЕМП з фізичним середовищем

Лекція. Вплив ЕМП на фізичні об’єкти.  Втрати провідності. Електричні   властивості полікристалічного льоду.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція. Електричні властивості води. Електроліти

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 10. Взаємодія ЕМП з БО

Лекція БО в електростатичному полі.  БО в  магнітостатичному полі.

Література основна:  1, 2; .допоміжна – 4-6  

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція Тепловий ефект ЕМП в тканинах. Нетеплові ефекти   ЕМП   в    біосередовищах.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 11. Експериментальне дослідження біологічної дії ЕМП

Лекція:  Дія ЕМП  на ізольовані  органи  та  клітини

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:   Вплив    ЕМП    на    воду.

Дисоціація води під дією НВЧ –випромінювання.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція: Радіаційна біологія.  Основні положення

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція: Радіаційна та молекулярна генетика

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 12.  Застосування ЕМП і хвиль в медицині

Лекція: Особливості міліметрового діапазону довжини  хвиль.  Міліметрові хвилі в медицині и біології

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції

Лекція:  КВЧ-терапія. Нетеплові   ефекти мм-хвиль.

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Застосування ЕМП і хвиль в онкології

Література основна 1, 2;  допоміжна:  10-15

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції

Тема 13. Кінетика органічних реакцій                          

Лекція:  Порядок  реакції. Залежність швидкості від температури і концентрації. Інтегральні та диференціальні методи

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Редукція  кінетичних  рівнянь.

Виділення  малого параметру. Теорема Тихонова.

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Розділ 2

Тема 14. Проблема автокаталізу                                          

Лекція:  Екологічні моделі. Рівняння «хижак-жертва»

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Автокаталітичні  реакції. Резервуарні компоненти. Збереження мас

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Рішення  кінетичних  рівнянь. Приклади.

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 15. Найпростіші ферментативні процеси            

Лекція:  Кінетичні рівняння       Знаходження малого параметру

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Нормировка рівнянь. Приклади

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 16. Визначальний ланцюг реакцій                      

Лекція:  Система  кінетичних  рівнянь. Виділення  малого параметру. Приклади рішення

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Швидкість реакції. Вузьке місто реакції.

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Тема 17. Біфуркаціі

Лекція:  Біфуркації. Біфуркації систем другого порядку

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції.

Лекція:  Управління системами та адаптування

Література основна 2, 5;  допоміжна:  1-9

Дидактичні засоби: презентація MS PowerPoint

Завдання на СРС: Вивчення матеріалу лекції

Лабораторні заняття

Метою лабораторних занять є вивчення механізмів самоорганізації різних по природі  біологічних об’єктів  (БО), щоб знати - основні механізми та наслідки їх впливу на самоорганізацію та оволодіти – технікою та методами дослідження та моделювання складних систем.

Таблиця. Лабораторні заняття

№ з/п

Тема лабораторних занять

Годин

Розділ 1

Дослідження впливу вузькосмугового НВЧ випромінення на біологічні об’єкти

2

Дослідження впливу широкосмугового НВЧ випромінення на біологічні об’єкти

2

Дослідження впливу низькочастотного ЕМП на біологічні об’єкти

2

Дослідження впливу ультразвуку на біологічні об’єкти

2

Дослідження впливу постійного магнітного поля на біологічні об’єкти

2

Дослідження впливу низькочастотного магнітного поля на біологічні об’єкти

2

Дослідження синергетичних ефектів на біологічні об’єкти при комплексному впливі різних фізичних факторів

4

Розділ 2

Твірні функції та характеристичні функції

2

Елементи термодинаміки незворотних процесів

2

Дослідження кінетичних рівнянь

2

Дослідження динамічних процесів. Траєкторії. Особливі точки

2

Сепаратриса фазового портрета нелінійного осцилятора

2

Рівняння Вольтера

2

Біфуркації

2

Порогові явища.

2

  1. Самостійна робота студента

На протязі всього навчального часу студенти виконують індивідуальні завдання у формі рефератів та звітів, теми яких пов’язані з поглибленим вивченням окремих питань навчального курсу.

До самостійного вивчення та засвоєння студентам пропонується наступні теми:

  1. Звичайні  диференціальні  рівняння
  2. Основи мікробіології
  3. Основні рівняння математичної фізики.

  1. Моделі сенсорних систем.

Політика та контроль

  1. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Система вимог до  студента :

•        відвідування занять (як лекцій, так і практичних/лабораторних) - обов’язкові;

•        правила поведінки на заняттях - активність, підготовка коротких доповідей чи текстів;

•        правила захисту лабораторних робіт – своєчасність виконання, засвоєння матеріалу;

•        правила захисту індивідуальних завдань – своєчасність виконання, засвоєння матеріалу ;

•        правила призначення заохочувальних та штрафних балів:  штрафні бали – за вкрай несвоєчасне виконання завдань; заохочувальні бали – за виконання додаткових індивідуальних завдань ;

•        політика дедлайнів та перескладань – за розкладом;

•        політика щодо академічної доброчесності – взаємоповага.

  1. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

1.Виконання лабораторних робіт.

2. РГР/Виконання  реферату/Індивідуальних завдань.

3.Виконання КР.

4. Екзамен/залік

Система рейтингових балів та критерії оцінювання

1. Лабораторні роботи

Ваговий бал – 8.

Максимальна кількість балів за всі лабораторні роботи дорівнює 7 балів × 5 = 35 балів.

2. РГР або реферат

«відмінно» –10..9 балів;

«добре» – 8..7 балів;

«задовільно» – 6..5 балів;

«незадовільно» – 0 балів.

3. Контрольні роботи.

Ваговий бал за кожне завдання – 5.

Максимальна кількість балів за всі контрольні роботи дорівнює 5 балів × 3 = 15 балів.

5 - правильна відповідь;

4 - правильна відповідь з незначними неточностями;

3 - правильна відповідь з значними неточностями;

2 - неправильна відповідь з елементами правильної;

1 - наявність спроб надати правильну відповідь;

0 - неправильна відповідь або відсутність відповіді.

4. Екзамен

Умови допуску до заліку: виконання та захист всіх практичних робіт та виконання індивідуального завдання. Ваговий бал за кожне завдання білета – 10. Максимальна кількість балів за всі завдання дорівнює 10 балів × 4 = 40 балів. Критерії оцінювання кожного завдання:

10   - правильна відповідь;

8..9 - правильна відповідь з незначними неточностями;

6..7 - правильна відповідь з значними неточностями;

4..5 - неправильна відповідь з елементами правильної;

1..5 - наявність спроб надати правильну відповідь;

0 - неправильна відповідь або відсутність відповіді.

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою:

Кількість балів

Оцінка

100-95

Відмінно

94-85

Дуже добре

84-75

Добре

74-65

Задовільно

64-60

Достатньо

Менше 60

Незадовільно

Не виконані умови допуску

Не допущено

  1. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):

Складено доцент, к.т.н., с.н.с. Ніколов М.О.

Ухвалено кафедрою  ЕІ (протокол № 42 від 22.06.2021)

Погоджено Методичною комісією факультету  (протокол № 06/2021 від 30.06.2021)